Väitöskirja PI3K ja ARAP2 rooleista glukoosiaineenvaihdunnan säätelyssä

http://hdl.handle.net/2077/41833
On esitteillä uusi väitöskirjan. Otsikko on   Roles of PI3K and ARAP2 in regulating glucose metabolism.
Väittelijä on Aditi Chaudhari. Vastaväittäjä on Sveitsistä  professori Matthias Wymann.
Väitöstilaisuus on edessäpäin ja tässä katson alustavasti abstraktin sanomaa.
ISBN: 978-91-628-9803-8.

Tässä väitöskirjassa on kolme osaa jossa on  näiltä suunnilta läheystytty  tärkeää glukoosimetaboliaa ja samalla kalvofunktiodynamiikkaa, mikä siihen kuuluu. Täytyyhän kaikki sokeri saada kuljetettua  kalvon läpi solun saataville mieluiten  järjestyneesti sen oikeita reittejä myöten eikä  diffundoitumalla  liian suuren pitoisuuden takia ja glykosylaatiota vaikutatmalla.
PI3K entsyymin funktioita peilattiin  esiin  sen deleetio ja mutaatiomuodoista käsin.
  Kolmannessa osassa selviteltiin ARAP2 säätelyä sfingolipidiaineenvaihduntaan ja GLUT1 välitteiseen   glukoosin soluun ottoon.

(http://www.polygenicpathways.co.uk/autismkegg.htm  Tässä hyvässä kartassa näkyy onkologian kannalta PI3K  funktion kohta.PTEN muutaa takaisin PIP3 muodon PIP2 mutoon. Onkologiass tässä on häiriötä.

Väitöstyön I osa: Allaoleva kuva  ei liity väitöskirjaan, mutta  esittää nämä isomeerit, jotka  työssä deletoidaan. 

I. Chaudhari A, Ejeskär K, Wettergren Y, Kahn CR, Sopasakis VR.
 Hepatic deletion of p110α and p85α results in insulin resistance despite sustained IRS1-associated lipid kinase activity. Manuscript

http://physiologyonline.physiology.org/content/20/4/271




 Väitöksen toisessa osassa tutkinaan p110alfan mutaatiota  ja mitä siitä seuraa. metabolinen uudelleenohjelmoituminen,

II. Chaudhari A, Krumlinde D, Lundqvist A, Akyürek L, Bandaru S, Skålén K, Ståhlman M, Borén J, Wettergren Y, Ejeskär K, Sopasakis VR
. p110α Hot Spot Mutations in E545K and H1047R Exert Metabolic Reprogramming Independently of p110α Kinase Activity. Mol Cell Biol. 2015; Oct;35(19):3258-73.
VISA ARTIKEL

Väitöskirjan kolmasosa selvittää ARAP2 osuutta  mikä heijastuu sfingolipidin syntesiin ja GLUT1 funktioon. 

III. Chaudhari A, Håversen L, Mobini R, Andersson L, Ståhlman M, Lu E, Rutberg M, Fogelstrand P, Ekroos K, Mardinoglu A, Levin M, Borén J. ARAP2, a novel regulator of sphingolipid metabolism affects GLUT1 mediated basal glucose uptake. Submitted

 Suomennosta tiivistelmästä:

Insuliinisignalointi välittyy kehossa monimutkaisen ja  mitä integroidumman verkoston välityksellä kontrolloiden kautta koko kehon moninaisia aineenvaihdunnallisia ja kasvuprosesseja.
Insuliinisignaloinnin avainentsyymi on fosfatidyyliunositoli-3-kinaasi (PI3K). (Fosforidyyli-inositolin lyhennys on PI)
(PI3K  katalysoi toisiolähetti-lipidin muodostumista  PI- inositolilipidien joukossa.. Numero 3 tarkoittaa inositolirunkossa 3- asemaa, johon 3-kinaasi asettaa fosfaatin . PI(4,5)P muodosta saadaan PI(3,4,5) muotoinen lipidi , siis PIP2-tyyppi  muutetaan PIP3-tyyppi muotoon.
http://www.medbio.info/Horn/Time%203-4/Insulin's%20Mechanism%20of%20Action.htm)
 
  Tässä  väitöskirjassa on tutkittu onkogeenisen PI3K entsyymimutaation vaikutusta  ja myös sen  avain-alayksikön  isoformien  deleetion vaikutusta  glukoosiaineenvaihduntaan.  Tunnistettiin myös ARAP2, joka sisältää PH-domaanin ja sen osuutta lipidipisaroitten muodostukseen selvitettiin.

• Insulin signaling is mediated by a complex, highly integrated network which functions to control multiple metabolic and growth processes throughout the organism.PIP3 osallistuu  moniin solufunktioihin  kuten solun kasvuun, solun elossapysymiseen aj apoptoosiin.

