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| Abstract | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Membrane microdomains (lipid rafts) are now recognized as critical for proper compartmentalization of insulin signaling and much interest is focused on their role in the pathogenesis of type 2 diabetes and insulin resistance. TNF |
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| Introduction | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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A pandemic of diabetes worldwide has been occurring over the last two decades. In 1985 there were 30 million diabetics while in 1995 the number was 177 million. Urgent measures are necessary, since it is estimated that 300 million diabetics will exist in 2025. In particular, type 2 diabetes constitutes 90-95% of the population with diabetes. |
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Fig. 1 Battle against insulin resistance
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| Since adipose tissue was found to be not only energy storage tissue but also the most active endocrine organ in the body, remarkable progress has been achieved in adipocyte biology. Especially under obese conditions, the excess accumulation of lipids in adipose tissue leads to overproduction of inflammatory cytokines such as TNF |
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Fig. 2 Pathology of insulin resistance in adipocytes
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| Numerous studies have implicated TNF Adipose tissues from various species, including human, rat and mouse, contain GM3 as the most abundant type of ganglioside.5 It is known that when GM3 was added exogenously to cultured cells expressing EGF receptor6 and IR,7 inhibition of ligand-stimulated receptor autophosphorylation was observed. Moreover, there is a possiblility that endogenous GM3 may indeed regulate insulin signaling since IR exists in the membrane microdomains,8 the restricted membrane micro-compartment concentrating sphingomyelin, cholesterol and glycosphingolipids including GM3. We presented evidence for the first time that the acquisition of a state of insulin resistance in adipocytes induced by TNF |
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| Ganglioside GM3 Is an Inducer of Insulin Resistance | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Insulin elicits a wide variety of biological activities, which can be globally categorized into metabolic and mitogenic actions. (See GlycoWord GD-B03.) The binding of insulin to insulin receptor (IR) activates IR internal-tyrosine kinase activity. The activated tyrosine-phosphorylated IR was able to recruit and phosphorylate adaptor proteins such as insulin receptor substrate (IRS). The phosphorylated IRS activates PI3 kinase, resulting in the translocation of glucose transporter 4 (GLUT-4) to plasma membrane to facilitate glucose uptake. This IR-IRS-PI3 kinase signaling cascade is the representative metabolic pathway of insulin. On the other hand, the mitogenic pathway in insulin signaling initiates phosphorylation of Shc by the activated IR and then activates Ras-MAPK signaling. |
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Fig. 3 Significant increase of the SAT-1 gene and GM3 in obese diabetes models
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| Caveolae Microdomains and Insulin Signaling | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Cellular membranes contain sub-domains called detergent-resistant microdomains (DRMs) because they are detergent-insoluble and highly enriched in cholesterol and glycosphingolipids (GSLs), but lacking in phospholipids.15,16 Within the past decade, data have emerged from many laboratories implicating these lipid microdomains as critical for proper compartmentalization of insulin signaling in adipocytes (reviewed in references 17 and 18. Caveolae are a subset of membrane microdomains particularly abundant in adipocytes.19 Critical dependence of the insulin metabolic signal transduction on caveolae/microdomains in adipocytes has been demonstrated.20 Disruption of microdomains by cholesterol extraction with |
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| Insulin Resistance as a Membrane Microdomain Disorder | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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In a state of insulin resistance induced in adipocytes by TNF |
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| Perspectives | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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The current view of microdomains in the state of insulin resistance is depicted in Fig. 4. We propose the following working hypothesis: "Life style-related diseases, such as type 2 diabetes, are membrane microdomain disorders caused by aberrant expression of glycosphingolipids." Based on this premise, we will explore new therapeutic strategies for type 2 diabetes insulin resistance, such as microdomain orthosignaling therapy. |
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Fig. 4 Insulin resistance as a microdomain disorder
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| May. 1, 2006 / Copyright (c) Glycoforum, All Rights Reserved. |
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