Functional studies on the impact of protein kinases on the segmental regulation of electrogenic glucose transport in porcine small intestines
Final Report Abstract
Im Rahmen der Studie wurde erstmals eine detaillierte Verteilung der wichtigen Glucosetransporter SGLT1 und GLUT2 entlang der porcinen Dünndarmachse auf mRNA- und Proteinebene ermittelt, die vergleichbar ist mit Arbeiten an Labornagern. Außerdem gelang es, den relativen Phosphorylierungsgrad des SGLT1 am Serinrest 418 als mögliches Maß für dessen Aktivierung im Dünndarm des Schweins zu zeigen. Es gab dahingehend segmentale Unterschiede zwischen den Darmsegmenten, dass die Phosphorylierung im Ileum, wo höhere elektrogene Glucoseaufnahmen zu finden waren, entgegen der Erwartung signifikant geringer ausgeprägt war. Auch der Einfluss der fortschreitenden Kohlenhydratverdauung auf die Glucoseaufnahme konnte im Vergleich zwischen Tieren, die 1h oder 3h nach letzter Fütterung getötet worden waren, festgestellt werden. Es zeigte sich, dass die elektrogene Glucoseaufnahme im Ileum bei Tieren mit längerer Verdauungszeit abnimmt, was von einer Erhöhung der Konzentration an freier Glucose begleitet ist. Die angenommenen segmentalen Unterschiede in der apikalen Präsenz zwischen Jejunum und Ileum als Ursache für eine generell höhere Glucoseaufnahme im Ileum waren nicht darstellbar. Ebenso konnte auch ein vermuteter Einfluss von Insulin auf die Glucoseaufnahme nicht nachgewiesen werden. Es gelang allerdings parallel zu den Glucosetransportern engmaschig die Verteilung der mutmaßlich an der Regulation der SGLT1-turnover-Rate beteiligten Modulatoren SGK1 und Nedd4-2 ebenfalls auf Genexpressions- und Proteinebene zu zeigen. Hierbei war zu beobachten, dass die SGK1-Expression über die Dünndarmachse hinweg deutlich abnahm. Ein funktioneller Bezug zum SGLT1 konnte allerdings nicht hergestellt werden. Eine Stimulation der SGLT1 (Ser418) Phosphorylierung über die PKA mittels Adrenalin war nicht nachweisbar, obwohl im Jejunum eine erhöhte Aktivität der PKA zu beobachten war. Diese segmentabhängige Aktivität resultierte allerdings in einer Hemmung des jejunalen Glucosetransports, während das Ileum unbeeinflusst blieb. Wiederum nur im Jejunum konnte eine Adrenalin induzierte, mutmaßlich PKA vermittelte, Phosphorylierung der AMPK nachgewiesen werden. Dagegen reagierte nur das Ileum in Ussingkammerversuchen auf Adrenalin mit einer Erhöhung des basalen Kurzschlussstroms. Zusammenfassend deuten diese einzelnen Befunde darauf hin, dass es durchaus segmentale Unterschiede in der Glucoseaufnahme innerhalb des porcinen Dünndarms gibt, die aber weniger direkt auf Aktivitätsänderungen des SGLT1 oder seine apikale Präsenz zurückzuführen sind, sondern eher auf das lokale luminale Milieu (Chymuszusammensetzung, pH) und die angesteuerten intrazellulären Signalwege (PKA, AMPK). Die primäre Ursache für Veränderungen im Glucosetransport liegt dann vermutlich in der daraus resultierenden Leitfähigkeit des Epithels für Ionen und damit insbesondere für das Membranpotential der Bürstensaummembran, das dann wiederum Auswirkungen auf elektrogene Transporter wie z.B. den SGLT1 haben kann. Eine Phosphorylierung dieses Transporters zur in der Literatur beschriebenen Aktivitätserhöhung könnte unter diesen Annahmen als kompensatorischer Mechanismus interpretiert werden, der in vivo als Reaktion auf eine Verschlechterung des für den Glucosetransport relevanten Milieus stattfindet.
Publications
- (2016). Different phlorizin binding properties to porcine mucosa of the jejunum and ileum in relation to SGLT1 activity. J Anim Sci. 94: 238-242
Herrmann J., Möller N., Lange P., Breves G.
(See online at https://doi.org/10.2527/jas.2015-9702)
