Universität zu Köln

Wegner, Nina Vanessa (2011). Identification of in vivo interactions of insulin receptor substrate 1 in murine liver. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The development of obesity, insulin resistance and type 2 diabetes is highly interlinked. In the past, differential phosphorylation and protein interaction of the insulin receptor substrates (IRS) have been identified in the regulation of insulin signaling. However, the exact molecular changes on the IRS protein network that occur upon insulin resistance have yet to be determined completely. In this study, a transgenic mouse model was generated featuring a streptavidin binding peptide tag allowing for IRS1 affinity purification in the liver and the assessment of in vivo interactions of IRS1 in diet-induced obesity and insulin signaling. To this end, affinity purification of hepatic streptavidin binding peptide-tagged IRS1 was performed and subsequent mass spectrometry and label-free quantification of the results led to the identification of 809 putative IRS1 interactions. Of the interacting proteins, association of 53 was reduced on HFD in the non-insulin stimulated state. Comparing the different diets upon insulin signaling, IRS1 association of 31 proteins was increased in NCD-fed mice, while in HFD-fed mice only 18 proteins were increasingly associated with IRS1. Notably, the association of p110α and β with the IRS1-p85 complex was increased upon insulin treatment in NCD-fed mice. However, this effect was blunted on HFD, indicating a reduced insulin signaling capacity in HFD-fed mice and a contribution to the development of insulin resistance. A tendency towards increased Lyn association with IRS1 upon HFD may likely lead to the development of insulin resistance, as for Fyn, a kinase related to Lyn, a regulation of energy expenditure and fatty acid oxidation has been described previously. Moreover, 14-3-3 proteins ε, α/β, γ, η and ζ/δ increasingly interacted with IRS1 upon insulin signaling in NCD conditions, however on HFD interaction was reduced to levels seen in the non-insulin stimulated state. In this context, 14-3-3 proteins seem to serve as adaptor proteins regulating the association of kinases with IRS1, a mechanism that may affect the signaling functionality of IRS1 and thereby contribute to insulin resistance upon diet-induced obesity. IRS1 interaction with two serine/threonine kinases, protein kinase C (PKC) and salt inducible kinase 3 (QSK) was identified in this study. IRS1-PKC interaction has been described previously in connection with 14-3-3 interaction. QSK, however, is a novel interacting protein of IRS1, which has been shown to also interact with 14-3-3 proteins. These findings strongly suggest that not only PKC-, but also QSK-mediated regulation of insulin signaling at the level of IRS1 may contribute to insulin resistance.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die Grundlagen zur Entstehung von Adipositas, Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes sind stark verzahnt. Bisher wurde unter anderem das differenzielle Auftreten von Insulin Rezeptor Substrat (IRS)-spezifischen Phosphorylierungen und Proteininteraktionen für die Regulierung der Insulin Signaltransduktion verantwortlich gemacht. Jedoch sind die zugrundeliegenden molekularen Veränderungen des IRS Proteinnetzwerkes während einer Insulinresistenz noch weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurde ein transgenes Mausmodell generiert, welches es erlaubt, IRS1 spezifisch per fusioniertem Streptavidinbindepeptid aufzureinigen und in vivo Interaktionen von IRS1 zu charakterisieren. Speziell wurde der veränderte Zustand bei ernährungsinduzierter Adipositas und Insulinbehandlung in der Leber untersucht. Dazu wurde die Streptavidin-Affinitäts-Aufreinigung von hepatischem IRS1 in Kombination mit Massenspektrometrie durchgeführt. Eine anschließende markierungsfreie Quantifizierung der Ergebnisse führte zur Identifizierung von 809 putativen Interaktionspartnern von IRS1. Basal war die Assoziation von 53 dieser Proteine bei fettreicher Diät (FD) reduziert. Vergleiche zwischen normaler Diät (ND) und FD ergaben zudem, dass die Assoziation von 31 Proteinen mit IRS1 nach Insulingabe bei ND erhöht war, während nach Insulingabe bei FD nur 18 Proteine verstärkt mit IRS1 assoziiert waren. Insbesondere war die Interaktion von p110α und β mit IRS1 nach Insulingabe bei ND erhöht. Jedoch blieb dieser Effekt bei FD aus, was auf eine reduzierte Insulinsignaltransduktion bei FD hinweist und darauf schließen lässt, dass die Regulation von p110 einen Beitrag zur Entstehung von Insulinresistenz leistet. Für die Tyrosin-Proteinkinase Lyn wurde eine Tendenz zu verstärkter Assoziation mit IRS1 bei FD festgestellt, was möglicherweise zur Entstehung von Insulinresistenz beitragen kann. Fyn, eine verwandte Kinase von Lyn, ist dafür bekannt, Energieaufwand und Fettsäureoxidation zu regulieren. Darüber hinaus interagieren die 14-3-3 Proteine ε, α/β, γ, η und ζ/δ nach Insulingabe bei ND verstärkt mit IRS1. Allerdings war diese Interaktion bei FD reduziert. In diesem Zusammenhang scheinen die 14-3-3 Proteine als Adapterproteine zu fungieren, die die Assoziation von Kinasen mit IRS1 regulieren, und so schließlich sowohl die Funktionalität von IRS1, als auch adipositasinduzierte Insulinresistenz beeinflussen. Zwei Serin/Threoninkinasen, Proteinkinase C (PKC) und salt inducible kinase 3 (QSK) wurden in dieser Arbeit als IRS1-Interaktionspartner identifiziert. Die Interaktion von IRS1 und PKC in Verbindung mit 14-3-3 wurde bereits in der Literatur beschrieben. QSK ist jedoch bisher nicht als Interaktionspartner von IRS1 bekannt und interagiert zusätzlich mit 14-3-3. Diese Ergebnisse weisen stark auf einen ähnlichen Mechanismus von PKC- und QSK-vermittelter Regulation der Insulinsignaltransduktion auf der Ebene von IRS1 hin, welche schließlich zur Entstehung der Insulinresistenz beitragen kann. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wegner, Nina Vanessa UNSPECIFIED UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-45037
Date:	2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language insulin receptor substrate 1; insulin signaling; diet-induced obesity; type 2 diabetes; insulin resistance; proteomics; tandem affinity purification English
Date of oral exam:	24 October 2011
Referee:	Name Academic Title Brüning, Jens C. Prof.Dr. Schwarz, Günter Prof.Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4503