La regolazione della glicemia nella cavia: una strana storia.

[paolo]

La concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia) è controllata e regolata da due ormoni antagonisti prodotti dal pancreas: l’insulina e il glucagone.

L’insulina viene secreta in risposta ad un innalzamento del livello glicemico e ha un effetto ipoglicemizzante (la glicemia si abbassa); il glucagone invece è secreto nel momento in cui la concentrazione ematica di glucosio si abbassa e agisce facendo rilasciare il glucosio immagazzinato nel fegato (effetto iperglicemizzante). Il glucagone è anche detto “ormone della fame” perché la sua secrezione raggiunge il picco massimo durante un digiuno prolungato.

In pratica la misura della glicemia fornisce un’istantanea dell’azione sinergica di questi due ormoni.

Questo meccanismo di regolazione funziona in tutti i mammiferi e non fanno eccezione i roditori, compreso il sottordine dei caviomorfi.

La glicemia (a digiuno e dopo curva da carico) nelle diverse specie di caviomorfi è nei valori standard attesi per i mammiferi.

Per quanto riguarda la cavia, i valori dei maschi sono leggermente superiori a quelli delle femmine (8,2 e 7,8 mmol/L, rispettivamente) e quelli dei cuccioli (8,3 mmol/L) sono paragonabili a quelli degli adulti. Anche il peso alla nascita non influenza significativamente i valori di glicemia dell’adulto.

Non ci sarebbe quindi nulla di strano, se non fosse che questi roditori mostrano una particolarità: l’attività biologica della loro insulina è 1-10% rispetto agli altri mammiferi, un dato che rende difficoltoso capire come questi animali possano regolare la concentrazione di glucosio nel sangue.

Nei mammiferi l’insulina è una molecola altamente conservata in termini di struttura e funzione; fanno eccezione i roditori istricomorfi, nei quali la molecola può presentare sostituzioni aminoacidiche critiche, se comparata con quella di altre specie di mammiferi, che possono rendere conto delle insolite proprietà fisiologiche dell’ormone.

Tra i caviomorfi si possono distinguere due gruppi in base alla lunghezza della molecola dell’insulina.

Il primo comprende le cavie e i cincillà, che conservano il numero di aminoacidi (21 nella catena A, 30 nella catena , pur con differenze nella sequenza, e maggiore attività biologica dell’ormone; il secondo tipo di molecola si trova nei degu (octodontidi), dove si osserva la delezione di una fenilalanina in B24 e l’inserzione di due aminoacidi al C-terminale della catena A, con minima attività biologica dell’insulina.

struttura primaria nell’uomo e in alcuni istricomorfi; da Peptides 2001; 22: 1183-1193.

Tra le proprietà dell’insulina della cavia troviamo anche una minore velocità di rimozione e degradazione rispetto a quella umana.

L’insulina circola nel sangue in forma di monomeri e dimeri, che andranno a legarsi agli specifici recettori per l’ormone presenti nei diversi organi e tessuti; quella immagazzinata come riserva nel pancreas è assemblata a formare degli esameri.

La capacità di assemblarsi in esameri si è persa nel corso dell’evoluzione degli istricomorfi, per essere solo parzialmente riacquistata dai porcospini e dai cincillà e, in misura più marcata, dalle cavie e dai degu.

E’ possibile che questi roditori non siano in grado di immagazzinare la loro insulina o che il deposito avvenga con una diversa modalità.

Nonostante queste atipicità nelle proprietà dell’insulina, le cavie (e gli istricomorfi in generale) sono in grado di regolare la glicemia come tutti gli altri mammiferi.

Si ipotizza che questo possa avvenire con l’intervento di meccanismi compensatori.

Uno di questi è l’aumento del numero dei recettori; nella cavia, nella quale l’insulina ha un’attività biologica 1-10% rispetto agli altri mammiferi, è presente il maggior numero di recettori per l’ormone (dal lato opposto ci sono gli uccelli, dove l’attività dell’insulina è doppia di quella dei mammiferi e i recettori sono solo un quinto).

Inoltre l’insulina della cavia e degli istricomorfi è anche in grado di legarsi al recettore del platelet-derived growth factor (PDGF), esercitando la sua azione anche attraverso vie metaboliche alternative.

La molecola del glucagone, l’ormone iperglicemizzante, è un peptide di 29 aminoacidi la cui struttura è piuttosto ben conservata nel corso dell’evoluzione ed è praticamente identica tra i mammiferi (identica sequenza nel maiale, mucca, uomo, coniglio, ratto e criceto).

In alcuni istricomorfi (cavia, degu e cincillà) esistono differenze strutturali concentrate nella porzione C-terminale; come conseguenza l’attività del glucagone nella cavia è 10 volte inferiore a quella degli altri mammiferi.

sequenza della porzione C-terminale del glucagone:

non-caviomorfi: …-ser-arg-arg-ala-gln-asp-phe-val-gln-trp-leu-met-asp-trp

cavia: …-ser-arg-arg-ala-gln-GLN-phe-LEU-LYS-trp-leu-LYS-asp-VAL

cincillà: …-ser-arg-TYR-ala-gln-GLU-phe-val-gln-trp-leu-met-asp-trp

degu: …-THR-arg-arg-ala-gln-asp-phe-LEU-ASP-trp-leu-LYS-asp-trp

Non è chiaro il perché delle anomalie nella struttura e attività di insulina e glucagone degli istricomorfi; diverse ipotesi sono state avanzate, basate sui fattori ambientali o fisiologici, ma al momento nessuna appare realmente convincente.

[franci_fra3]

Grazie Paolo!

Ah, mi tornano in mente i bei tempi dell' università ...

[paolo]

E' servito anche a me, come sempre quando realizzo una scheda, a rispolverare qualche concetto un po' dimenticato.