C elegans

Cómo Podemos Estudiar las Enfermedades
Metabólicas con Modelos
Experimentales
DRA. KARLA CARVAJAL
LABORATORIO DE
NUTRICIÓN EXPERIMENTAL
Tendencia de causas de mortalidad y enfermedad en México.
SSA/INEGI 2005.
Tendencia de causas de mortalidad y enfermedad en México.
SSA/INEGI 2005.
Prot. C Reactiva
Tabaquismo
Obesidad
Central/abdominal
Hiperinsulinemia
Hiperhomocistinemia
Diabetes tipo 2
Hipercoagulabilidad
Riesgo
Cardiovascular
Hipertensión
Microalbuminuria
Dislipidemia
Hipertrigliceridemia
Hipercolesterolemia
Groop et al. Front Horm Res 1997;
Intolerancia
a la glucosa
Historia
Familiar
EC.
EL SÍNDROME METABÓLICO
Diabetes RESISTENCIA A
tipo 2
LA INSULINA
Síndrome
metabólico
Cardiopatía
isquémica REMODELAJE
METABÓLICO
 No
se sabe qué está pasando dentro de la
célula que provoca el desarrollo de estas
enfermedades
 No se cuenta con instrumentos de
validación de nuevas terapias
 No se cuenta con marcadores que
permitan dar seguimiento y conocer el
estado de avance de la enfermedad.
 Falta de nuevos fármacos que actúen
sobre diferentes blancos
 El
Animal de laboratorio es “cualquier
especie animal que se mantiene bajo
condiciones determinadas y se utiliza con
fines científicos”
 Manifiesta las características del fenómeno
que se quiere estudiar i.e. enfermedad
 Permite la manipulación “controlada” de
estas características
 Permite la medición de “respuestas de
salida” de manera accesible, confiable y
precisa
 MODIFICACIÓN
DE PERFILES
HORMONALES ASOCIADOS A SM
 (LEPTINA, ADIPONECTINA, TNF, IL6)
 Disminución de dislipidemias
(hipercolesterolemia,
hipertrigliceridemia)
 Disminución de niveles de glucosa
plasmática
 Disminución de la resistencia a la
insulina
 INDUCCIÓN
POR DIETAS, ACIDOS
GRASOS, AZÚCAR, FRUCTOSA
 UTILIZACIÓN DE FÁRMACOS E
INHIBIDORES METABÓLICOS
(estreptozotocina, etamoxir, glutamato)
 MODELOS GÉNETICOS ESPONTÁNEOS
( SHR, Zucker)
 MODELOS TRANSGÉNICOS (ob/ob,
db/db,)
INDUCCIÓN POR ALTO CONSUMO DE SACAROSA
(30% EN EL AGUA DE BEBIDA)
Bioindexes
Control
MS 16 W
MS 25 W a)
Body weight (g)
444.3 ± 40
459.9 ± 32
478. ± 17
*Visceral fat (g)
13.2 ± 3.7
19.5 ± 3.2*
34.2±8*
*Visceral fat / total
weight (%)
2.9 ± 0.7
4.2 ± 0.6*
10.8*
*Adiponectin (mg/mL)
0.98 ± 0.32
1.61 ± 0.44*
nd
*Triglycerides (mg/dL)
184.6 ± 32
308.9 ± 94*
278±16*
108±5
120±9
145±12*
* P ≤ 0.05
SISTOLIC BLOOD
PRESSURE (mm Hg)
a) Carvajal, J Hypertens, 1999
MODELO DE SÍNDROME METABÓLICO
Medición de parámetros de SM
RESISTENCIA A LA INSULINA
Clamp Euglicémico- Hiperinsulinémico
0.6
Sacarosa
Control
Glucosa Vinf (molKg/min)
0.5
0.4
*
0.3
0.2
0.1
0.0
0
20
40
60
80
100
120
140
Insulina (18 mU/kg/min, flujo constante)
Glucosa al 34 % flujo variable
0 min
-10 min
Cada punto en la curva representa la media ± DE de 6 experimentos. *p<0.001 a partir de los 40 minutos.
EXPRESIÓN DE LOS COMPONENTES DE
LA VIA DE SEÑALIZACIÓN DE LA AMPK
EXPRESIÓN
GENÉTICA
CAMBIOS EN LA EXPRESIÓN GENÉTICA DE LAS ISOFORMAS DE
AMPKα EN RATAS CON SÍNDROME METABÓLICO
AMPK
AMPK 1
AMPKα2
AMPKα1
0,6
6
***
0,5
mRNA AMPK alpha 2
(arbitrary units)
mRNA AMPK alpha 1
(arbitrary units)
5
4
3
***
2
1
***
Heart
Control
HTG
ME
**p<0.005
***p<0,001
Liver
0,3
0,2
***
*
0,1
**
0
0,4
TA
0,0
Heart
Control
HTG
ME
Liver
TA
*p<0.05
***p<0,001
EL SÍNDROME METABÓLICO MODIFICA LA EXPRESIÓN DE RNAm DE
LAS ISOFORMAS 1 Y 2
OBTENCIÓN DE CÉLULAS AISLADAS DE DIFERENTES
ÓRGANOS PARA VER RESPUESTAS DIFERENCIALES
Registro de transitorios de Ca2+ inducidos por estimulación eléctrica
Incubar con 10 µM
Fluo4 AM
30min
1 mM de NAC
Aislamiento de cardiomiocitos
10 pulsos 20 V, 1 Hz
CasIIIEa
(M)
Índice de Trabajo Mecánico
(% del Basal)
100
0
1
ITC (mmHg*latido*min-1)= Presión Max – Presión Min *
FC
50
2
5
0
0
10
20
Tiempo
(min)
30
Consumo de Oxígeno = % Solución
saturada - % Salida del corazón
Indice de Trabajo Mecánico
(% del basal)
120
80
IC50=1.2+0.3
40
0
0.1
1
10
CasIIIEa
(M)
Concentración inhibitoria media de la
nueva Casiopeína Vs otras reportadas
previamente. La casiopeína IIIEa fue
de 5-10 veces más tóxica que las
previamente reportadas.
Concentración Inhibitoria
Media (µM)
IIGly 5.2 ± 0.2
IIIia
IIIEa
9.4 ± 0.2
1.2 ± 0.03
-
Ciclos de vida largos
Dietas o fármacos
inductores de alto costo
Instrumentos de
monitoreo onerosos
Variables de salida
multifactoriales
Presencia de variables
confusoras
Es una especia de nematodo de vida libre
rabdítido de la familia Rhabditidaeque, mide
aproximadamente 1 mm de longitud, y vive en
ambientes templados. Ha sido un importante
modelo de estudio para la biología, muy
especialmente la genética del desarrollo, a partir
de los años 70.
Es un modelo suficientemente complejo y
suficientemente sencillo para el estudio del
metabolismo celular implicado en el
síndrome metabólico
 Su genoma está totalmente caracterízado,
estudiado y “utilizado”
 Relativamente es fácil de manipular en el
laboratorio
 Responde a cambios metabólicos como
dietas, estrés, factores ambientales.
 Su cultivo y mantenimiento es bastante
modesto

