Efeitos da resistência à insulina na transcrição e tradução de proteínas em estruturas cerebrais de ratos

A resistência encefálica à insulina tem sido implicada na etiologia de doenças neurodegenerativas já que, em indivíduos com diabete melittus, o risco de desenvolver Doença de Alzheimer e outras demências quase duplica. O objetivo geral do presente trabalho é avaliar os efeitos da resistência à insulina em parâmetros metabólicos e na expressão gênica e proteica de proteínas neurais envolvidas nos processos de sinalização da insulina em um modelo experimental de resistência à insulina em ratos submetidos a uma dieta hiperpalatável. O presente trabalho mostrou que há interação entre os genes envolvidos na via de sinalização da insulina e de resistência à insulina com fatores ambientais, neste caso, a dieta. O perfil lipídico e a tolerância à glicose nos animais submetidos à dieta hiperpalatável foi avaliado e intolerância à glicose foi desenvolvida. Os genes envolvidos na via de sinalização da insulina avaliados no córtex se mostraram menos expressos no grupo de ratos submetidos à dieta hiperpalatável, resistentes à insulina (IR), quando comparados ao grupo controle. Acreditamos que estes resultados sugerem uma menor proteção durante uma fase de privação de glicose devido à resistência à insulina. No hipocampo, observamos um aumento geral nos níveis de mRNA, especialmente os níveis dos genes Pi3kr1, Creb1 e Camk2a, o que pode estar associados a um efeito compensatório da sinalização prejudicada da insulina na estrutura.Um aumento dos níveis de CREB nesta estrutura parece ser essencial para a manutenção dos níveis normais de mRNA das outras moléculas envolvidas na via de sinalização da insulina a fim de evitar lesões graves no hipocampo. A influência do estado de resistência à insulina aumentou apenas a expressão de Grin2B no hipocampo de ratos IR. No córtex observamos os níveis mais baixos de mRNA em Grin1, Grin2A e Grin3A no grupo IR. Também foi investigado se as proteínas 14-3-3 não seriam o ponto chave desta diversidade, já que estão diretamente relacionadas com a via de sinalização da insulina no cérebro e desempenham um papel chave na fosforilação e interação com IRS-1 e IRS-2, com GSK3 e com PI3K. Demonstramos que isoformas 14-3-3 são diferencialmente expressas no SNC de ratos com a resistência à insulina. Os níveis de mRNA de 14-3-3 isoforma η demonstrou ser significativamente menor no córtex grupo IR. O nível de proteína 14-3-3 θ foi significativamente maior no grupo de hipocampo de IR, estas mudanças são devido a uma resposta na tentativa de proteger o hipocampo, aumentando os níveis de mRNA de 14-3-3 θ e seu efeito protetor. Uma alteração da via insulina/IR/IRS/PI3K/AKT/FOXO1-CREB está presente na maioria dos pacientes com a síndrome metabólica, mas também pode haver o envolvimento da via IGF/PI3K/CAMK2/CREB. O nosso estudo mostra alterações nestas duas vias, no hipocampo e no córtex respectivamente. Estas hipóteses devem ser confirmadas por estudos bioquímicos e/ou histológicos em futuras investigações para saber se todas essas alterações moleculares podem ser traduzidas em ganho ou perda de função normal das proteínas envolvidas. Há que se investigar também o papel da família de proteínas 14-3-3 como possível alvo terapêutico, bem como a interação destas vias de sinalização com os receptores N-Metil-D- Aspartato e as implicações na memória e plasticidade sináptica de pacientes com doenças neurológicas como a Doença de Alzheimer.Brain insulin resistance has been implicated in the etiology of neurodegenerative diseases since in individuals with diabetes mellitus, the risk of developing Alzheimer Disease and other dementias nearly doubles. The overall objective of this study is to evaluate the effects of insulin resistance in metabolic parameters, gene and protein expression of neural proteins involved in insulin signaling processes in an experimental model. This work shows interaction between genes involved in the signaling pathway of insulin and insulin resistance with environmental factors resulting in changes in mRNA levels, in the amount of protein in the central nervous system (CNS) and in the development of obesity and insulin resistance. The lipid profile and glucose tolerance test in animals subjected to the palatable diet was evaluated and shows development of glucose intolerance. Determination of expression of some genes directly or indirectly involved in insulin signaling route was evaluated. In general, almost all the genes were less expressed in the group of rats subjected to highly palatable, insulin resistant (IR) diet compared to the control group in the cortex. These results suggest that this brain structure is less protected during a period of deprivation of glucose due to insulin resistance. In the hippocampus, general increases in mRNA levels were observed, particularly the levels of Pi3kr1, CREB1 and CAMK2A genes. These results may be associated with a compensatory effect of the impaired insulin signaling in structure and increased levels of CREB appears to be essential for the maintenance of normal levels of all other molecules involved in the insulin signaling pathway to avoid serious damage to the hippocampus. The influence of the state of insulin resistance in synaptic plasticity and neuronal survival was also evaluated and only the expression of Grin2B was increased in the hippocampus of rats IR. In the cortex we observed lower levels of mRNA in Grin1, Grin2A and Grin3A in IR group. We decided to investigate if the 14-3-3 proteins were not the key point of this diversity since they are directly related to the insulin signaling pathway in the brain and play a key role in the phosphorylation and interacts with IRS-1 and IRS- 2 with GSK3 and PI3K. 14-3-3 isoforms are differentially expressed in the CNS of rats with insulin resistance. mRNA levels of 14-3-3 η isoform shown to be significantly lower in the IR group in cortex. The level of 14-3-3 θ was significantly higher in the hippocampus of IR. We believe that these changes are due to an attempt to protect the hippocampus by increasing mRNA levels of 14-3-3 θ and its protective effect. Taking all together, alterated signaling in the insulin/IR/IRS/PI3K/AKT/FOXO1-CREB pathway is present in most patients with metabolic syndrome. It also may involve IGF/PI3K/CAMK2/CREB pathway. Our study shows changes in both pathways, in the hippocampus and cortex, respectively. This hypothesis should be confirmed by biochemical and/or histological investigations in future studies to see if all these molecular changes can be translated into a gain or loss of normal function of proteins involved. An investigation of the role of 14-3-3 family should be made to evaluate them as a possible therapeutic target, as well as the interaction with these signaling pathways and whith N-Metil-D-Aspartate receptors, and implications in memory, synaptic plasticity and neurological diseases like patients with Alzheimer Disease