Επίδραση της ινσουλίνης και της γλυκόζης σε ενδοκυτταρικούς μηχανισμούς μεταβίβασης σήματος και στις αθηρογόνες ιδιότητες των μονοκυττάρων. Ρόλος των υποδοχέων πολλαπλασιασμού των περοξυσωματίων (PPAR)

Abstract

Peripheral blood monocytes are playing a central role in atherosclerosis development. These cells bind in the vassal epithelium and migrate to the subendothelial space, where monocytes phagocytose oxidized low-density lipoproteins (oxLDL) through CD36 scavenger receptors and turn into foam cells. Foam cells formation is the first step in atherosclerosis development. Monocytes exposure in oxLDL activates the transcription of peroxisome proliferators-activated receptors γ (PPARγ). High glucose concentrations, insulin and a PPARγ agonist, rosiglitazone, are involved in the first steps of atherosclerosis development. Also, stimulation of monocyte Na+/H+ exchanger (NHE1) activity, which is an important intracellular signal transduction molecule, is related to monocyte activation and vascular compilations in diabetic patients. The present paper focuses in the role of glucose, insulin and rosiglitazone in oxLDL uptake and cell adhesion and migration. Monocyte adhesion and migration was studied in protein substrates of laminin and collagen type IV and in endothelial cells substrate. The data of the present study showed that high glucose concentration, insulin and PPARγ activation by using rosiglitazone, induce the atherosclerosis-related functions of monocytes. Moreover, the data of this paper indicate that in monocytes activation, of PPARγ induces atherosclerosis-related functions that are similar to the ones induced by glucose and insulin, via NHE-1 activation. The increased density of CD36 monocyte receptors as a response to glucose, insulin or rosiglitazone action was studied. The results of experiments where transcription of CD36 was inhibited selectively by using siRNA for CD36, indicate that the observed increase can be attributed to increased expression in the level of translation. Furthermore, pharmacological inhibition of certain proteins involving in major signaling pathways, protein kinase C (PKC), phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K), NADPH oxidase and actin fibres, was implemented in order to deduce their affects on the above monocyte functions. The results show that PKC, PI3K and actin fibres play an important role in the signaling pathway from glucose that leads to NHE1 stimulation, whereas the induced NADPH oxidase activity does not affect NHE1 function in monocytes. In conclusion, the results of the present dissertation indicate that high glucose concentration, insulin and rosiglitazone can induce atherosclerosis-related monocyte functions. The data indicate also the central role of NHE1 in the signaling pathways of the above molecules. Therefore, inhibition of NHE1 can counteract the atherogenic effect of glucose, insulin and rosiglitazone in monocytes.

