liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Insulin resistance in human adipocytes occurs downstream of IRS1 after surgical cell isolation but at the level of phosphorylation of IRS1 in type 2 diabetes
Linköping University, Department of Clinical and Experimental Medicine, Cell Biology. Linköping University, Faculty of Health Sciences.
Linköping University, Department of Clinical and Experimental Medicine, Cell Biology. Linköping University, Faculty of Health Sciences.
Linköping University, Department of Clinical and Experimental Medicine, Cell Biology. Linköping University, Faculty of Health Sciences.
Linköping University, Department of Clinical and Experimental Medicine, Obstetrics and gynecology . Linköping University, Faculty of Health Sciences.
Show others and affiliations
2005 (English)In: The FEBS Journal, ISSN 1742-464X, E-ISSN 1742-4658, Vol. 272, no 1, 141-151 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Insulin resistance is a cardinal feature of type 2 diabetes and also a consequence of trauma such as surgery. Directly after surgery and cell isolation, adipocytes were insulin resistant, but this was reversed after overnight incubation in 10% CO2 at 37 °C. Tyrosine phosphorylation of the insulin receptor and insulin receptor substrate (IRS)1 was insulin sensitive, but protein kinase B (PKB) and downstream metabolic effects exhibited insulin resistance that was reversed by overnight incubation. MAP-kinases ERK1/2 and p38 were strongly phosphorylated after surgery, but was dephosphorylated during reversal of insulin resistance. Phosphorylation of MAP-kinase was not caused by collagenase treatment during cell isolation and was present also in tissue pieces that were not subjected to cell isolation procedures. The insulin resistance directly after surgery and cell isolation was different from insulin resistance of type 2 diabetes; adipocytes from patients with type 2 diabetes remained insulin resistant after overnight incubation. IRS1, PKB, and downstream metabolic effects, but not insulin-stimulated tyrosine phosphorylation of insulin receptor, exhibited insulin resistance. These findings suggest a new approach in the study of surgery-induced insulin resistance and indicate that human adipocytes should recover after surgical procedures for analysis of insulin signalling. Moreover, we pinpoint the signalling dysregulation in type 2 diabetes to be the insulin-stimulated phosphorylation of IRS1 in human adipocytes.

Place, publisher, year, edition, pages
2005. Vol. 272, no 1, 141-151 p.
Keyword [en]
glucose transport, insulin receptor substrate, MAP-kinase, p38, protein kinase B
National Category
Medical and Health Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-12790DOI: 10.1111/j.1432-1033.2004.04396.xOAI: oai:DiVA.org:liu-12790DiVA: diva2:17062
Available from: 2007-11-23 Created: 2007-11-23 Last updated: 2017-12-14
In thesis
1. Insulin signalling in human adipocytes: mechanisms of insulin resistance in type 2 diabetes
Open this publication in new window or tab >>Insulin signalling in human adipocytes: mechanisms of insulin resistance in type 2 diabetes
2007 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [sv]

Prevalensen av fetma ökar drastiskt i stora delar av världen och utgör en stor riskfaktor för att utveckla insulinresistens och typ 2 diabetes. Fettväven kan bli mycket stor om för mycket energi tas upp av kroppen. Vid extrem övervikt är fettväven i kroppen i ett stresstillstånd, vilket gör att risken för att utveckla metabola sjukdomar som t.ex. typ 2 diabetes ökar. Fett lagras i olika fettdepåer i kroppen. Inlagringen i djupare kroppsdelar, runt och i inre organ s.k. visceralt fett, skiljer sig från fettväven som lagras direkt under huden s.k. subkutant fett. Nyare rön visar att mer visceral fettväv ökar risken för att utveckla insulinresistens och typ 2 diabetes.

