A participação dos produtos de glicação avançada (AGEs) nas complicações crônicas relacionadas ao diabetes, têm sido muito investigadas. Entretanto, pouco se sabe sobre a participação direta dos AGEs em relação a homeostase glicêmica, na qual o transportador de glicose GLUT4 (proteína codificada pelo gene SLC2A4 ) desempenha um papel essencial. Portanto o objetivo do presente estudo é investigar o papel dos AGEs tanto in vivo quanto in vitro sobre a expressão do Slc2a4/GLUT4. Nos modelos in vivo e in vitro, os AGEs reduziram a expressão gênica/proteica do Slc2a4/GLUT4 e reduziram a sensibilidade insulínica no modelo in vivo, como também exarcebaram tanto a via inflamatória pelo NFKB quanto a via do estresse de retículo endoplasmático pelas chaperonas. Por fim, estes resultados sugerem os AGEs como um mecanismo repressor da expressão do Slc2a4/GLUT4 no músculo esquelético pelas vias de estresse de retículo e inflamatória. / The participation of advanced glycation end products (AGEs) in the diabetes-related chronic complications has been extensively investigated. However, little is known about AGEs participation in glycemic homeostasis, for which the glucose transporter GLUT4 (Slc2a4 gene) plays a key role. The aim of this study was indentify the effect of AGEs in an in vivo and in vitro models in Slc2a4/GLUT4 expression. In vivo and in vitro models showed decrease of Slc2a4/GLUT4 expression and insulin sensitivity (only on in vivo model). AGEs increase inflammatory and endoplasmic reticulum stress ways by NFKB and chaperones respectively. In sume, The results reveal that AGEs repress Slc2a4/GLUT4 expression in muscle, in a reticulum endoplasmic stress- and inflammatory-mediated way. This effect contributes to impair plasma glucose clearance, highlighting AGEs reduction/inhibition as a target to improve glycemic control in diabetes.

Diabetes é uma doença metabólica caracterizada por hiperglicemia associada a prejuízos na captação e utilização de glicose, em que reduções na expressão da proteína GLUT4 (codificada pelo gene SLC2A4), bem como das enzimas Hexokinase-2 e Glycogen synthase (codificadas pelos genes HK2 e GYS1), desempenham papel importante. Recentemente, um novo elemento vem sendo relacionado à etiopatogenia e à fisiopatologia do diabetes, os microRNAs (miRNAs), que são pequenos RNAs envolvidos na regulação da expressão gênica, geralmente afetando a degradação de mRNAs. Entretanto, a participação de miRNAs envolvidos na redução da expressão de mRNAs relacionados a proteínas envolvidas na captação e utilização de glicose, sobretudo em músculo esquelético, permanece desconhecida. O objetivo desse estudo foi investigar a expressão de miRNAs potencialmente reguladores da expressão de Slc2a4/GLUT4, Hk2/HK2 e Gys1/GYS1 em músculo esquelético de ratos diabéticos. Utilizamos ratos Wistar machos que foram tornados diabéticos pela administração de estreptozotocina. Após 13 dias, 3 grupos foram formados: não-diabético (ND) e diabético tratado com placebo (DP) ou insulina (DI). O tratamento foi conduzido por 7 dias, totalizando 21 dias de diabetes. Variáveis metabólicas foram avaliadas e os músculos sóleos foram removidos para avaliar a expressão de mRNAs, miRNAs e proteínas. Uma abrangente análise in silico foi conduzida para determinar miRNAs candidatos a regularem a expressão de Slc2a4, Hk2 e Gys1. Os animais diabéticos apresentaram perda de peso, poliúria, glicosúria, hiperglicemia e aumento de frutosamina plasmática; a insulinoterapia melhorou estas variáveis. O diabetes reduziu a expressão dos mRNAs Slc2a4 (~55%), Hk2 (~47%) e Gys1 (~45%), e das proteínas GLUT4 (~77%), HK2(~52%) e GYS1 (~49%); a insulinoterapia restaurou essas variáveis. A expressão de 20 miRNAs foi avaliada neste estudo; 8 foram modulados pelo diabetes, sendo três supra-regulados, miR-1 (~28%), miR-29b (~118%) e miR-29c (~51%); e cinco infra-regulados, miR-93 (~39%), miR-199a (~30%), miR-345-3p (~23%), miR-532-3p (~26%) e miR-150 (~32%). Exceto pelo miR-1 e miR-150, a insulinoterapia reverteu as demais alterações. Além disso, miR-29b e miR-29c correlacionaram-se negativamente com GLUT4 e HK2, e positivamente com glicemia, glicosúria e frutosamina, sugerindo uma possível relação causal; enquanto que miR-199a e miR-532-3p correlacionaram-se positivamente com GLUT4 e HK2, e também com as variáveis metabólicas, sugerindo uma regulação indireta sobre os mRNAs dessas proteínas. No último caso, demonstrou-se que o miR-199a tem como alvo o NFKB1, um repressor do gene Slc2a4, o qual diminuiu no diabetes, explicando, pelo menos parcialmente, o efeito indireto sobre o GLUT4. Em suma, o diabetes aumenta a expressão de miR-29b e miR-29c, e reduz a expressão de miR-199a e miR-532-3p; o primeiro efeito, potencialmente age diretamente na tradução do mRNA Slc2a4 e Hk2, e o segundo, potencialmente age indiretamente, via NFKB, na transcrição dos genes. Como consequência, as proteínas GLUT4 e HK2 diminuem, o que reduziria a utilização de glicose pelo músculo, contribuindo para a hiperglicemia do diabetes. / Diabetes is a metabolic disease characterized by hyperglycemia associated with impaired glucose metabolism and uptake, in which