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Este protocolo descreve o isolamento de pré-adipócitos de camundongos da gordura subcutânea, sua diferenciação em adipócitos maduros e a indução de resistência à insulina. A ação da insulina é avaliada pela fosforilação/ativação de membros da via de sinalização da insulina através do western blot. Este método permite a determinação direta da resistência/sensibilidade à insulina em adipócitos primários.
A resistência à insulina é um efeito reduzido da insulina sobre suas células-alvo, geralmente derivado da diminuição da sinalização dos receptores de insulina. A resistência à insulina contribui para o desenvolvimento de diabetes tipo 2 (DM2) e outras doenças derivadas da obesidade de alta prevalência em todo o mundo. Portanto, a compreensão dos mecanismos subjacentes à resistência à insulina é de grande relevância. Vários modelos têm sido utilizados para estudar a resistência à insulina tanto in vivo quanto in vitro; Os adipócitos primários representam uma opção atraente para estudar os mecanismos de resistência à insulina e identificar moléculas que neutralizam essa condição e os alvos moleculares de drogas sensibilizadoras de insulina. Neste trabalho, estabelecemos um modelo de resistência insulínica utilizando adipócitos primários em cultura tratada com fator de necrose tumoral α (TNF-α).
As células precursoras de adipócitos (APCs), isoladas do tecido adiposo subcutâneo de camundongos digerido pela colagenase por tecnologia de separação magnética celular, são diferenciadas em adipócitos primários. A resistência à insulina é então induzida pelo tratamento com TNF-α, uma citocina pró-inflamatória que reduz a fosforilação/ativação da tirosina dos membros da cascata de sinalização da insulina. A diminuição da fosforilação do receptor de insulina (IR), substrato do receptor de insulina (IRS-1) e proteína quinase B (AKT) são quantificados por western blot. Este método fornece uma excelente ferramenta para estudar os mecanismos mediadores da resistência à insulina no tecido adiposo.
A insulina é um hormônio anabólico produzido pelas células β das ilhotas pancreáticas e o principal regulador do metabolismo da glicose e dos lipídios. Dentre suas diversas funções, a insulina regula a captação de glicose, a síntese de glicogênio, a gliconeogênese, a síntese proteica, a lipogênese e a lipólise1. O sinal molecular inicial após a interação da insulina com seu receptor (IR) é a ativação da atividade intrínseca da tirosina proteína quinase do IR2, resultando em sua autofosforilação3 e na subsequente ativação de uma família de proteínas conhecidas como substratos do receptor de insulina (IRS), que se liga a proteínas adaptadoras levando à ativação de uma cascata de proteínas quinases4 . A insulina ativa duas vias principais de sinalização: fosfatidilinositol 3-quinase (PI3K)-proteína quinase B (AKT) e proteína quinase ativada por mitógeno Ras (MAPK). O primeiro constitui um importante ponto de ramificação ou nó 4,5 para a ativação de numerosos efetores a jusante envolvidos em diversas funções fisiológicas, incluindo a regulação da homeostase do combustível, enquanto o segundo regula o crescimento e diferenciação celular 4,6. As ações da insulina dependem, em última instância, do tipo celular e do contexto fisiológico7.
Um dos principais tecidos metabólicos responsivos à insulina é o tecido adiposo. O tecido adiposo branco é o tipo de gordura mais abundante em humanos e roedores, distribuído na gordura subcutânea (entre a pele e os músculos) e na gordura visceral (ao redor dos órgãos da cavidade abdominal). Dado o seu grande volume, os adipócitos ou células adiposas são o tipo celular mais abundante no tecido adiposo. Essas células adiposas podem ser marrons/beges (termogênicas), róseas (na glândula mamária) ebrancas 8,9. Os adipócitos brancos mantêm as principais reservas energéticas do organismo na forma de triglicerídeos, um processo insulino-dependente. A insulina promove o transporte de glicose e a lipogênese, ao mesmo tempo em que inibe a lipólise ou a degradação lipídica 7,10. Também facilita a diferenciação de pré-adipócitos em adipócitos — as células maduras que armazenam gordura11.
