Τα μεταβολικά και ανοσοποιητικά μονοπάτια ρυθμίζονται σε μεγάλο βαθμό και συνυφαίνονται από πολλαπλούς μηχανισμούς που διέπουν τη μεταβολική υγεία. Η απορρύθμιση αυτών των οδών αποτελεί τη βάση της ανάπτυξης μεταβολικών ασθενειών όπως η παχυσαρκία και ο διαβήτης τύπου 2 (T2D), οι οποίες έχουν επικρατήσει παγκοσμίως τα τελευταία χρόνια. Μέχρι στιγμής, οι μοριακοί μηχανισμοί για την αλληλεπίδραση των μεταβολικών και ανοσολογικών οδών δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Ο Shuai Chen και ο Hong-Yu Wang, μαζί με τα μέλη του εργαστηρίου Qi Wang και Ping Rong, προσπάθησαν να προσδιορίσουν τους μηχανισμούς για την αλληλεπίδραση.
Ως σημαντικός αισθητήρας ενέργειας, η ενεργοποιημένη με AMP πρωτεϊνική κινάση (AMPK) μπορεί να ανταποκριθεί στην ενεργειακή κατάσταση για να διατηρήσει τη μεταβολική ομοιόσταση. Η ενεργειακή κατάσταση σχετίζεται με την παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) στα μακροφάγα, τα οποία είναι αυξημένα στην παχυσαρκία. Ωστόσο, δεν είναι σαφές πώς η παραγωγή ROS ρυθμίζεται προς τα πάνω με την παρουσία επαρκούς ενέργειας στα μακροφάγα. Η πρωτεΐνη ενεργοποίησης της Rab-GTPase (RabGAP) TBC1D1 είναι ένα υπόστρωμα για την AMPK.
Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η κινάση AMPK μπορεί να ρυθμίσει τη φωσφορυλίωση της σερίνης-231 στην πρωτεΐνη TBC1D1, μεταβάλλοντας έτσι τη δραστηριότητα GAP της. Μια μετάλλαξη TBC1D1S231A μπορεί να προκαλέσει ένα ψευδές σήμα επαρκούς ενέργειας. Η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι η μετάλλαξη TBC1D1S231A οδηγεί σε παχυσαρκία, υπεργλυκαιμία, αντίσταση στην ινσουλίνη, υπερλιπιδαιμία, μη αλκοολικό λιπώδες ήπαρ και άλλες μεταβολικές ασθένειες σε ποντίκια.
Εδώ, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα επίπεδα ROS τόσο σε μακροφάγα που προέρχονται από μυελό των οστών (BMDMs) όσο και σε μακροφάγα λιπώδους ιστού ποντικών TBC1D1S231A ήταν σημαντικά υψηλότερα από αυτά των ποντικών άγριου τύπου. Επιπλέον, μακροφάγα από ποντίκια TBC1D1S231A εμφάνισαν πόλωση μακροφάγου τύπου Μ1 (κλασικά ενεργοποιημένο).
Αντίθετα, τα επίπεδα ROS μειώθηκαν σημαντικά τόσο στα μακροφάγα του μυελού των οστών όσο και στα μακροφάγα του λιπώδους ιστού σε ποντίκια TBC1D1 knockout (KO) που ήταν πιο αδύνατα από τους ελέγχους WT. Μακροφάγοι από ποντίκια TBC1D1-KO εμφάνισαν πόλωση μακροφάγων τύπου Μ2 (εναλλακτικά ενεργοποιημένη).
Για να καθορίσει το ρόλο του TBC1D1 στα μακροφάγα στην παχυσαρκία, η ομάδα διεξήγαγε ένα πείραμα μεταφοράς μυελού των οστών. Μυελός των οστών από ποντίκια TBC1D1S231A μεταμοσχεύθηκε σε ποντίκια άγριου τύπου και τα ποντίκια-δέκτες ανέπτυξαν παχυσαρκία. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι το TBC1D1 είναι ένας βασικός ρυθμιστής της παραγωγής αντιδραστικών ειδών οξυγόνου και των φλεγμονωδών καταστάσεων στα μακροφάγα για την προώθηση της παχυσαρκίας.
Στη συνέχεια, η ομάδα ερεύνησε πώς το TBC1D1 ρυθμίζει την παραγωγή ROS στα μακροφάγα. Βρήκαν ότι το TBC1D1 ρύθμιζε μια μικρή πρωτεΐνη G Rab8a για να διέπει την παραγωγή ROS στα μακροφάγα. Η δεσμευμένη στο ΑΕΠ μορφή του Rab8a αύξησε την παραγωγή ROS στα κύτταρα. Τα ποντίκια Rab8a νοκ-άουτ ειδικά για μυελό των οστών είχαν ελαφρύτερο σωματικό βάρος με μειωμένη πόλωση Μ1. Μηχανιστικά, το δεσμευμένο στο GDP Rab8a αλληλεπιδρά με την οξειδάση σε μακροφάγα για την προώθηση της παραγωγής ROS. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η μετάλλαξη μπορεί να αυξήσει την παραγωγή ROS αυξάνοντας το δεσμευμένο στο ΑΕΠ Rab8a και κατά συνέπεια να προκαλέσει φλεγμονή.
Για την περαιτέρω επαλήθευση του ρόλου του ROS στην εξέλιξη της παχυσαρκίας σε ποντίκια TBC1D1S231A, η ομάδα χρησιμοποίησε έναν καθαριστή ROS TtSOD που εισήλθε στο σώμα μέσω του εντέρου και στόχευε ειδικά τα μακροφάγα στον λιπώδη ιστό. Ανακούφισε την παχυσαρκία και τη φλεγμονή στον λιπώδη ιστό και επίσης βελτίωσε μεταβολικές ασθένειες όπως η υπεργλυκαιμία, η υπερινσουλιναιμία, η υπερχοληστερολαιμία και η αντίσταση στην ινσουλίνη. Επιπλέον, η θεραπεία TtSOD ανακούφισε επίσης την παχυσαρκία που προκλήθηκε από τη διατροφή και τις σχετικές μεταβολικές διαταραχές όπως:
- η υπεργλυκαιμία,
- η υπερχοληστερολαιμία
- και η αντίσταση στην ινσουλίνη.
Συνοπτικά, αυτή η μελέτη διευκρινίζει έναν νέο ρυθμιστικό μηχανισμό που διέπει την παραγωγή ROS σε μακροφάγα ως απόκριση στην υπερφόρτωση ενέργειας, στον οποίο το TBC1D1 και ο κατάντη στόχος του Rab8a σχηματίζουν ένα ενεργειακά αποκρινόμενο σύμπλεγμα με NOX2 για τον έλεγχο της παραγωγής ROS και της επακόλουθης φλεγμονής. Αυτά τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις στην ανακάλυψη φαρμάκων για την καταπολέμηση της παχυσαρκίας.