reductions of GLUT4, hexokinase 2 (HK2) and glycogen synthase 1 (GYS1) proteins, encoded respectively by SLC2A4, HK2 and GYS1 genes, play an important role. Recently, a new element have been related to etiopathogeny and pathophysiology of diabetes, the microRNAs (miRNAs), which are small RNAs involved in the regulation of gene expression, usually by affecting the degradation of mRNAs. However, the participation of miRNAs diabetes-induced reduction of expression of genes related to glucose uptake and metabolism in skeletal muscle remains unknown. Thus, the objective of this study was to investigate the expression of miRNAs potentially regulators of the Slc2a4/GLUT4, Hk2/HK2 and Gys1/GYS1 in skeletal muscle of diabetic rats. Male Wistar rats were rendered diabetic by receiving streptozotocin. After 13 days, 3 groups were formed: non-diabetic (ND), and diabetic treated with placebo (DP) or insulin (DI) (NPH insulin, 6U/day). Treatment was conducted for 7 days, totalizing 21 days of diabetes. At the end of the experimental period, metabolic variables were evaluated and the soleus muscle was removed for evaluation of mRNA, miRNA and protein expression. A broad in silico analysis was performed to determine candidate miRNAs as potential regulators of Slc2a4, Hk2 and Gys1. Diabetic rats shown weight loss, polyuria, glycosuria, hyperglycemia and increased plasma fructosamine; insulin treatment improved these variables. Diabetes reduced Slc2a4 (~55%), Hk2 (~47%) and Gys1 (~45%) mRNAs, as well as GLUT4 (77%), HK2 (52%) and GYS1 (49%) proteins; insulin treatment restored these variables. Twenty miRNAs were assessed in this study. Eight miRNAs were modulated by diabetes in skeletal muscle; three were upregulated: miR-1 (28%), miR-29b (118%) and miR-29c (51%), whereas five were downregulated: miR-93 (39%), miR-150 (32%), miR-199a (30%), miR-345-3p (23%) and miR-532-3p (26%). Except for miR-1 and miR-150, all regulations were reverted by insulin treatment. Besides, miR-29b and miR-29c were negatively correlated with GLUT4 and HK2 proteins, and positively with glucose, glycosuria and plasma fructosamine suggesting a direct causal relationship; while miR-199a and miR-532-3p were positively correlated with GLUT4 and HK2 proteins, and also with the metabolic variables, suggesting an indirect causal relationship. In the last case, it was demonstrated that miR-199a has the Slc2a4 repressor Nfkb1 as target, which was reduced in muscle from diabetic rats, explaining, at least partially, the indirect effect upon GLUT4. In conclusion, diabetes increase the expression of miR-29b and miR-29c, and reduce the expression of miR-199a e miR-532-3p; the first effect, potentially acts directly in the translation of Slc2a4 and Hk2 mRNAs, and the second one, potentially acts indirectly, via NFKB, in the transcription of these genes. As a result, the expression of GLUT4 and HK2 decreases, which would reduce the muscle glucose uptake and metabolization, contributing to the hyperglycemia of the diabetes.

A principal característica do diabetes mellitus (DM) é a perda da homeostasia glicêmica. O músculo esquelético desempenha papel chave e a adequada expressão do transportador de glicose GLUT4 (gene Slc2a4) é fundamental. Regulações epigenéticas do Slc2a4, como acetilação/trimetilação de histona H3, nunca foram investigadas no DM; e o resveratrol, sugerido como sensibilizador da insulina, poderia modular essas regulações, pois ativa a desacetilase sirtuína 1 (SIRT1). O objetivo foi avaliar em modelos de DM o efeito do tratamento com resveratrol sobre a homeostasia glicêmica, a expressão de Slc2a4/GLUT4 em músculo esquelético, a regulação epigenética do Slc2a4, e a possível participação da SIRT1. Os dados revelam a ocorrência de regulações epigenéticas no gene Slc2a4 em músculo de animais diabéticos e mostra que o tratamento com insulina ou resveratrol modula algumas dessas alterações, melhorando o controle glicêmico. Esses resultados apoiam o resveratrol como um sensibilizador da insulina, e constroem bases para o desenvolvimento de terapias epigenéticas para o DM. / The main characteristic of diabetes mellitus (DM) is the loss of glycemic homeostasis. The skeletal muscle plays a key role and the maintenance expression of the GLUT4 glucose transporter (encoded by the Slc2a4 gene) is fundamental. Epigenetic regulations of Slc2a4, such as histone H3 acetylation/trimethylation, have never been investigated in DM; and resveratrol, suggested as an insulin sensitizer, could modulate these regulations, as it is an activator of the deacetylase sirtuin 1 (SIRT1). The aim was to evaluate in skeletal muscle of diabetic animals the effect of resveratrol treatment on glycemic homeostasis, Slc2a4/GLUT4 expression in skeletal muscle, the epigenetic regulation of Slc2a4, and the possible participation of SIRT1. The data reveals the occurrence of epigenetic regulation in the Slc2a4 gene in muscle of diabetic animals and the insulin or resveratrol treatment modulates some of these changes, improving glycemic control. These results support resveratrol as an insulin sensitizer, and build bases for the development of epigenetic therapies for DM.