A resistência à insulina ocorre quando um nível normal de insulina produz uma resposta biológica atenuada, resultando em hiperinsulinemia compensatória12. A resistência à insulina é uma condição associada ao sobrepeso e àobesidade5, que quando combinada leva ao diabetes tipo 2 (DM2) e outras doenças metabólicas13. A hiperinsulinemia compensa a resistência à insulina nos tecidos periféricos para manter os níveis glicêmicos normais14. No entanto, eventual perda ou exaustão de células β, juntamente com resistência insulínica exacerbada, leva a níveis elevados de glicose no sangue consistentes com DT25. Portanto, a resistência insulínica e a hiperinsulinemia podem contribuir para o desenvolvimento de doenças metabólicas derivadas da obesidade15. Além disso, a obesidade pode causar inflamação local crônica de baixo grau, promovendo resistência à insulina no tecido adiposo15,16,17. Além disso, alterações no tecido adiposo derivadas da obesidade, como fibrose, inflamação e redução da angiogênese e adipogênese, levam a níveis séricos mais baixos de adiponectina (um sensibilizador de insulina) e aumento da secreção de fatores como inibidor do ativador do plasminogênio 1 (PAI-1), ácidos graxos livres e exossomos na corrente sanguínea, exacerbando a resistência à insulina17.
Muitos aspectos subjacentes à resistência à insulina permanecem desconhecidos. Modelos in vitro e in vivo têm sido desenvolvidos para estudar os mecanismos mediadores da resistência à insulina nos principais tecidos-alvo, incluindo o tecido adiposo. A vantagem dos modelos in vitro é que os pesquisadores têm maior controle das condições ambientais e podem avaliar a resistência à insulina em tipos celulares específicos. Particularmente, as células precursoras de adipócitos (APCs) têm o fenótipo individual do tecido doador, o que pode refletir melhor a fisiologia do que as linhagens celulares de adipócitos. Um dos principais fatores indutores de resistência à insulina in vitro é o fator de necrose tumoral-α (TNF-α). O TNF-α é uma citocina pró-inflamatória secretada por adipócitos e macrófagos no tecido adiposo18. Embora seja necessária para o adequado remodelamento e expansão do tecido adiposo19, a exposição prolongada ao TNF-α induz resistência à insulina no tecido adiposo in vivo e nos adipócitos in vitro20. O tratamento crônico com TNF-α de vários tipos celulares leva ao aumento da fosforilação da serina, tanto do IR quanto do IRS-1, promovendo assim a diminuição da fosforilação da tirosina21. O aumento da fosforilação da IRS-1 sobre resíduos de serina inibe a atividade da tirosina quinase IR e pode ser um dos principais mecanismos pelos quais o tratamento crônico do TNF-α prejudica a ação da insulina22,23. O TNF-α ativa vias envolvendo o inibidor de serina/treonina quinase do fator nuclear ĸB quinase β (IKKβ) e c-Jun N quinase terminal (JNK)24. JNK induz um complexo programa transcricional pró-inflamatório, mas também fosforila diretamente IRS-16.
A compreensão da patogênese da resistência à insulina tem se tornado cada vez mais importante para orientar o desenvolvimento de futuras terapias contra a DM2. As VPAs têm se mostrado um excelente modelo para o estudo da biologia das células adiposas, incluindo a sensibilidade e resistência à insulina, e para a identificação das propriedades intrínsecas dos adipócitos independente do ambiente sistêmico. As APCs podem ser facilmente obtidas de diferentes depósitos adiposos e, sob condições apropriadas, diferenciadas em adipócitos maduros. Com esse método, efeitos diretos sobre a resistência/sensibilidade à insulina podem ser avaliados em adipócitos.
Todos os experimentos com roedores foram aprovados pelo Comitê de Bioética do Instituto de Neurobiologia da UNAM, protocolo número 075.
1. Isolamento de células precursoras de adipócitos de camundongos
2. Diferenciação dos adipócitos e indução da resistência à insulina
NOTA: Manter as células a 37 °C em CO2 a 5% e realizar etapas que envolvem troca de meio e tratamentos com TNF-α e insulina dentro de uma capa estéril.
3. Avaliação da via de sinalização da insulina por western blot
Nos últimos anos, o aumento da prevalência de obesidade e DM2 tem motivado uma intensa busca pelos mecanismos mediadores da resistência à insulina no tecido adiposo. Com o protocolo aqui descrito, as VPAs podem ser diferenciadas em adipócitos maduros para avaliar a resistência e a sensibilidade à insulina. Uma vez que as VPAs atingem a confluência, são necessários 10 dias para completar sua diferenciação em adipócitos maduros e sua indução de resistência à insulina mediada pelo TNF-α (
Este trabalho fornece um método para estudar a resistência à insulina que utiliza adipócitos primários em cultura tratada com TNF-α. Esse modelo tem a vantagem de que adipócitos primários podem ser cultivados em condições definidas por longos períodos de tempo com um controle rigoroso dos fatores ambientais celulares26. A duração do ensaio é de 15-20 dias, embora variações na porcentagem de adipócitos diferenciados possam ocorrer entre os experimentos. Os adipócitos primários ap...
Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Agradecemos a Daniel Mondragón, Antonio Prado, Fernando López-Barrera, Martín García-Servín, Alejandra Castilla e María Antonieta Carbajo pela assistência técnica e Jessica Gonzalez Norris pela edição crítica do manuscrito. Este protocolo foi apoiado pelo Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT), Fondo Sectorial de Investigación para la Educación Grant 284771 (to Y.M.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1. Isolation mouse adipocyte precursor cells | |||
ACK lysing buffer | LONZA | 10-548E | |
Anti-Biotin Microbeads | Miltenyi | 130-090-485 | |
Anti-CD31 | eBioscience | 13-0311-85 | |
AutoMACS Pro Separator | Miltenyi | ||
Basement membrane matrix (matrigel) | Corning | 354234 | |
bFGF | Sigma | F0291 | Growth factor |
BSA | Equitech-Bio, Inc. | BAC63-1000 | |
CD45 Monoclonal Antibody (30-F11) - Biotin | eBioscience | 13-0451-85 | |
Collagenase, Type 1 | Worthington Biochem | LS004197 | |
Dexamethasone | Sigma | D1756 | |
DMEM | GIBCO | 12800017 | |
DMEM low glucose | GIBCO | 31600-034 | |
EGF | Peprotech | 315-09 | Growth factor |
FBS | GIBCO | 26140-079 | |
ITS mix | Sigma | I3146 | |
L-ascorbic acid 2-phosphate | Sigma | A8960 | |
LIF | Millipore | ESG1107 | Growth factor |
Linoleic acid-albumin | Sigma | L9530 | |
MCDB 201 medium | Sigma | M6770 | |
Normocin | InvivoGen | ant-nr-2 | |
PDGF-BB | Peprotech | 315-18 | Growth factor |
Peniciline-Streptomycine | BioWest | L0022-100 | |
Pre-Separation Filters (70 µm) | Miltenyi | 130-095-823 | |
Purified Rat Anti-Mouse CD16 / CD32 | BD Pharmingen | 553142 | |
Trypsin-EDTA | GIBCO | 25300062 | |
2. Adipocyte differentiation and insulin resistance induction | |||
3-Isobutyl-1-methylxanthine [IBMX] | Sigma | I5879 | Differentiation cocktail |
BMP4 | R&D Systems | 5020-BP-010 | Differentiation cocktail |
Dexamethasone | Sigma | D1756 | Differentiation cocktail |
Insulin | Sigma | I9278 | |
Rosiglitazone | Cayman | 71742 | Differentiation cocktail |
TNFα | R&D Systems | 210-TA-005 | |
3. Evaluation of insulin signaling pathway by western blot | |||
Anti-beta tubulin antibody | Abcam | ab6046 | |
Bromophenol blue | BioRad | 161-0404 | Laemmli buffer |
EDTA | Sigma | E5134 | RIPA buffer |
EGTA | Sigma | E4378 | RIPA buffer |
FluorChem E system | ProteinSimple | ||
Glycerol | Sigma | G6279 | Laemmli buffer |
Glycine | Sigma | G7126 | Running and Transfer buffer |
Igepal | Sigma | I3021 | RIPA buffer |
2- mercaptoethanol | Sigma | M3148 | Laemmli buffer |
Methanol | JT Baker | 907007 | Transfer buffer |
NaCl | JT Baker | 3624-05 | TBS-T |
NaF | Sigma | 77F-0379 | RIPA buffer |
NaOH | JT Baker | 3722-19 | |
Na4P2O7 | Sigma | 114F-0762 | RIPA buffer |
Na3VO4 | Sigma | S6508 | RIPA buffer |
Nitrocellulose membrane | BioRad | 1620112 | |
Nonfat dry milk | BioRad | 1706404 | Blocking solution |
Prestained protein standard | BioRad | 1610395 | |
Protease inhibitor cocktail | Sigma | P8340-5ML | |
Peroxidase AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 711-035-132 | |
Phospho- Insulin Receptor β | Cell signaling | 3024 | |
Phospho-Akt (Ser473) Antibody | Cell signaling | 9271 | |
Phospho-IRS1 (Tyr608) antibody | Millipore | 9432 | |
Saccharose | JT Baker | 407205 | RIPA buffer |
SDS | BioRad | 1610302 | Running and laemmli buffer |
SuperSignal West Pico PLUS Chemiluminescent Substrate | Thermo Scientific | 34577 | |
Tris-base | Promega | H5135 | Running, transfer and laemmli buffer |
Tris-HCl | JT Baker | 4103-02 | RIPA buffer - TBS |
Tween 20 | Sigma | P1379 | TBS-T |
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