Fettcellen är tillsammans med muskel- och leverceller de viktigaste för glukosmetabolismen. Fettcellen är en stor cell, som man lätt kan se med blotta ögat. Storleken på ellerna varierar dock kraftigt i en och samma fettvävnad. Upptag av glukos från maten vi äter regleras av hormonet insulin. Insulinresistens är ett tillstånd då cellerna svarar dåligt på insulin, vilket gör att glukoshalten i blodet ökar. Detta förekommer vid typ 2 diabetes, men även vid andra tillstånd där cellerna blir stressade, t.ex. kirurgiska ingrepp. Insulinsignaleringen i fettcellen är komplex och signalöverföringen inne i cellen sker främst via en kaskad av fosforyleringar, där olika proteiner i en signalkedja fosforyleras eller defosforyleras. Slutligen leder denna fosforyleringskaskad till insulinets sluteffekter som t.ex. upptag av glukos, proteinsyntes och celltillväxt. Efter att insulin bundit till och fosforylerat/aktiverat insulinreceptorn delas signalen upp inne i cellen i två huvudvägar; den metabola signalvägen och den mitogena signalvägen. Insulinreceptorsubstrat 1, IRS1, är ett stort protein som insulinreceptorn verkar direkt på. Fosforylering av aminosyran tyrosin på IRS1 är mycket viktigt för fortsatt insulinsignalering i fettcellen. IRS1 fosforyleras även på aminosyran serin som svar på bl.a. insulin. Serinfosforyleringen av IRS1 hämmar eller stimulerar insulinsignaleringen, ofta genom återkoppling av insulinsignalen.

Syftet med den här avhandlingen är att beskriva möjliga cellulära mekanismer i insulinsignaleringen vid insulinresistens som resultat av kirurgisk stress eller vid typ 2 diabetes i fettceller från människa.

Häri har upptaget av glukos analyserats och jämförts i fettceller från olika fettdepåer. Viscerala fettceller har högre basalt och insulinstimulerat glukosupptag och mer glucostransportörprotein än subkutana fettceller. Däremot är det ingen skillnad i insulinkänslighet angående glukosupptaget i de olika typerna av fettceller.

Vidare fann vi att den kirurgiskt orsakade insulinresistensen hos subkutana fettceller från människa återgår till det normala efter övernattinkubering av cellerna i odlingsmedium. Insulinresistensen vid typ 2 diabetes är däremot permanent och har en annan mekanism än den reversibla, stress-relaterade insulinresistensen. Insulinresistansen vid typ 2 diabetes beror på att signalöverföringen mellan olika proteiner i cellen är defekt. Insulinreceptorns förmåga att fosforylera IRS1 på aminosyran tyrosin är nedsatt hos patienter med typ 2 diabetes. Fosforyleringen av IRS1 på serin 307 (i den humana sekvensen) ökar snabbt hos icke-diabetiska fettceller som svar på insulin. Denna serinfosforylering verkar behövas för att IRS1 effektivt ska tyrosinfosforyleras och därmed leda insulinsignalen vidare inne i cellen. Fosforyleringen av IRS1 på serin 307 är kraftigt nedsatt hos subkutana fettceller från patienter med typ 2 diabetes. Fosforyleringen av IRS1 på serin 312 är däremot liknande i fettceller från icke-diabetiker och diabetiker (Öst et.al. (2007) Faseb.J. doi: 10.1096/fj.07-8173com). Fosforyleringen av IRS1 på serin 312 är mest involverad i insulinsignaleringens negativa återkoppling. Fosforyleringen av serin 307 sker snabbt och vid låga insulinkoncentrationer, medan fosforyleringen på serin 312 sker först efter lång inkubering och vid höga insulinkoncentrationer.

Detta är en ny mekanism på cellulär nivå som möjligen kan beskriva insulinresistansen i fettceller från människa. Tillsammans styrs återkopplingen via den stimulerande fosforyleringen (serin 307) eller den hämmande fosforyleringen (serin 312) och kontrollerar insulinsignaleringen i cellen. Fosforyleringarna sker möjligen via samma proteinkinas och/eller proteinfosfatas och kan bli mål för terapeutiska läkemedel mot typ 2 diabetes i framtiden.

