Regulation des Energiemetabolismus von Neuronen: Die Rolle von Glucose- und Lactattransportern

Abstract

Energiemangel im zentralen Nervensystem bedroht das Überleben der Neuronen lang- und kurzfristig. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Mechanismen Neuronen im Falle von Glucose- oder Glutaminnmangel nutzen um Glucose- und Lactattransporter zu regulieren. Für GLUT1, GLUT3 und MCT1 konnten hierbei Änderungen auf mRNA und / oder Proteinebene beobachtet werden. Mit der SH-SY5Y Zelllinie als in vitro Modell konnten mittels quantitativer Real Time PCR keine Änderungen des GLUT3 mRNA Gehalts, eine Senkung des GLUT1 mRNA Gehalts ausschließlich bei Glutaminmangel und eine Senkung des MCT1 mRNA Gehalts ausschließlich bei Glucosemangel nachgewiesen werden. HIF1α wies einen verminderten Proteingehalt unter Glutaminmangel auf und konnte als Untereinheit des Trankriptionsfaktors HIF1 als Teil der Regulationskaskade von GLUT1 auf mRNA Ebene identifiziert werden. Durch den Einsatz der Inhibitoren Rapamycin und AZD8055 in den ELISA Experimenten zeigte sich, dass sowohl GLUT1 und GLUT3 als auch MCT1 auf Proteinebene einheitlich durch mTORC1 / S6K bei Glucosemangel und durch mTORC1 / 4EBP1 bei Glutaminmangel reguliert werden. Diese Effekte treten bereits nach dreistündigem Glucose- oder Glutaminmangel auf, was eine schnelle Regulation von GLUT1, GLUT3 und MCT1 dokumentiert. Aufgrund dieser neuen Erkenntnisse im Bereich der Glucose- und Lactattransporter von Neuronen, dient die vorliegende Arbeit als Grundlage zum eingehenderen Verständnis von zellulären Regulationsmechanismen bei Glucose- und Glutaminmangel.

Energy deficiency in the Central Nervous System threatens both the short and the long term survival of neurons. This study investigated the mechanisms neurons use to regulate glucose and lactate transporters in case of glucose or glutamine deprivation. In case of GLUT1, GLUT3 and MCT1, changes at mRNA and/or protein levels were observed. With the SH-SY5Y cell line serving as in vitro model, quantitative real-time PCR revealed no changes in GLUT3 mRNA levels, a decrease in GLUT1 mRNA levels exclusively under glutamine deprivation, and a decrease in MCT1 mRNA levels exclusively under glucose deprivation. HIF1α , a known subunit of transcription factor HIF1, was identified playing a role in the regulation cascade of GLUT1 at mRNA level. The use of the inhibitors rapamycin and AZD8055 in ELISA experiments demonstrated that GLUT1, GLUT3 and MCT1 uniformly regulated at protein level by mTORC1/S6K in case of glucose deprivation and mTORC1/4EBP1 in case of glutamine deprivation. These effects occur already after three hours of glucose or glutamine deprivation, indicating a rapid regulation of GLUT1, GLUT3 and MCT1. Based on these new findings in the field of glucose and lactate transporters in neurons, the present study provides a fundament for deeper understanding of cellular regulatory mechanisms under glucose and glutamine deprivation.