Proteínas de choque térmico de 70 kDa (HSP70) ligam-se à insulina na circulação sanguínea modulando a disponibilidade de glicose circulante

Abstract

Situações de estresse metabólico e térmico deflagram a expressão celular e liberação para o plasma, de proteínas de choque térmico da família de 70 kDa (HSP70) para desempenhar função de defesa-chave em um processo conhecido como resposta ao choque térmico ou ao estresse, que as caracterizam como proteína citoprotetora. Estudos indicam a ocorrência de HSP70 extracelular (eHSP70) na circulação por até 24 h após desafios como o exercício físico, cuja liberação dá-se por tecidos do território hepatoesplâncnico, em uma resposta mediada por receptores α-adrenérgicos. Esta liberação de HSP70 para o plasma é atenuada pela ingestão de glicose. Estas evidências levaram-nos a supor que a liberação de eHSP70 em resposta ao estresse possa ter um papel fisiológico na regulação da glicemia, a qual é afetada por estímulo simpático. Neste trabalho, os resultados dos experimentos in silico indicaram a possibilidade de ancoragem e interação estável entre a HSP70 e a molécula de insulina. Ensaios de imunoprecipitação de insulina com amostras de plasma de animais submetidos ao tratamento de insulina Regular e Detemir revelaram HSP70 coimunoprecipitada especialmente em situação de jejum severo. Parte destas amostras foi submetida à quantificação de glicemia, insulinemia e HSP72 circulante, cujos resultados evidenciam elevada concentração desta proteína de choque térmico por ocasião de hipoglicemia induzida por insulina. Parte dos estudos in vivo deste trabalho foram desenvolvidos com ratos submetidos ao choque térmico agudo (uma sessão de 15 minutos) com hipertermia induzida (41,5 °C) ou com injeção de HSP70 (HSPA1A) exógena, com grupos experimentais organizados em grupos Controle (C) e Choque Térmico (HS) e, em tempos experimentais: imediatamente (tempo zero), 6, 12 e 24 h pós-choque. Foi observada a ocorrência das formas constitutiva e induzível de eHSP70 no plasma de animais submetidos ao choque térmico com valor maior nos períodos de 12 e 24 h pós-choque. Nossos estudos mostram que, in vivo, a eHSP70 plasmática produz alteração na tolerância à glicose, com maior hiperglicemia, quando o teste é realizado 12 h após o choque térmico. Este efeito foi bloqueado pela administração (i.p.) de anticorpo anti-HSP70 e se mostrou independente da síntese de novo de HSP70. Ainda, a presença de eHSP70 plasmática (induzida por choque térmico ou administrada via endovenosa) causa menor captação de glicose pelo músculo esquelético. Ensaios com músculo isolado indicam que o efeito inibidor da eHSP70 sobre a captação de glicose é dependente de insulina. Apesar das evidências de que a ligação HSP70-insulina no plasma tenha implicação sobre a oferta de glicose, não se pode descartar também a possibilidade de que as ações da eHSP70 estejam ocorrendo pela sua ligação a receptores específicos, e/ou de que sejam parte de uma resposta ao estresse na qual estejam implicados os hormônios contrarregulatórios. Em suma, os resultados indicam que a eHSP70 plasmática é capaz de se ligar- à insulina, provocar tolerância alterada à glicose e diminuir a captação de glicose pelo músculo esquelético, aumentando a disponibilidade de glicose circulante.

Metabolically stressful situations trigger the expression and release of the 70 kDa (HSP70) as an essential protective response, in a process known as heat shock (HS) response or stress response. HSP70 is characterized as cytoprotector entities. Previous studies indicate the occurrence of extracellular HSP70 (eHSP70) in the circulation up to 24 h after stressful challenges, such as physical exercise, and that such eHSP70 liberation comes from hepatosplancnic tissues, in an 1-adrenergic dependent response, which is attenuated by glucose ingestion. The above findings led us to suppose that stress-elicited eHSP70 release could play a physiological role on glycemic control, which are affected by sympathetic stimuli. In this work, in silico experiments indicated the possibility of docking and stable interaction between HSP70 and the insulin molecule. Immunoprecipitation of plasma samples revealed that HSP70 co-immunoprecipitates with insulin, especially under severe fast. Part of these samples was subjected to quantification of glucose, insulin and circulating HSP72, whose results show high concentration of heat shock protein during severe hypoglycemia induced by insulin. Part of the in vivo studies from this work were also carried out in healthy rats submitted to an acute (15 min) HS (41.5 °C) session or in HSP70 (HSPA1A)-injected rats, assigned into control (C) and HS groups which were observed immediately and after 6, 12 and 24 h post-shock. Both the constitutive (predominantly) and the inducible forms of eHSP70 were observed in the plasma of heat shocked animals, being the times 12 and 24 h those in which the highest concentrations were noted. Our studies suggest that in vivo produces eHSP70 change in plasma glucose tolerance, greater hyperglycemia when glucose tolerance test is performed 12 h after heat shock, and this effect was abrogated by anti-HSP70 antibody administration (i.p.) and independent of de novo synthesis of HSP70. Moreover, the presence of eHSP70 (HS-induced or injected) in the plasma or in soleus muscle incubations elicits lower glucose uptake from the skeletal muscle. Isolated muscle studies indicate that eHSP70 inhibiting effect over glucose uptake is insulin-dependent. However, although evidence suggests a role for HSP70 binding to insulin over glucose offering, it cannot be discarded the possibility that eHSP70 actions are due to their binding to specific HSP70 membrane receptors within the muscle cell, and/or that are part of a stress response in which the counter-regulatory hormone are involved. In short, the results indicate that eHSP70 plasma is able to bind to insulin, causing impaired glucose tolerance and decrease glucose uptake by skeletal muscle, increasing blood glucose availability.