Los FAHFAs como lpidos con efectos antidiabticos & antinflamatorios

Presentado Por: Cristian Miguel Ortiz Vilchis

Basado en el estudio realizado por: Yore, Mark M. et al.

Discovery of a Class of Endogenous Mammalian Lipids with Anti-Diabetic and

Anti-inflammatory Effects

Cell , Volume 159 , Issue 2 , 318 332 2014/09

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DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.09.035

Introduccin

La obesidad y la diabetes tipo II (T2D) son epidemias de proporcin global con factores patognicos mayores como:

Resistencia a la Insulina

Tejidos Perifricos

Secrecin desregulada de Insulina

Transportador GLUT4 con regulacin a la baja (Shepherdand Kahn, 1999).

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La importancia de GLUT4 y accin

GLUT4 es el mayor transportador de glucosa mediado por insulina en tejidos como:

Musculo Esqueltico

Corazn

Tejido Adiposo (TA)

En respuesta al incremento de glicemia durante el pospandrio

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Acciones Metablicas de la Insulina

Gaw, A. (2013). Clinical biochemistry: An illustrated colourtext (5th ed.). Edinburgh: Churchill Livingstone/Elsevier.

LA REGULACION A LA BAJA DE GLUT4

En humanos y roedores con OBESIDAD o T2D, el transportador GLUT4se encuentra regulado a la baja selectivamente en el tejido adiposo (AT) y no en el tejido muscular (Shepherdand Kahn, 1999).

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Altera el metabolismo de AT

Compensacin de Testosterona

Nelly Pitteloud PhD, 2007,

El knock-out selectivo de GLUT4 funcional en TA

+Resistencia a la Insulina & +Riesgo de T2D

(Abel et al., 2001).

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La sobreexpresin de GLUT4 (AG4OX)

Disminuye la glicemia en ayuno & mejora la tolerancia a glucosa

Comparacin de modelosAG4OX

Knock-Out

Efectos en modelos AG4OX Principalmente se ven mediados por la induccin de la lipogenesis dependiente de la glucosa en el TA conducida por ChREBP

Factor de transcripcion regulador de la Glucolisis & Lipogenesis

La expresin de ChREBP y genes lipogenicos en TA se asocia con la sensibilidad mejorada a la insulina en humanos

El incremento de novo de la lipogenesis en el TA tiene efectos metablicos favorables potencialmente incrementando la longevidad

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Herman et al., 2012; Roberts et al., 2009)

Protena de unin a elemento de respuesta a carbohidratos

(Bruss et al., 2010).

Regulacin de ChREBP

Estimulada

Consumo de carbohidratos a un nivel elevado de los mismos

Inhibida por:

Dietas altas en grasas

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Cuando la ingesta de carbohidratos es grande, la

carga de glucosa que recibe el hgado satura fcilmente la

capacidad de glucognesis, y la glucosa excedente se

transforma en cidos grasos, los cuales despus de

esterificarse y remitirse al tejido adiposo, se almacenan

como triacilgliceroles.

Previamente, la cantidad de glucosa que

puede conservarse en forma de glucgeno en el hgado del

adulto se limita a unos

100 g.Se dice entonces que la

produccin de cidos grasos se da en presencia de glucosa en

exceso e insulina srica

Ortiz Vlchis Cristian, (2014)

La elevada circulacin de cidos grasos generalmente se asocia con Resistencia a la insulina

(Boden and Shulman, 2002).

Kawaguchi, Takumi, et al. Glucose and cAMP regulate the L-typepyruvate kinase gene by phosphorylation/dephosphorylation of thecarbohydrate response element binding protein. PNAS, Vol 98(24), November 2001, 13710-15.