Abstract [en]

The prevalence of obesity is increasing in most parts of the world and is a strong risk factor for the development of insulin resistance and type 2 diabetes. Adipose tissue is important in whole body energy balance and grows in size with excess energy intake. Adipose tissue in

different regions of the body has different characteristics and adipocytes coming from intraabdominal fat depots, are more associated with insulin resistance than adipocytes from subcutaneous fat depots. Insulin signalling is complex and consists of two major signalling pathways in the cell; the metabolic signalling pathway and the mitogenic signalling pathway. After insulin binding to the insulin receptor a cascade of protein phosphorylations and dephosphorylations is started, eventually leading to the target effects of the hormone. Tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1), a protein directly downstream of the insulin receptor, is essential for further insulin signalling. Serine phosphorylation of IRS1 also affects insulin signalling through inhibitory or stimulatory effects. Adipocytes are together with muscle cells and liver cells central in the development of type 2 diabetes. The focus of this thesis is to describe mechanisms in insulin signalling in primary human adipocytes in insulin resistant states, surgical stress or type 2 diabetes.

Visceral adipocytes from humans were analysed and compared to subcutaneous adipocytes. Visceral adipocytes were slightly bigger than subcutaneous adipocytes. Furthermore, visceral adipocytes had an increased level of the glucose transporterprotein GLUT4 and a higher basal and insulin-stimulated glucose uptake, but the sensitivity to insulin was the same.

Here it was found that surgical insulin resistance is reversible after overnight incubation of the adipocytes and the impaired insulin sensitivity is at the level between IRS1 and PKB/Akt in insulin signalling. In contrast, the insulin resistance in type 2 diabetes is irreversible and the impaired insulin sensitivity is at the level of insulin receptor-mediated tyrosine phosphorylation of IRS1. Adipocytes from patients with type 2 diabetes were investigated and it was found that diabetic adipocytes have an attenuated insulin-stimulated phosphorylation of IRS1 at serine 307 (corresponding to serine 302 in the mouse sequence). In adipocytes from non-diabetic individuals, the phosphorylation of IRS1 at serine 307 occurred rapidly at low concentrations of insulin. This phosphorylation was associated with the tyrosine phosphorylation of IRS1. The phosphorylation of IRS1 at serine 312 (corresponding to serine 307 in the mouse sequence) in response to insulin was similar in adipocytes from non-diabetic individuals and from patients with type 2 diabetes (Öst et.al. (2007) Faseb.J. doi: 10.1096/fj.07-8173com) and occurred only at high concentrations after prolonged incubation with insulin.

This thesis reports the investigation of mechanisms in insulin signalling at a cellular and molecular level in primary human adipocytes. The insulin resistance resulted from surgical stress is different from that in type 2 diabetes and adipocytes from patients with type 2 diabetes have impaired insulin sensitivity at the level of IRS1. Together, the phosphorylation of IRS1 at serine 307 and serine 312 may control insulin signalling through feedback mechanisms in primary human adipocytes.

Place, publisher, year, edition, pages
Institutionen för klinisk och experimentell medicin, 2007
Series
Linköping University Medical Dissertations, ISSN 0345-0082 ; 1026
Keyword
adipocytes, type 2 diabetes, insulin, insulin resistance, insulin signalling, phosphorylation, insulin receptor substrate 1, feedback control
National Category
Cell and Molecular Biology
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-10327 (URN)978-91-85895-60-1 (ISBN)
Public defence
2007-12-12, Aulan, Hälsans hus, Campus US, Linköpings universitet, Linköping, 09:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2007-11-23 Created: 2007-11-23 Last updated: 2013-09-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textLink to Ph.D. thesis

Authority records BETA

Danielsson, AnnaÖst, AnitaLystedt, ErikaKjölhede, PrebenGustavsson, JohannaNyström, Fredrik H.Strålfors, Peter

Search in DiVA

By author/editor
Danielsson, AnnaÖst, AnitaLystedt, ErikaKjölhede, PrebenGustavsson, JohannaNyström, Fredrik H.Strålfors, Peter
By organisation
Cell BiologyFaculty of Health SciencesObstetrics and gynecology
In the same journal
The FEBS Journal
Medical and Health Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 179 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf