Mecanismos transduccionales de insulina en el cardiomiocito : papel del calcio en la incorporación de glucosa

Doctor en BioquímicaTanto los niveles intracelulares de Ca2+ ([Ca2+]i) como el transporte de la glucosa son fundamentales para la fisiología del cardiomiocito, sin embargo, aún no se ha investigado la interrelación entre ambos eventos. En esta tesis se investigó si insulina regula los niveles [Ca2+]i en el cardiomiocito, el mecanismo que participa y su papel en el transporte de glucosa vía GLUT4. Con este objetivo, cultivos primarios de cardiomiocitos de rata se preincubaron con la sonda fluorescente para Ca2+ FLUO3-AM y se visualizaron los cambios en los niveles de Ca2+ por microscopia confocal. Las vías transduccionales que regulan los movimientos intracelulares de Ca2+ se intervinieron selectivamente con inhibidores químicos y herramientas genéticas. La captación de glucosa se evaluó utilizando [3H]-2-desoxiglucosa y los niveles de GLUT4 en la superficie celular se cuantificaron en cardiomiocitos no-permeabilizados transfectados con el plasmidio GLUT4-myc-eGFP. Los resultados mostraron que insulina indujo un rápido y transitorio aumento del [Ca2+]i en dos componentes. Los bloqueadores del canal L de Ca2+ nifedipino y del canal/receptor intracelular ryanodina sólo previnieron el primer componente componente. el segundo componente se redujo con: a) inhibidores selectivos del receptor de inositol-1,4,5-trifosfato: xestospongina C y 2 amino-etoxidifenilborato (2APB), b) disminución de la masa del receptor de IP3 vía siRNA y c) por transducción de un péptido inhibidor de señalización de las subunidades β de la proteína G (βark). La captación de glucosa inducida por insulina fue prevenida por el quelante del Ca2+ intracelular BAPTA-AM, 2 APB y βark, pero no por nifedipino ni ryanodina. De manera similar, la exposición del GLUT4-myc-eGFP en la membrana celular inducida por insulina fue inhibida por BAPTA-AM y xestospongina C, pero no por nifedipino. Sin embargo, este proceso también requirió la activación de PI3K y Akt para la segunda fase de liberación del [Ca2+]i y para la translocación del GLUT4. La transfección de un dominante negativo de PI3K inhibió parcialmente la exposición de GLUT4-myc-eGFP. En conclusión, insulina aumentó los niveles de [Ca2+]i vía IP3R en cultivos primarios de cardiomiocitos, regulando la captación de glucosa vía GLUT4. Esta nueva vía de señalización de insulina podría influenciar al metabolismo cardiaco en el miocardio adulto y estar modificada en condiciones metabólicas como son la obesidad, resistencia a insulina y diabetesIntracellular calcium levels ([Ca2+]i) and glucose uptake are central to cardiomyocyte physiology, yet connections between them have not been studied. We investigated here whether insulin regulates [Ca2+]i in cultured cardiomyocytes, the participating mechanisms, and their influence on glucose uptake via glucose transporter 4 (GLUT4). Cultured neonatal rat cardiomyocytes were preloaded with the Ca2+ fluorescent dye FLUO3-AM and visualized by confocal microscopy. Ca2+ transport pathways were selectively targeted by chemical and molecular inhibition. Glucose uptake was assessed using [3H]2-deoxyglucose and surface GLUT4 levels were quantified in non-permeabilized cardiomyocytes transfected with GLUT4-myc-eGFP. Insulin stimulated a fast, two-component, transient increase in [Ca2+]i. Nifedipine and ryanodine prevented only the first component. The second one was reduced by inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3)-receptor selective inhibitors (xestospongin C, 2 amino-ethoxydiphenylborate), by type 2 IP3-receptor knockdown via siRNA, or by transfected G peptidic inhibitor ARKct. Insulin-stimulated glucose uptake was prevented by BAPTA-AM, 2-amino-ethoxydiphenylborate and ARK-ct, but not by nifedipine or ryanodine. Similarly, insulin-dependent exofacial exposure of GLUT4-myc-eGFP was inhibited by BAPTA-AM and xestospongin C but not by nifedipine. Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Akt were also required for the second phase of Ca2+-release and GLUT4 translocation. Transfected dominant-negative PI3K inhibited the latter. In conclusion, in primary neonatal cardiomyocytes, insulin induces an important component of Ca2+ release via IP3-receptor. This component signals to glucose uptake via GLUT4, revealing a so far unrealized contribution of IP3-sensitive Ca2+ stores to insulin action. This pathway may influence cardiac metabolism in conditions yet to be explored in adult myocardiu