ChREBP

en WAT

Glucolisis1. Glucosa Hexocinasa Glucosa-6-fosfato

Glucocinasa (En Hgado)

1. Glucosa-6-fosfato Isomerasa Fructosa-6-Fosfato

2. Fructosa-6-Fosfato Fosfofructocinasa Fructosa-1,6-bifosfato

FOSFORILACION cAMP

1. Fructosa-1,6-Bifosfato Aldolasa Gliceraldehido-3-fosfato

NAD+ NADHDehidroxiacetona Fosfato

VIA DEL GLICEROL-3-FOSFATO

1. Gliceraldehido-3-Fosfato Gliceraldehido fosfato deshidrogenasa 1,3 Bifosfoglicerato

2. 1,3 Bifosfoglicerato Fosfoglicerato Cinasa 3,Fosfoglicerato

3. 3, Fosfoglicerato Mutasa 2,fosfoglicerato

4. 2, Fosfofglicerato Enolasa Fosfoenolpiruvato

5. Piruvato Piruvato Deshidrogensa Acetil CoA + Lactato (CICLO ANAEROBIO) CICLO DE KREBS & CICLODE CORI

VIA DE LA DEHIDROXIACETONA FOSFATO

1. Dehidroxiacetona Fosfato + NADH Glicero-3-fosfato DeshidrogenasaGlicerol-3-Fosfato + NAD+

1. Fosfoenolpiruvato Piruvato Cinasa Piruvato REGULADO POR ChREBP

Ortiz Vlchis Cristian, (2014)

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Modelo Knock-Out de ChREBP

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Se da un mecanismo inverso que afecta negativamente la tolerancia mejorada a la glucosa

Ello predispuso en un alto grado la susceptibilidad de los especmenes a desarrollar resistencia a la insulina y posteriormente T2D

Herman et al., 2012; Roberts et al., 2009)

Inhibicin

Glucolitica

Desequilibrio

Lipogenico

Resistencia a Insulina

Tolerancia a la Glucosa

Beneficios dietarios de las grasas insaturadas

Ciertos cidos grasos como el Omega 3 y el palmitato producido endgenamente tienen efectos metablicos favorables

(Oh et al., 2010; Virtanen et al., 2014 Cao et al., 2008), Rhee et al., 2011; Rise rus et al., 2009).).

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Riesgo reducido de T2D

Compensacin de Testosterona

Nelly Pitteloud PhD, 2007,

ndices Altos de cidos grasos mono saturados

El incremento de estos mismo en el hgado se asocia con una sensibilidad reducida por la insulina y desarrollo de esteatosis heptica (Benhamedet al., 2012)

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Esteatosis Heptica

Alimentos con grasas monosaturadas

Desarrollo celular anormal por

retencin de lpidos en hepatocitos

Otros efectos en modelos AG4OXLos especmenes mantienen niveles elevados de cidos grasos y de adiposidad. Con valores de glucosa en ayuno bajos y gran tolerancia a la misma

Sensibilidad a la Insulina

Posibilidad de que una lipogenesis del TA mejorada por respuesta a la sobreexpresin de GLUT4 permita desarrollar efectos metablicos favorables para el organismo.

La expresin de ChREBP en el TA esta regulada a la baja en individuos resistentes a la insulina dando efectos metablicos dainos.

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Para probar estas hiptesis se realizo un anlisis lipodomico en el Tejido adiposo de especmenes AG4OX y Control (Wild Type WT)

Para ello se utilizo una plataforma lipodomica deespectrometra cuantitativa de masa

En este estudio se detectaron 1,400 iones en TA, 6% en los cuales exista una diferencia en su estructura geomtrica (2-4 Pliegues) entre los de especmenes AG4OX y el Control (WT)

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Se prosigui a realizar una comparacin de la conformacin estructural lipdicas con datos provenientes de mapas lipdicos sin xito de encontrar correlacin. http://jcs.biologists.org/content/124/1/5/F1.large.jpg

Se mantuvo una hiptesis sobre la contribucin de estos lpidos sobre la homeostasis Glucosa-Insulina debido a su abundancia en modelos AG4OX

La tolerancia de mejorada de la glucosa depende de la lipogenesis mejorada en el TA

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sUna vez analizada la posibilidad de haber encontrado una familia de lpidos endgenos previamente desconocida se prosigui a evaluar la diferencia de masas moleculares.

