Orientadores: Antonio Carlos Boschiero, Helena Coutinho Franco de Oliveira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: Alterações no conteúdo de colesterol celular podem contribuir para o mau funcionamento das células-beta pancreáticas. Camundongos knockout para o receptor de LDL (LDLR-/-) possuem maior teor de colesterol nas ilhotas pancreáticas e secretam menos insulina em comparação a camundongos...

Resumo: Alterações no conteúdo de colesterol celular podem contribuir para o mau funcionamento das células-beta pancreáticas. Camundongos knockout para o receptor de LDL (LDLR-/-) possuem maior teor de colesterol nas ilhotas pancreáticas e secretam menos insulina em comparação a camundongos selvagens (WT). Neste estudo, investigamos a associação entre o conteúdo de colesterol, a secreção de insulina e a movimentação de cálcio citoplasmático nessas ilhotas. Além disso, analisamos o efeito da dieta rica em gordura (HFD) sobre a homeostasia glicêmica, secreção e ação da insulina nesses camundongos. Os resultados mostraram que a primeira e segunda fase de secreção de insulina assim como a movimentação de Ca2+, estimuladas por glicose, foram reduzidas nos LDLR-/-. Camundongos LDLR-/- também apresentaram menor conteúdo de proteínas envolvidas com a extrusão dos grânulos de insulina tais como: VAMP-2 e SNAP-25 (p<0,05). A remoção do excesso de colesterol pelo uso da metil-beta-ciclodextrina (M?CD) normalizou a secreção de insulina, estimulada por glicose (GSIS) ou tolbutamida, assim como a movimentação de cálcio estimulada por glicose. A remoção do colesterol das ilhotas WT com 0.1 e 1 mmol/L de M?CD reduziu a secreção bem como a movimentação de cálcio. No entanto, ilhotas incubadas com 10 mmol/L de M?CD apresentaram aumento significativo na secreção de insulina, apesar da redução na movimentação de cálcio. A dieta hiperlipídica (H) promoveu maior ganho de peso e acúmulo de gordura visceral nos camundongos LDLR-/-H em relação aos WTH. A dieta aumentou a glicemia tanto no jejum quanto alimentado, porém não houve alterações nas concentrações plasmáticas de insulina nos camundongos LDLR-/-H. Já nos camundongos WTH, a dieta causou aumento nas glicemias de jejum e alimentado bem como na insulinemia. A área sob a curva glicêmica durante o oGTT foi 30% maior nos camundongos LDLR-/-H. A GSIS não foi significativamente alterada pela dieta hiperlipídica em ambos os grupos. Camundongos LDLR-/- em dieta padrão apresentaram maior fosforilação do receptor de insulina (IR?) e da AKT em fígado e músculo. O conteúdo da enzima que degrada a insulina (IDE) se mostrou reduzido nos LDLR-/-. A dieta hiperlipídica reduziu a sinalização da insulina em fígado, músculo e tecido adiposo dos camundongos LDLR-/-H. Nos camundongos WTH essa dieta promoveu apenas uma redução na fosforilação do IR? no músculo. A análise conjunta dos resultados nos permitiu concluir que, tanto o aumento de colesterol verificado em ilhotas LDLR-/- quanto a diminuição excessiva do conteúdo de colesterol em ilhotas WT (tratadas com M?CD) alteram a movimentação de cálcio e conseqüentemente a secreção de insulina. A redução do colesterol nas ilhotas dos camundongos LDLR-/- corrigiu a redução da secreção de insulina, apesar das concentrações reduzidas de VAMP-2 e SNAP-25. Camundongos LDLR-/-, alimentados com dieta padrão, são mais sensíveis à insulina, provavelmente como um mecanismo adaptativo a menor secreção de insulina. No entanto, estas adaptações não são suficientes para manter a homeostase glicêmica visto que estes animais são intolerantes à glicose. Quando alimentados com dieta hiperlipídica, os LDLR-/-H se tornam resistentes à insulina provavelmente devido ao aumento do tecido adiposo visceral

Abstract: Changes in cellular cholesterol levels may contribute to beta cell dysfunction. Islets from LDL receptor knockout (LDLR-/-) possess higher cholesterol content and secrete less insulin than wild type (WT) mice. Here, we investigated the association between cholesterol content, insulin...

Abstract: Changes in cellular cholesterol levels may contribute to beta cell dysfunction. Islets from LDL receptor knockout (LDLR-/-) possess higher cholesterol content and secrete less insulin than wild type (WT) mice. Here, we investigated the association between cholesterol content, insulin secretion and Ca2+ handling in these islets. In addition, we analyzed the effects of highfat- diet (HFD) on glucose homeostasis, insulin secretion and action in these mice. Both first and second phase of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) were lower in LDLR-/- compared with WT islets. This lower secretion was paralleled by impairment in Ca2+ handling in these islets. The contents of SNAP-25 and VAMP-2 proteins, which participate in the extrusion of the insulin containing granules, were reduced in LDLR-/- compared with WT islets. Removal of the excess of cholesterol from LDLR-/- islets (Methyl-?-cyclodextrine, M?CD) normalized glucose- and tolbutamide-induced insulin release. Glucose-stimulated Ca2+ handling was also normalized in cholesterol-depleted LDLR-/- islets. Cholesterol removal from WT islets by 0.1 and 1.0 mmol/L M?CD impaired both GSIS and Ca2+ handling. However, 10 mmol/L M?CD markedly increased insulin secretion induced by glucose or tolbutamide in WT islets, despite a significant reduction in Ca2+ handling. The HFD promoted higher body weight gain and visceral fat pad depot in LDLR-/-H than in WTH. LDLR-/-H mice showed fasted and fed glucose levels significantly higher whereas no changes in fasted plasma insulin levels were observed. WTH mice also showed an increase in fasted and fed glucose levels, but a higher fasted plasma insulin level (p<0.05) was noticed. The area under the curve of the oGTT in LDLR-/-H, but not in WTH, was increased (30%) by HFD. GSIS was not significantly altered by HFD in both groups. LDLR-/- mice showed higher IR? and AKT phosphorylation in liver and skeletal muscle. Insulin degrading enzyme (IDE) protein content was lower in liver of LDLR-/-. The HFD reduced insulin signaling in liver, skeletal muscle and adipose tissue in LDLR-/-H. In WTH the HFD reduced only the IR? phosphorylation in muscle. In conclusion, our results indicate that abnormal high (LDLR-/- islets) or low (WT islets treated with M?CD) cholesterol contents alter both GSIS and Ca2+ handling. Normalization of islet cholesterol content improved Ca2+ handling and insulin secretion in LDLR-/- islets, despite the lower expression of SNAP-25 and VAMP-2. LDLR-/- mice, fed a chow diet, are more sensitive to insulin probably due adaptive mechanisms that compensate the low insulin secretion. However, these changes are not sufficient to promote glucose homeostasis since these mice were glucose intolerants. When fed a high-fat diet, they became also insulin resistant probably due to an increase in the mass of the visceral adipose tissue