Escuela de Medicina de la Universidad de Indiana

Los científicos han descubierto que la insulina ha encontrado un callejón sin salida evolutivo, lo que limita su capacidad para adaptarse a la obesidad y, por lo tanto, hace que la mayoría de las personas sean vulnerables a la diabetes tipo 2.

Un estudio reciente de científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana, la Universidad de Michigan y la Universidad Case Western Reserve ha determinado que la secuencia de insulina se ha atrincherado en el borde de la producción alterada, una vulnerabilidad intrínseca desenmascarada por mutaciones raras en el gen de la insulina que causa diabetes en la infancia. El estudio explota conceptos y métodos biofísicos para relacionar la química de las proteínas con el campo emergente de la medicina evolutiva.

La insulina es producida por una serie de procesos altamente específicos que ocurren en células especializadas, llamadas células beta. Un paso clave es el plegado de un precursor biosintético, llamado proinsulina, para lograr la estructura funcional tridimensional de la hormona. Estudios anteriores de este y otros grupos han sugerido que la biosíntesis deficiente podría ser el resultado de diversas mutaciones que dificultan la capacidad de plegado de la proinsulina.

Este grupo trató de determinar si la evolución de la insulina en los vertebrados, incluidos los humanos, ha encontrado un obstáculo. ¿Ha impuesto una serie compleja de pasos restricciones que han congelado la secuencia de insulina en un precipicio de no plegabilidad? Y si es así, ¿ha dejado esto a la humanidad vulnerable a la diabetes tipo 2 como una enfermedad pandémica de la civilización?

Según el estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, las respuestas son sí y sí.

"Los procesos biológicos normalmente evolucionan para ser robustos, y esto nos protege en la mayoría de los casos de defectos de nacimiento y enfermedades", dijo Michael Weiss, MD, PhD, Profesor Distinguido de la Facultad de Medicina de IU e investigador principal del estudio. "Sin embargo, la diabetes parece ser una excepción".

Weiss y su equipo observaron una mutación sutil en la insulina humana en relación con las insulinas de otros animales, como vacas y puercoespines.

La insulina humana mutante funciona dentro del rango de variación natural entre las insulinas animales y, sin embargo, esta mutación ha sido excluida por la evolución. La respuesta a esta aparente paradoja es que la mutación prohibida bloquea selectivamente el plegamiento de la proinsulina y tensiona las células beta.

El grupo descubrió que incluso la más mínima variación del proceso de secuenciación de la insulina no solo altera el plegamiento de la insulina (y la eventual secreción de insulina), sino que también induce estrés celular que conduce a la disfunción de las células beta y eventualmente al daño permanente.

Weiss, quien también es presidente del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y profesor de Precision Health Initiative, dijo que el estudio destaca la importancia de la eficiencia de plegado como un factor crítico pero oculto en la evolución de la insulina durante los últimos 540 millones de años. Los seres humanos han evolucionado para ser vulnerables a diversas mutaciones en el gen de la insulina y esta vulnerabilidad subyace a una forma monogénica rara de diabetes y proporciona un telón de fondo evolutivo para la actual pandemia de diabetes relacionada con la obesidad.

Los expertos nacionales coinciden en que este descubrimiento proporciona información clave para comprender mejor el desarrollo de la diabetes tipo 2 en adultos y niños, que están aumentando a un ritmo alarmante en Indiana y en todo el mundo.

"Este estudio es un tour de force que desentraña elementos clave de la biología estructural de la insulina que afectan su síntesis y función", dijo Barbara Kahn, MD, profesora de medicina George R. Minot en la Escuela de Medicina de Harvard. "Los autores destacan el hecho de que el gen de la insulina ha sido susceptible a lo largo de la evolución a mutaciones que afectan la función de la insulina o estresan las células beta. A medida que nos acercamos al centenario del descubrimiento de la insulina, estas elegantes observaciones podrían conducir a una mejor comprensión de la patogénesis. de la diabetes tipo 2 ".

El director del Centro de Diabetes Kolver de la Universidad de Chicago, Louis Philipson, MD, estuvo de acuerdo y agregó que los hallazgos darán forma a los enfoques futuros de la investigación en esta área.

"Los hallazgos actuales definen una pregunta importante para el futuro: si también puede ocurrir un plegamiento incorrecto dañino de la proinsulina observado en pacientes que portan variantes del gen INS, quizás a niveles más bajos, pero de manera más amplia en la población de pacientes con diabetes tipo 2 humana en todo el mundo". Dijo Philipson.

A continuación, el grupo trabajará para definir completamente los determinantes de secuencia que hacen que la proinsulina sea plegable en las células beta. Su esperanza es que este trabajo eventualmente conduzca a una nueva categoría de medicamentos que mitiguen el estrés celular causado por la precaria capacidad de plegado de la proinsulina y se dirijan al estrés celular en las células beta, preservando así la producción de insulina para pacientes de alto riesgo.