Acido Palmtico

Acido Octadecanoico

Acido Hidroxi-Estearico

(HSA)

MASA MOLECULAR537

Los lpidos fragmentados por la MS carecan de enlaces dobles de C vistos normalmente en el Acido Esterico

Basados en el peso molecular se hizo una aproximacin a que este lpido tenia que ser un ster que combinara PA & HSA para ceder un Acido Hidroxi Estearico

Dobles enlaces?

Basado en la espectrometra, se dedujo que estos lpidos contenan cidos grasos fragmentados, formando en conjunto 3 complejos principales y 2 menores.

Acido Palmtico Hidroxiacido Estearico(PAHSA)

Acido Palmitico HidroxiAcido Palmitico (PAHPA)

Acido Oleico HidroxiAcido Estearico (OAHSA)

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La importancia de los cidosSe decidi que estos clase de lpidos endgenos se denominara en base a su estequiometria como:

cidos Grasos Hidroxi cidos Grasos

El anlisis de comparacin en modelos AG4OX en relacin con los modelos Control (WT) revelo que en los ltimos la concentracin de FAHFAs era 16-18 veces menor que en los modelos AG4OX

Los PAHSAs mantienen una caracterstica constancia de niveles en la distribucin corporal en la mayora de modelos de estudio.

Debido a ello es posible utilizar su medicin para determinar diferencias intrnsecas entre los efectos que los FAHFAsmanifiestan en el organismo.

Cantidades expresadas en (pmol/g)Yore, Mark M. et al.Discovery of a Class of Endogenous Mammalian Lipids

with Anti-Diabetic and Anti-inflammatory Effects

Distribucin corporal de

PAHSAs (pmol/g) en modelos WT & AG4OX

Comparacin de niveles fisiolgicos de PAHSAs en modelos WT vs AG4OX

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1200

5

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1500

2600

2700

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Higado

Tejido Adiposo Blanco (WAT)

Tejido Adiposo Pardo (BAT)

Tejido Perigonadal (PG)

Tejido Subcutaneo (SQ)

Suero

Distribucin corporal de PAHSAs (pmol/g) en modelos WT & AG4OX

Wild Type AG4OX

Debido a que ChREBP se manifiesta en la lipogenesis del AT en modelos AG4OX, se compararon estos niveles contra los de modelos WT

Realizado por medio de un estudio Knock-Out donde se observo una disminucin de 75% de ChREBP vs los modelos AG4OX

Distribucin corporal de ChREBP

Cantidades expresadas en (pmol/g)Yore, Mark M. et al.Discovery of a Class of Endogenous Mammalian Lipids

with Anti-Diabetic and Anti-inflammatory Effects

Comparacin de niveles sricos de Chenmodelos WT vs AG4OX X ChREBP K-O

150

300

30 120110

270

50 150220

950

300

500

0

100

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400

500

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700

800

900

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ChREBP KO ChREBP KO x AG4OX

Wild Type AG4OX WAT

Distribucin corporal de ChREBP en modelos WT vs AG4OX (pmol/g)

Tejido Subcutaneo (SQ) Tejido Perigonadal (PG) Suero

Regulacin fisiolgica de los PAHSAs

El ayuno incrementa los niveles de PAHSA y el consumo de una dieta rica en grasas los disminuye.

Se considera sorprendente su activacin por estmulos inversos

Solamente se ve incrementado en WAT en estado de ayuno

Su presencia se ve incrementada en el estado de alimentacin en el BAT

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www.nature.com/ncb/journal/v14/n12/fig_tab/ncb2642_F1.html

Termognesis mediada por el catabolismo de BAT

Aprovechamiento del tejido adiposo pardo como va termognica eficiente en el metabolismo lipdico

Nedergaard J, Bengtsson T, Cannon B (August 2007). "Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adulthumans". Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 293 (2): E44452. doi:10.1152/ajpendo.00691.2006. PMID 17473055.