 No
posee órganos ni sistemas afectados en
el síndrome metabólico (sistema
cardiovascular)
 No presenta un sistema de transporte y
manejo de lípidos tan complejo como el
mamíferos (lipoproteínas, síntesis de
colesterol)
 Solo puede ser alimentado con
carbohidratos sencillos.
Comparte componentes de
diversas vías metabólicas con
los mamíferos incluyendo al
hombre
Permite el análisis de la
acumulación de lípidos in vivo
Fácil manipulación genética.
Simultanea manipulación de
múltiples genes.
Periodos de tiempo de
desarrollo cortos (alrededor
de 3 días)
Los estudios de la genética del nematodo C. elegans pueden
aportar valiosa información para el estudio de la obesidad
humana
 Insulina

y TGF-β
daf-7 , ins-1, mtor
 Serotonina,
dopamina y
glutamato

Tph-1, ser-1, ser-7
 AMPK

aak-1 y 2, aakb-1 y 2, daf15, let-363
 SREBP

sbp-1
Relative
50
C elegans como modelo de estudio de señalización celular en
síndrome metabólico
0
Control
100mM Glucose
100mM Glucose/50mM Metformin
Contenido de lípidos
intracelulares y su modificación
por activación de AMPK
C elegans como modelo de estudio de señalización celular en
síndrome metabólico
Oxygen consumption
140
*
respiration/protein (%)
120
100
80
60
*
40
20
0
Control
100mM Glucose
50mM Metformin
100mM Glucose/50mM Metformin
La activación de AMPK estimula el metabolismo mitocondrial y restaura
la inhibición producida por concentraciones altas de glucosa
C elegans como modelo de estudio de señalización celular en
síndrome metabólico
Sbp-1sbp-1
3,0
*
mRNA sbp-1
(arbitrary units)
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Control
+ Glucose 100mM
Concentraciones altas de glucosa modifican la expresión de la
cascada de señalización en la síntesis de lípidos en C. elegans
Gracias