Τα μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος παίζουν κεντρικό ρόλο στη δημιουργία και την ανάπτυξη αθηρωμάτωσης, καθώς η προσκόλλησή τους στο ενδοθήλιο των αγγείων και η μετανάστευσή τους προς τον υποενδοθηλιακό χώρο ακολουθείται από φαγοκυττάρωση των οξειδωμένων λιποπρωτεϊνών χαμηλής πυκνότητας (oxLDL) μέσω των υποδοχέων-«ρακοσυλλεκτών» CD36. Η πρόσληψη των oxLDL από τα μονοκύτταρα και η επακόλουθη μετατροπή τους σε αφρώδη κύτταρα αποτελούν το πρώτο στάδιο του σχηματισμού αθηρωματικής πλάκας. Η έκθεση των μονοκυττάρων σε oxLDL ενεργοποιεί τη μεταγραφή των τύπου γ πυρηνικών υποδοχέων ενεργοποίησης των περοξυσωματίων (PPARγ). Η γλυκόζη, η ινσουλίνη και ο αγωνιστής των PPARγ, ροσιγλιταζόνη, φαίνεται να εμπλέκονται στα αρχικά στάδια σχηματισμού αθηρωματικής βλάβης. Επίσης, η δραστηριότητα του ιοντοανταλλλάκτη Na+/H+ (ΝΗΕ1) των μονοκυττάρων, ο οποίος συμμετέχει σε πολλές από τις κύριες οδούς μεταγωγής σήματος, έχει σχετισθεί με την ενεργοποίηση των κυττάρων αυτών, αλλά και με τις αγγειακές επιπλοκές του διαβήτη. Στα πλαίσια της διδακτορικής αυτής διατριβής μελετήθηκε ο ρόλος της γλυκόζης, της ινσουλίνης και κυρίως της ροσιγλιταζόνης στην εσωτερίκευση των oxLDL μέσω των CD36 υποδοχέων και στην ανάπτυξη των αθηρογόνων ιδιοτήτων της προσκόλλησης και της μετανάστευσης των μονοκυττάρων διαμέσου πρωτεϊνικών υποστρωμάτων λαμινίνης και κολλαγόνου τύπου IV, καθώς και υποστρώματος ενδοθηλιακών κυττάρων. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι η ενεργοποίηση των PPARγ με ροσιγλιταζόνη, όπως και η γλυκόζη και η ινσουλίνη, επάγουν σε σημαντικό βαθμό τις αθηρογόνες ιδιότητες που μελετήθηκαν. Επιπλέον, από τα δεδομένα της εργασίας αυτής προκύπτει ότι η ροσιγλιταζόνη εμφανίζει παρόμοιο τρόπο δράσης με την ινσουλίνη και τις υψηλές συγκεντρώσεις γλυκόζης κατά την επαγωγή των παραπάνω ιδιοτήτων στα μονοκύτταρα. H επαγωγή αυτή, όπως και στην περίπτωση της γλυκόζης και της ινσουλίνης, γίνεται με τη μεσολάβηση της ενεργοποίησης του ανταλλάκτη Na+/H+ (ΝΗΕ1) των μονοκυττάρων. Η αύξηση της πυκνότητας των CD36 επιφανειακών υποδοχέων των μονοκυττάρων ως απόκριση στη δράση της γλυκόζης, της ινσουλίνης, ή της ροσιγλιταζόνης μελετήθηκε αν είναι προϊόν εξωτερίκευσης των CD36 πρωτεϊνών ή μεταγραφής νέου mRNA των CD36. Η χρήση της τεχνικής του siRNA απέδειξε ότι η επίδραση των παραπάνω ουσιών επάγει τη μεταγραφή των CD36 γονιδίων. Για τη μελέτη του σηματοδοτικού μονοπατιού που ξεκινάει από τη γλυκόζη και καταλήγει στην επαγωγή των αθηρογόνων ιδιοτήτων στα μονοκύτταρα ερευνήθηκε ο ρόλος ορισμένων μορίων τα οποία, όπως ο ΝΗΕ1, συμμετέχουν στις κυριότερες σηματοδοτικές οδούς του κυττάρου, της πρωτεϊνικής κινάσης C (PKC), της κινάσης της 3-φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης (ΡΙ3Κ), της NADPH οξειδάσης, αλλά και των ινιδίων ακτίνης του κυτταρικού σκελετού. Από τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής φαίνεται ότι στη μεταβίβαση σήματος από τη γλυκόζη προς τον ΝΗΕ1 παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο, η PKC, η ΡΙ3Κ και τα ινίδια ακτίνης, ενώ η δραστικότητα της ΝΑDPH οξειδάσης, η οποία επάγεται από τη γλυκόζη δεν ενεργοποιεί τον ΝΗΕ1. Εν κατακλείδι, από τα δεδομένα της διατριβής αυτής μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα ότι η γλυκόζη, η ινσουλίνη και η ροσιγλιταζόνη έχουν αθηρογόνο δράση στα ανθρώπινα μονοκύτταρα. Το σηματοδοτικό μονοπάτι από την ενεργοποίηση των PPARγ που οδηγεί στις αθηρογόνες ιδιότητες των μονοκυττάρων φαίνεται να συγκλίνει με τα σηματοδοτικά μονοπάτια της γλυκόζης και της ινσουλίνης, καθώς και στις τρεις περιπτώσεις κεντρικό ρόλο κατέχει ο ΝΗΕ1 ανταλλάκτης. Αναστολή, επομένως, του ΝΗΕ1 ανταλλάκτη μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά τις αθηρογόνες ιδιότητες των μονοκυττάρων.