Подобряване метаболизма на панкреасните клетки подпомага регулирането на глюкозата при пациенти с диабет тип 2

Учени откриват нов аспект на начина, по който стартира производството на инсулин в панкреасните клетки и са на път да намерят алтернативна форма на лечение на диабет тип 2. Експертите от Университета на Уисконсин-Мадисън не само проследяват как клетките успяват да регулират кръвната захар, но и разгадават кой е ензимът, способен да гарантира поддържането й в нормални граници.

Ролята на бета-клетките

За пациентите с диабет тип 2 недостигът на инсулин се дължи на постепенното влошаване функцията на панкреасните бета-клетки, които обикновено произвеждат хормона за регулиране нивата на глюкоза в кръвта. Екипът се фокусира върху способността на бета-клетките да определят нейните стойности и да реагират адекватно, произвеждайки инсулин в точното количество.

Матю Меринс е професор по медицина към Медицинското училище по обществено здраве на Университета на Уисконсин-Мадисън. Той търси обяснение на начина, по който бета-клетките се активират при производството на инсулин: „Свръхпроизводството на инсулин би предизвикало сериозен спад в нивата на кръвната захар. Твърде малкото производство би довело до диабет. Въпросът, който стои пред нас е: Как нутриенти като глюкоза или аминокиселини успяват да задействат бета-клетките в панкреаса така, че те да произведат правилното количество инсулин?

Според екипа през последните няколко десетилетия всички са вярвали, че митохондриите отговарят за секрецията на инсулин. Митохондриите се считат за енергийните резервоари на клетките, тъй като те усвояват нутриентите и така произвеждат молекули, богати на енергия като например АТФ (аденозин-3-фосфат), която същевременно унищожава друга нискоенергийна молекула – АДФ (аденозин дифосфат). Накратко, експертите са отдавали освобождаването на съхранявания инсулин на взаимодействието между тези два вида молекули.

Ензимът пируват киназе

На преден план обаче изниква друга интерпретация на учените от Университета на Уисконсин – митохондриите са най-активни, след като започне отделянето на инсулин, а не преди това. Те разглеждат стари проучвания, датиращи още от 80-те години на миналия век, свързани с клетките на сърдечния мускул. Благодарение на тях се запознават с функцията на пируват киназе – ензим, който няма нищо общо с митохондриите, но също може да преобразува захарта в енергия и да унищожава АДФ молекулите.

Целият процес протича в близост до протеини в панкреаса, които имат способността да откриват АДФ и са също участват в освобождаването на инсулин.

В началото специалистите извършват експеримент, при който на части от панкреатичните клетки, съдържащи ензима пируват киназе, се подават захар или АДФ молекули. Той бързо унищожава АДФ молекулите. Намиращият се наблизо протеин „усеща“ случващото се с АДФ и реагира като започва да отделя инсулин.

Меринс подчертава, че местоположението, където настъпва метаболитният процес, всъщност е от ключово значение.

При последващи проучвания върху мишки и човешки клетки се използват медикаменти, които стимулират активността на ензима пируват киназе, в резултат секрецията на инсулин се увеличава четири пъти.

Учените с интерес отбелязват, че увеличението се случва само, когато нивата на кръвната захар са подходящи, което подсказва, че методът може да се окаже не само ефективен, но и безопасен.

Меринс уточнява: Пируват киназе не определя количеството енергия, което получава клетката. Той само променя начина, по който тази енергия се усвоява. Приемът на лекарства за стимулиране на секрецията на инсулин може обаче да има негативен ефект, тъй като твърде завишеното отделяне на хормона причинява драстично понижаване на кръвната захар, а оттам и хипогликемия.“

По време на паралелно изследване върху здрави мишки и мишки със затлъстяване учени от Йейл откриват, че с активирането на ензима пируват киназе, могат да стимулират инсулиновата секреция и инсулиновата чувствителност, което от своя страна подобрява усвояването на кръвната захар от черния дроб и червените кръвни клетки.

„Идеята, която се зароди с нашето проучване е, че ако се подобри усвояването на глюкоза, ще направим по-ефективен процесът на отделяне на инсулин и ще подпомогнем правилното функциониране на някои други органи“, обобщава Меринс.

Докладът е публикуван в списание „Cell.“