Respiracin Celular

2,4 DNP

Complejo I

NADH

Deshidrogenasa

Complejo III

Citocromo B-

C1

Complejo II

Succinato

Deshidrogenasa

Complejo IV

Citocromo

Oxidasa

ATP

SintasaUBICUINON

A

2

ELECTRONES

CITOCROMO-

C

1 ELECTRON

H H H H H

H H

H H

H

ATP

AD

PPi

CADENA RESPIRATORIA Encargada del transporte de electrones y de generarel gradiente osmolar a partir de O2 solamente.

FOSFORILACIONOXIDATIVA Encargada degenerar ATP a partir de ADPy Pi

O2

EE

E E E E

EE E

E E

PROCESOSACOPLADOS

AntimicinaH2O

Rotenona

Desacoplantes (DISMINUCION en sntesis de ATP)Liberacin Termogenica

BilirrubinaTermogenina & 2,4-DNP Dispersin de energa en CALOR

TirosinaAmino cidos

NADH

CONTROLRESPIRATORIO:Requerimiento de ADP

MAYOR ADP MAYORRESPIRACION

MAYOR ATP MENORRESPIRACION

Ortiz Vlchis Cristian, (2014)

FADH2

Regulacin de los PAHSAs en la Obesidad y T2D (Modelo WT)El estudio se realizo en base a la administracin de una en especmenes T2D dieta alta en grasas (HFD)

Se realizo un estudio por 9 semanas, los especmenes fueron inducidos a un estado diabtico y de obesidad

El estudio revelo disminucin significativa en un 75% de los PAHSAs sericos

Asombrosamente los niveles de PAHSA en el PG WAT aumentaron

Efecto de restitucin gradual

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Los niveles de PAHSAs se reducen con la resistencia a la insulina

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Herman et al., 2012; Roberts et al., 2009)

Inhibicin

GlucoliticaDesequilibrio

LipogenicoResistencia a

Insulina

Tolerancia a la Glucosa

NIVELES DE PAHSAs

Perfil Lipdico

Variable Normal Riesgo

Colesterol &

Triglicridos

200mg/dL

LBD 160mg/dL

LAD

>55-65mg/dL

Los PAHSAs estn presentes en algunos alimentos?

Se realizo un estudio comparativo en el consumo dietario humano promedio y se encontr que la mayora de alimentos con cantidades elevadas de grasas insaturadas estimulan la sntesis de PAHSAs

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Los PAHSAs mejoran agudamente la tolerancia a la glucosa y la glicemia ambiental

Se evaluaron los efectos en la administracin de ismeros de PAHSAs(tipos 9 & 5) en especmenes WT vs WT T2D (HFD)

Encontrndose una respuesta positiva en la baja a la resistencia a la glucosa (homestasis)

Debido a que su presencia se relaciona con el nivel de sensibilidad sistmica de la insulina

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Los PAHSAs estimulan la secrecin de insulina y GLP-1Para determinar si la secrecin mejorada de insulina contribuia a la tolerancia hacia la glucosa inducida por PAHSAs se determinaron los efectos de las misma

en la secrecin insulinicaestimulada por la glucosa (GSIS)

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Se prosigui a realizar Pruebas de tolerancia a la glucosa en modelos AG4OX en intervalos de observacin de 5 minutos

Incretina secretada por clulas L

Secrecin dependiente de la presencia

de nutrientes en el lumen intestinal

Vida media de 2 Min.