•  A key enzyme in the insulin signaling network is phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-kinase). PI3-kinase catalyzes the production of the lipid second messenger, phosphatidylinositol 3, 4, 5- triphosphate (PIP3), which is involved in various cellular functions such as cell growth, survival and apoptosis. 

•  In this thesis, we have investigated the impact of oncogenic mutations of PI3-kinase, as well as deletion of its key subunit isoforms on glucose metabolism. We also identified a PH-domain containing protein ARAP2, and investigated its role in lipid droplet formation.

•  In Paper I, we investigated the effect of combined hepatic deletion of the PI3-kinase subunits p110α and p85α (L-DKO) on insulin signaling and glucose homeostasis. L-DKO mice developed impaired glucose-tolerance, but surprisingly displayed intact IRS1-associated lipid kinase activity. The mice exhibited decreased body weight, but similar adipose tissue weight, hepatic glucose production as well as normal insulin tolerance, demonstrating a paradoxical milder phenotype compared to mice having only p110α deleted in the liver.

I-osassa tutkittaessa PI3K kinaasialayksikköjen kombinoidun deleetion  vaikutusta, havaittiin huonontunut glukoositoleranssi, mutta yllättäen esiintyi  intaktiin  IRS1:een -liittynyt lipidikinaasiaktiivisuus.  Kehon paino laski hiirillä, mutta rasvakudos pysyi samanlaisena, samoin maksan glukoosin tuotto ja insuliinitoleranssi oli normaalia. Tämä oli paradoksalisen lievä fenotyyppi, verrattuna hiiriin, joilla vain p110 alfa deletoitiin maksasta.

•  In Paper II, we investigated the effects of the hot spot mutations E545K and H1047R of p110α on hepatic and whole body glucose homeostasis. The expression of these mutations resulted in a reprogrammed cellular metabolism with marked accumulation of lipids and glycogen in the liver. Wild-type (wt) p110α expression did not result in hepatic lipid or glycogen accumulation despite having similarly increased expression of glycolytic and lipogenic genes.

P110alfa mutaatiot joita kätyettiin  johtivat  solun aineenvaihdunnan uudelleen järjestymään ja huomattavasti lipidia ja glykogeeniä alkoi  kertyä maksaan . Wt p110 ilmenemä ei  johtanut maksanlipidien tai glykogeenin ekrtymään, vaikka  glykolyyttisen ja lipogeeniset genit ilmentyivät   kohonneina.

•  Furthermore, there was no difference in the kinase activity between the wt- and mutant-expressing mice, which suggest that the metabolic effects exhibited by the p110α mutants are linked to kinase-independent function(s) of the oncogenic p110α

Edelleen kinaasiaktiivisuudessa ei ollut eroa wt ja mutantti hiiren kesken, mikä vittaa siihen, että aineenvaihdunnalliset vaikutukset, joita p110 mutanteilla  ilmenee, ovat linkkiytyneet kinaasista riippumattomaan onkogeeniseen funktioon. 

•  In Paper III, we identified ARAP2 as a PH-domain containing protein in the lipid droplet proteome. We show that knockdown of ARAP2 leads to diminished lipid droplet formation by decreasing the rate of triglyceride synthesis. The lower triglyceride synthesis rate resulted from decreased basal glucose uptake through lower expression of GLUT1, as well as reduced GLUT1 levels in the plasma membrane and lipid micro-domains. The effect on GLUT1 was mediated by increased glucosylceramide synthesis.

Työn kolmannessa osassa tunnistettiin ARAP2  proliini-histidiini-domaanin sisältävänä proteiinina lipidipisaraproteomsisa. ARAP2 poistogeenisyys johti  alentuneeseen lipidipisaramuodostukseen  TG-synteesin tahtia vähentämällä.  Tämä alempi TG-muodostuksen tahti johtui alentuneesta  peruslinjan glukoosin otosta soluun  GLUT1 kuljettan  vähentynen  ilmentymisen takia.  Myös GLUT1 pitoisuudet  plasmamebraanissa ja lipidi-mikrodomaaneissa olivat  alentunut.  Vaikutuksen GLUT 1:een  välitti lisääntynyt  glukosyylikeramidisynteesi. 

KOMMENTTI: Väitöskirja  avartaa  edelleen  energia-aineenvaihdunnan fundamentaalisia polkuja  osoitaen yhteyksiä  TG sytneesin ja glukoosin saannin eksekn ja glykosylaation harhapolun kohtia.  
Lisäksi PI3K säätelyyn tulee ottaa IPx kinaasinkin puolen  osuus IP6-IP7 muutos, mikä on mainittu tuossa liitetyssä vinkissä.