Biological properties of insulin conjugates with N-acetylgalactosamine

Abstract

Insulin is a key regulator of glucose metabolism in the body. Deficiencies in its function lead to a severe metabolic disorder known as diabetes mellitus. For some diabetics, daily insulin administration is the only way to survive. Currently, the only effective method for insulin administration is subcutaneous injection. However, subcutaneous (s.c.) injection results in delayed insulin action in the liver, leading to an imbalance in blood glucose levels and associated health complications. For this reason, significant efforts have been made to modify insulin in order to enhance its transport to the liver following s.c. administration. One way to improve the transport of substances from the blood to the liver is their conjugation with N-acetylgalactosamine (GalNAc). This strategy has been successfully used for the selective targeting of siRNA to liver cells. In this study, we aimed to verify the effectiveness of this strategy using insulin as an example. We prepared four insulin derivatives modified at positions B1 and B29 with mono-GalNAc or tri-GalNAc groups. All derivatives were tested for their ability to bind to insulin receptors. For further experiments, we selected the tri-GalNAcB1-insulin derivative, which was injected into mice. Shortly after the injection, samples of adipose and liver...

Insulin je klíčovým regulátorem metabolismu glukózy v organismu. Nedostatky v jeho fungování vedou k závažnému metabolickému onemocnění zvanému diabetes mellitus. Pro část diabetiků je každodenní podávání insulinu jediným způsobem, jak zajistit přežití. V současnosti je jedinou efektivní metodou podávání insulinu subkutánní aplikace. Subkutánní (s.c.) podání však způsobuje zpožděné působení insulinu v játrech, což vede k nerovnováze hladin krevní glukózy a souvisejícím zdravotním komplikacím. Z tohoto důvodu bylo vyvinuto značné úsilí zaměřené na úpravu insulinu s cílem zvýšit jeho transport do jater po s.c. podání. Jedním ze způsobů, jak zlepšit transport látek z krve do jater, je jejich konjugace s N-acetylgalaktosaminem (GalNAc). Tato strategie je již úspěšně využívána pro selektivní cílení siRNA do jaterních buněk. V této práci jsme se rozhodli ověřit účinnost této strategie na příkladu insulinu. Připravili jsme čtyři deriváty insulinu, které byly modifikovány v pozicích B1 a B29 mono-GalNAc nebo tri-GalNAc skupinami. U všech derivátů jsme ověřili jejich schopnost vázat receptory pro insulin. Pro další experimenty jsme vybrali derivát tri-GalNAcB1-insulin, který byl aplikován myším. Krátce po injekci byly odebrány vzorky tukové a jaterní tkáně, ve kterých jsme pomocí elektroforézy a detekce...