Inhibidor del Glucagn

Restauracin de la sensibilidad insulinca

Activacin de Glucocinasa

Inhibicin de la apoptosis de Clulas Beta

Inhibe la secrecin de HCl y el vaciado estomacal

Efecto Anlogo de la hormona Leptina

Importancia de GLP-1(Peptido similar a glucagn 1)

Glucognesis

Hgado y Tejido Muscular esqueltico

GLUCOGENINA / INSULINA = PRIMER / SEEDER

(Autoglucocidacion)

1.Glucosa Hexocinasa / ATP-ADP Glocosa-6-fosfato

Glucocinasa (En Hgado)

2. Glocosa-6-fosfato Fosfoglucomutasa Glucosa-1-Fosfato

3.Glucosa-1-fosfato UDP-Glucosa Pirofosforilasa / UTP-pp1 UDP-Glucosa

4.UDP-Glucosa Glucosa sintasa (Enlaces -1,4) Glucgeno

Enzima ramificarte (Enlace 1,6)

EXTREMO NO REDUCTOR

Ortiz Vlchis Cristian, (2014)

Regulacin Hormonal del metabolismo globalHormona Produccin en: Glucognesis Glucolisis Glucogenolisis Gluconeognesis Lipogenesis -Oxidacion Cetogenesis

InsulinaClulas Pncreas + - + -

GlucagnClulas Pncreas

- + - +Cortisol / ACTH Glndula Suprarrenal

Adrenalina - +MUSCULO

Ortiz Vlchis Cristian, (2014)

Los PAHSAsaumentan la translocacin de GLUT4

Se evalu la expresividad proteica en cada uno de los modelos estudiados en base de ProteinaFluorecente Verde (GFP) & Tincion de Cianina. Sirviendo como medios de comparacin metabolicos

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El efecto antiinflamatorio de los FAHFAsLos PAHSAsmejoran el transporte de glucosa estimulado por insulina translocandoGLUT4 &Activando GPR120

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GPR120 (Receptor acoplado a protena G)Esta proteina es expresada en las clulas dendrticas derivadas de la medula osea (BMDCs) que son las clulas presentadoras de antgenos iniciales en la respuesta inmune innata (RIN)

La RIN es activada en el WAT en la obesidad & HFD

La RIN Contribuye a la resistencia insulinaca por LPS

La RIN contribuye a la maduracin de BMDCs& la expresin de citosinas proinflamatoriascomo IL-1, IL-6 & TNF-a

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(Lumeng and Saltiel, 2011).

Clulas & Citosinas involucradas en el proceso inflamatorio (IL-1, IL-6 & TNF-a)

Clulas & Citosinas involucradas en el proceso inflamatorio (IL-1, IL-6 & TNF-a)

Efectos como la Resorcin sea, La degradacin de Cartlago y la formacin de tejido fibrovascular granuloso (Pannus) se observan,

desarrollndose Artritis Reumatoide

Osteoclastogenesis

(Lumeng and Saltiel, 2011).

La GPR120 funge como regulador de la RIN y mejora la inflamacin

Evaluando los niveles de citosinas asociadas a la RIN en particular la de TNF-a & CDxx fue posible percatarse de la relacin en niveles altos de PAHSA-5 con GPR120 y la inhibicin de la respuesta inflamatoria

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Reactividad del TNF-a e Interleucinas

DISCUSIN

Los estudios lipodomicos permitieron identificar esteres de acidos grasos hidroxi

acidos grasos bioactivos (FAHFAs)

Los FAHFAs tienen niveles bajos en humanos con resistencia a la insulina & se correlacionan

con la sensibilidad a la insulina.

Estos lpidos mejoran la secrecin de insulina y la tolerancia a la glucosa.

Los FAHFAs bloquean la produccin de citosinas inflamtorias y reducen la inflamacin

sistmica.

Gracias por su atencin PREGUNTAS?

Para revisar mas artculos de ciencia visita:

http://phiflow.tumblr.com/

Realizado Por: Cristian Miguel Ortiz Vilchis