Regulación de la captación de glucosa en astrocitos por el eje insulina / IGF-I

Abstract

La captura de glucosa cerebral ha sido objeto de estudio desde que se propuso a la glucosa como la principal fuente energética de las células neurales. Alteraciones en la captura de glucosa se encuentran asociadas a varias patologías neurológicas como la enfermedad de Alzheimer, Parkinson o epilepsia. El papel del eje Insulina/IGF-I, que regula la captura de glucosa periférica, no ha sido tenido en cuenta en la captura de glucosa cerebral, debido a la falta de evidencia en la participación de esta vía de señalización en la homeostasis de glucosa cerebral. En el presente trabajo se presenta evidencia del papel del eje Insulina/IGF-I en la captación de glucosa por parte de los astrocitos, determinada a través del análisis por citometría der flujo del consumo de un análogo fluorescente de la glucosa, el 6-NBDG. Además, a través del análisis de astrocitos donde se ha reducido la expresión del receptor de Insulina y de IGF-I usando ARNhc, se muestra que ambos receptores son esenciales para mantener la correcta captura de glucosa. Experimento In Vivo con microscopía confocal y 6-NBDG así como con tomografía por emisión de positrones en ratones donde se ha alterado la expresión de los receptores de Insulina o de IGF-I confirman la importancia de este sistema en la regulación de la captación de glucosas por parte de los astrocitos. También se muestra que alteraciones de la señalización del eje Insulina/IGF-I producen alteraciones en la captura de glucosa astrocitaria. Se determina que esta regulación ocurre a través de la interacción del receptor de IGF-I con el transportador facilitativo de glucosa 1 (GLUT1) y la localización en la membrana plasmática de estas proteínas mediada por la proteína interactuante con GAIP por el extremo C terminal (GIPC) usando citometría de flujo para medir la cantidad relativa de GLUT1 e IGF-IR que se encuentra en la membrana. GIPC es una proteína de andamiaje involucrada en la regulación del tráfico vesicular que interacciona con IGF-IR y GLUT1, pero no con el receptor de Insulina. Estas observaciones permiten proponer un nuevo papel para la Insulina, IGF-I y sus receptores en la homeostasis de glucosa en los astrocitos

Brain glucose uptake has been the focus of research ever since glucose was proposed as the main energy source of neural cells. Altered brain glucose uptake has been associated to several neurological disorders like Alzheimer’s and Parkinson´s disease, or epilepsy. Until now, the role in brain glucose uptake of the Insulin/IGF-I axis that regulates glucose uptake in peripheral tissues has been dismissed because a lack of evidence of this signaling pathway in the regulation of brain glucose handling. Here, we present evidence that the Insulin/IGF-I axis has a role in the regulation of glucose uptake by astrocytes as determined by flow cytometry with a fluorescent glucose analog (6-NBDG). Furthermore, through analysis of astrocytes where the expression of the Insulin receptor or the IGF-I receptor has been decreased with the use of specific shRNAs we show that both receptors are needed to keep normal glucose uptake. In vivo experiments with confocal microscopy and 6-NBDG and Positron Emission Tomography in mice where the expression of the insulin or IGF-I receptors were diminished confirmed a key role of this axis in glucose uptake by astrocytes. We also show that alterations of the Insulin/IGF-I signaling cascade drive alterations in glucose uptake by astrocytes. We determined that these regulation is established through the interaction of IGF1R with the facilitative glucose transporter 1 (GLUT1) and the localization to the membrane of these proteins mediated by GIPC1 (for GAIP interacting protein, C terminus) using flow cytometry to measure the amount of GLUT1 and IGF-IR that is located at the membrane. GIPC1 is a scaffold protein involved in the regulation of vesicular trafficking that interacts with the IGF-IR and GLUT1 but no with the Insulin receptor. These observations lead us to propose a novel role for insulin, IGF-I and their receptors in astrocyte glucose homeostasis