Glyphosate potentiates insulin resistance in skeletal muscle through the modulation of IRS-1/PI3K/Akt mediated mechanisms: An in vivo and in silico analysis.
Int J Biol Macromol · 2023 · 242:124917 · PMID 37207753 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 비발암 건강영향 > 간·대사 · 식물
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제초제는 당뇨병 발병 위험 증가와 연관되어 왔다. 특정 제초제는 또한 환경 독소로 작용한다. 글리포세이트는 시키미산 경로를 저해하는 곡물 작물의 잡초 방제에 사용되는 인기 있고 매우 효과적인 제초제이다. 이는 내분비 기능에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 글리포세이트 노출이 고혈당 및 인슐린 저항성을 유발한다는 것을 입증한 연구는 거의 없지만, 인슐린 매개 포도당 처리를 포함하는 주요 장기인 골격근에 대한 글리포세이트의 당뇨 유발 잠재력의 분자적 기전은 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 글리포세이트가 비복근의 인슐린 대사 신호 전달의 해로운 변화에 미치는 영향을 평가하는 것을 목표로 하였다. 생체 내 결과는 글리포세이트 노출이 용량 의존적으로 고혈당, 이상지질혈증, 당화혈색소(HbA1c) 증가, 간 기능 및 신장 기능 프로파일, 그리고 산화 스트레스 지표를 유발했음을 보여주었다. 반대로, 글리포세이트로 유도된 동물에서는 헤모글로빈과 항산화 효소가 유의하게 감소하여 그 독성이 인슐린 저항성을 유도하는 것과 관련이 있음을 시사하였다. 비복근의 조직병리학적 검사와 인슐린 신호 전달 분자의 RT-PCR 분석은 글리포세이트에 의해 IR, IRS-1, PI3K, Akt, $\beta$-arrestin-2, 및 GLUT4 mRNA의 발현 변화가 있음을 보여주었다. 마지막으로, 분자 도킹 및 동역학 시뮬레이션은 글리포세이트가 Akt, IRS-1, c-Src, $\beta$-arrestin-2, PI3K, 및 GLUT4와 같은 표적 분자에 높은 결합 친화도를 보임을 확인하였다. 본 연구는 글리포세이트 노출이 IRS-1/PI3K/Akt 신호 전달 경로에 해로운 영향을 미치며, 이는 결과적으로 골격근을 인슐린 저항성으로 만들고 궁극적으로 제2형 당뇨병을 유발함을 실험적으로 입증하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Herbicides have been linked to a higher risk of developing diabetes. Certain herbicides also operate as environmental toxins. Glyphosate is a popular and extremely effective herbicide for weed control in grain crops that inhibits the shikimate pathway. It has been shown to negatively influence endocrine function. Few studies have demonstrated that glyphosate exposure results in hyperglycemic and insulin resistance; but the molecular mechanism underlying the diabetogenic potential of glyphosate on skeletal muscle, a primary organ that includes insulin-mediated glucose disposal, is unknown. In this study, we aimed to evaluate the impact of glyphosate on the detrimental changes in the insulin metabolic signaling in the gastrocnemius muscle. In vivo results showed that glyphosate exposure caused hyperglycemia, dyslipidemia, increased glycosylated hemoglobin (HbA1c), liver function, kidney function profile, and oxidative stress markers in a dose-dependent fashion. Conversely, hemoglobin and antioxidant enzymes were significantly reduced in glyphosate-induced animals indicating its toxicity is linked to induce insulin resistance. The histopathology of the gastrocnemius muscle and RT-PCR analysis of insulin signaling molecules revealed glyphosate-induced alteration in the expression of IR, IRS-1, PI3K, Akt, β-arrestin-2, and GLUT4 mRNA. Lastly, molecular docking and dynamics simulations confirmed that glyphosate showed a high binding affinity with target molecules such as Akt, IRS-1, c-Src, β-arrestin-2, PI3K, and GLUT4. The current work provides experimental proof that glyphosate exposure has a deleterious effect on the IRS-1/PI3K/Akt signaling pathways, which in turn causes the skeletal muscle to become insulin resistant and eventually develop type 2 diabetes mellitus.| 저자 | Jayaraman, S.; Krishnamoorthy, K.; Prasad, M.; Veeraraghavan, V. P.; Krishnamoorthy, R.; Alshuniaber, M. A.; Gatasheh, M. K.; Elrobh, M.; Gunassekaran, |
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| 저널 | International journal of biological macromolecules |
| 권·호·쪽 | 242(Pt 2), 124917 |
| PMID | 37207753 |
| DOI | 10.1016/j.ijbiomac.2023.124917 |
| MeSH | Animals; Insulin Resistance; Proto-Oncogene Proteins c-akt; Phosphatidylinositol 3-Kinases; Diabetes Mellitus, Type 2; Molecular Docking Simulation; Insulin; Muscle, Skeletal; beta-Arrestins; Glyphosate; Shikimic Acid |