Mechanisms of Insulin Resistance after Immunosuppressive Therapy in Brown Adipose Tissue

Abstract

Post transplant diabetes mellitus (PTDM) is a metabolic syndrome that affects a large number of patients with chronic treatment with immunosuppressive agents (IAs). It is known that IAs modulates negatively insulin sensitive-tissues such as skeletal muscle, liver and white fat. However, the effects of IAs on insulin action and thermogenesis in brown adipose tissue have not been studied. In this study we have analyzed the impact of rapamycin, cyclosporine A (CsA) and tacrolimus (FK506) in the insulin signaling cascade in differentiated brown adipocytes from rat. We found that the three compounds inhibits insulin-mediated protein kinase B (PKB/Akt) phosphorylation as well as glucose transporter 4 (GLUT4) translocation to the plasma membrane and glucose uptake, with the effect of the immunosuppressor rapamycin being more evident (p<0.001). Moreover, degradation of IRS-1 was only observed in rapamycin and CsA-treated cells. Rapamycin induced an early activation of N-terminal Janus activated kinase (JNK) and, as a consequence, increased serine phosphorylation of insulin receptor substrate (IRS-1) at serine 307 residue. However, no effects of rapamycin were found in other stress kinases such as p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) or extracellular signal-regulated kinase (ERK). Rapamycin also inhibited basal (p<0.05) and norepinephrine-induded (p<0.05) mRNA levels of uncoupling protein 1 (UCP1) and peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1 alpha (PGC1α). Conversely, CsA and FK506 induced the opposite effect by increasing both UCP1 and PGC1α mRNAs. Our results have demonstrated for the first time the unique role of brown adipose tissue as a target of IAs suggesting that insulin resistance in BAT might contribute to PTDM.

Diabetes mellitus pós-transplante (PTDM) é uma síndrome metabólica que afecta um grande número de doentes em tratamento crónico com agentes imunossupressores (IAs). É sabido que os IAs modulam negativamente tecidos sensíveis à insulina como são o músculo-esquelético, o fígado e o tecido adiposo branco. Contudo, os efeitos dos IAs na acção da insulina e na termogénese no tecido adiposo castanho ainda não são conhecidos. Neste estudo, analisámos o impacto da rapamicina, da ciclosporina A (CsA) e tacrolimus (FK506) na cascada da sinalização de insulina em adipócitos castanhos diferenciados de ratos. Verificámos que os três compostos inibem a proteína cinase B (PKB / Akt) mediada por insulina assim como inibe a translocação do transportador de glucose 4 (GLUT4), sendo que o efeito da rapamicina é mais evidente (p<0.001). Além disso, observámos degradação de IRS-1 apenas em células tratadas com os compostos rapamicina e CsA. A rapamicina induziu uma activação inicial da cinase N-terminal Janus activada (JNK) e, como consequência, aumentou a fosforilação do substrato do receptor de insulina 1 (IRS-1) no resíduo de serina 307. No entanto, não verificámos efeitos da rapamina em outras cinases de stress como a proteína cinase activada por mitógeno (MAPK) p38 ou a cinase regulada por sinal extracelular (ERK). A rapamicina inibiu também os níveis basais (p<0.05) e induzidos por norepinefrina (p<0.05) de mRNA da proteína desacopladora 1 (UCP1) e ―peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1 alpha‖ (PGC1α). Por outro lado, CsA e FK506 induziram o efeito oposto, aumentando ambos os níveis de mRNA de UCP1 e PGC1α. Estes resultados demonstraram pela primeira vez o papel único do tecido adiposo castanho como sendo um alvo dos IAs, sugerindo que a resistência à insulina em BAT pode contribuir para a PTDM.