Insulinresistens i skelettmuskulatur: Studier på primära muskelcellodlingar från
människa.
Anna Krook, Docent
Integrativ fysiologi
Fysiologi och Farmakologi
von Eulers väg 4
Karolinska Institutet
171 77 Stockholm
Projekt: 24/01
Nyckelord: diabetes, humana primära muskelcellskulturer
Typ 2 diabetes är den vanligaste formen av diabetes och förekomsten av typ 2 diabetes väntas
stiga i det närmaste explosionsartat över de närmaste 20 åren, både i Sverige och globalt. En
ökad förståelse för defekter på cellulär nivå är således ett viktigt steg för att kunna utveckla nya
behandlingsformer för denna folksjukdom. En av de primära vävnaderna där defekter kunnat
påvisas hos typ 2 diabetiker är skelettmuskulaturen. Skelettmuskel från typ 2 diabetiker svarar
inte tillfredställande på insulin. Det är således av stor betydelse att studera de
signaleringssystem inne i muskelcellen som aktiveras av insulin. Med hjälp av bland annat stöd
från Stiftelsen forskning utan djurförsök har vi etablerat humana muskelcellodlingar i vårt
laboratorium. Detta innebär att man från en muskelbiopsi, som kan tas från både friska
försökspersoner och från individer med diabetes, kan odla muskelcellerna in-vitro under flera
veckor och månader. Satellitceller som finns inne i muskeln mellan basmembranet och
myofibrerna utvinns från muskelbiopsier, som tas både från friska försökspersoner och från typ
2 diabetiker. Dessa satellitceller kan odlas på plast som myoblaster och genom tillsats av ett
speciellt medium differentieras de mononukleära myoblasterna till polynukleära myotubuer. Vi
har visat att differentiering av muskel ökar det insulinstimulerade glukosupptaget, och att detta
sammanfaller med ökat uttryck av den insulinreglerade glukostransportören, GLUT4, och ett
ökat insulinsvar på signalerings proteiner så som MAP kinase och PKB. Vi har studerat
effekterna av insulin, och höga glukosnivåer, samt AICAR (en kemikalie som används för att
likna effekterna av fysisk träning genom att öka de intracellulära AMP nivåerna i muskelcellen
och aktivera AMP kinase) på aktivering av viktiga transkriptionsfaktorer och intracellulär
signalering i muskelcellodlingarna. Till exempel har vi kunnat visa att inhibering av p38 MAP
kinase helt blockerar den insulinstimulerade aktiveringen av MEF2, medan p38 aktivering inte
påverkar AICAR stimulerad MEF2 aktivitet. Detta visar att insulin och AICAR (träning) aktiverar
olika signaleringsvägar för att reglera transkriptionsfaktorn MEF2.
För att förstå vilken funktion ett visst protein har, har studier ofta urförts på så kallade ”knock
out” möss. Detta är möss där arvsanlaget för det protein man är intresserad av har tagits bort,
och man kan sedan studera hur detta påverkar olika vävnaders funktion. Vi har utvecklat
metodik för att applicera en ny RNA baserad metod (så kallad RNAi, RNA interference) för att
specifikt reducera uttrycket av endogena proteiner i human muskelcellodlingar. Vi har med
denna metod kunnat visa, inte bara att metodiken i sig är applicerbar på en primär human
odling av differentierade muskelceller, utan också att serum-medierat ökning av glukosupptag i
dessa celler är beroende av uttrycket av GLUT1. Så vitt vi vet är vi det första laboratoriet som
lyckats med denna metod i primära humana muskelceller, och detta är principiellt viktigt
eftersom det tillåter studier av signalering/genuttryck i humana celler efter specifik inhibering av
en eller flera proteiner på ett sätt som överträffar användning av inhibitorer i specificitet, och
som gör det möjligt att efterlikna studier tidigare enbart möjliga på ”knock out” möss direkt i
human vävnad. Vi kommer nu att använda oss av denna teknik för att studera reglering av
uttrycket av olika viktiga funktioner i skelettmuskeln.
Referenser
1. L Al-Khalili, AV Chibalin, K Kannisto, BB Zhang, J Permert, GD Holman, , E Ehrenborg,
VDH Ding,, JR Zierath, , A Krook (2003). Insulin action in cultured human skeletal muscle
cells during differentiation: Assessment of cell surface GLUT4 and GLUT1 content Cell Mol
Life Sci 60:991-998
2.
L Al Khalili, G Cartee, A Krook (2003). RNA interference-mediated reduction in GLUT1
inhibits serum-induced glucose transport in primary human skeletal muscle. Biochem
Biophys Res Commun 307:127-132
3.
L Al-Khalili, D Krämer, P Wretenberg, A Krook (2004) Human skeletal muscle cell
differentiation is associated with changes in myogenic markers and enhanced insulinmediated MAPK and PKB phosphorylation, in press ACTA physiol Scandinavica
