Zelluläre Mechanismen im Pull-Prinzip
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Projekt B7 sollte die Rolle und Regulation des Transkriptionsfaktors HIF-1α für den astrozytären Glukosestoffwechsel und die differentielle Aktivierung glykolytischer Enzyme in Neuronen und Astrozyten untersucht werden. Es wurde postuliert, dass die Aktivierung von HIF-1α in Astrozyten zu einer erhöhten Glukoseaufnahme und Abgabe von Laktat („pull principle”) führt. Nach der Etablierung der Astrozytenkulturen in Lübeck in Zusammenarbeit mit Luc Pellerin in Lausanne (Projekt B1) konnten wir zeigen, dass 1) der Glukosetransporter Glut1, der Laktattransporter MCT4 und verschiedene glykolytische Enzyme in Astrozyten und Neuronen differentiell exprimiert werden, 2) diese Expression durch exogenes Stickstoffmonoxid (NO) hoch reguliert wird, 3) NO HIF-1α in Astrozyten nicht aber in Neuronen stabilisiert und dass 4) die Stabilisierung von HIF-1α für die Induktion von Glut1, MCT4 und verschiedenen glykolytischen Enzymen in Astrozyten verantwortlich ist und in diesen die Laktat-Produktion und -Freisetzung stimuliert. Die Aktivierung von HIF-1α in Astrozyten durch NO erfolgte dabei unabhängig von einer Aktivierung des klassischen über die lösliche Guanylylcyclase vermittelten Signalweges, aber war abhängig vom Phosphoinositid-3-Kinase/AKT/mTOR- und MAP-Kinase-Signalweg. Zudem konnten wir in einen Ko-Kultursystem nachweisen, dass endogenes aus Endothelzellen freigesetztes NO ebenfalls die oben aufgeführte astrozytäre HIF-1α Aktivierung und Expression der Zielgene induzieren kann. In einem zweiten Versuchsabschnitt wurden Mäuse mit einem astrozytenspezischen HIF-1α knock-out generiert. Eine in diesen Tieren möglicherweise gestörte Energieversorgung von Neuronen könnte eine diabetische Stoffwechsellage und die Entwicklung von Adipositas begünstigen. In einer ersten Versuchsserie konnte allerdings kein Unterschied in der Gewichtsentwicklung, dem Blutzucker und der Nahrungsaufnahme in astrozytenspezifischen HIF-1α knock-out Mäusen beobachtet werden. Möglicherweise ist hier eine deutlich längere Haltung der Mäuse unter hochkalorischer Diät notwendig. Der Effekt von NO auf den astrozytären Glukosestoffwechsel und die Rolle von HIF-1α in Astrozyten wurde außerdem in Zusammenarbeit mit anderen Arbeiten der KFO 126 untersucht. Eine weitere Kollaboration im Rahmen dieses Projektes ergab sich hinsichtlich der Aktivierung von HIF-1α.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) Nitric oxide induces the expression of the monocarboxylate transporter MCT4 in cultured astrocytes by a cGMP-independent transcriptional activation. Glia 59:1987-1995
Marcillac F, Brix B, Repond C, Jöhren O, Pellerin L
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(2012) Endothelial cell-derived nitric oxide enhances aerobic glycolysis in astrocytes via HIF-1alpha-mediated target gene activation. J Neurosci 32:9727-9735
Brix B, Mesters JR, Pellerin L, Jöhren O
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(2012) Oxygen sensing by Prolyl-4-Hydroxylase PHD2 within the nuclear compartment and the influence of compartimentalisation on HIF-1 signalling. J Cell Sci 125:5168-5176
Pientka FK, Hu J, Schindler SG, Brix B, Thiel A, Jöhren O, Fandrey J, Berchner- Pfannschmidt U, Depping R
