RS1 Protein abhängige und unabhängige Kurz- und Langzeitregulation des Natrium-abhängigen Glukosetransporter -1

The Na+-D-glucose cotransporter in small intestine is regulated in response to food composition. Short term regulation of SGLT1 occurs post-transcriptionally in response to changes in luminal glucose. Adaptation to dietary carbohydrate involves long term regulation at the transcriptional level. The intracellular protein RS1 (gene RSC1A1) is involved in transcriptional and post-transcriptional regulation of SGLT1. RS1 contains an N-terminal domain with many putative phosphorylation sites. By Expressing SGLT1 in oocytes of Xenopus laevis it was previously demonstrated that the post-transcriptional down-regulation of SGLT1 by RS1 was dependent on the intracellular glucose concentration and activated by protein kinase C (PKC). The role of RS1 for short term regulation of SGLT1 in mouse small intestine in response to glucose and PKC was investigated comparing effects in RS1-/- mice and wildtype mice. Effects on SGLT1 activity were determined by measuring phlorizin inhibited uptake of α-methylglucoside (AMG). The involvement of RS1 in glucose dependent short term regulation could not be elucidated for technical reasons. However, evidence for RS1 independent short-term downregulation of SGLT1 after stimulation of PKC could be provided. It was shown that this downregulation includes decrease in the amount and/or in turnover of SGLT1 in the brush-border membrane as well as an increase of substrate affinity for AMG transport. Trying to elucidate the role of RS1 in long term regulation of SGLT1 in small intestine in response to glucose and fat content of the diet, wildtype and RS1-/- mice were kept for 2 months on a normo-caloric standard diet with high glucose and low fat content (ND), on a hyper-caloric glucose-galactose reduced diet with high fat content (GGRD) or on a hyper-caloric diet with a high fat and high glucose content (HFHGD). Thereafter the animals were starved overnight and SGLT1 mediated AMG uptake was measured. Independent of diet AMG uptake in ileum was smaller compared to duodenum and jejunum. In jejunum of wildtype and RS1-/- mice kept on the fat rich diets (GGRD and HFHGH) transport activity of SGLT1 was lower compared to mice kept on ND with low fat content. This result suggests an RS1 independent downregulation due to fat content of diet. Different to RS1-/- mice, the duodenum of wildtype mice showed transport activity of SGLT1 smaller in mice kept on glucose galactose reduced diet (GGRD) compared to the glucose galactose rich diets (ND and HFHGG). These data indicate that RS1 is involved in glucose dependent long term regulation in duodenum.Der Na+-Glukose-Cotransporter SGLT1 im Dünndarm wird in Abhängigkeit zur Nahrungszusammensetzung reguliert. Kurzzeitregulation von SGLT1 tritt posttranskritionell als Antwort zu sich ändernden Glukosekonzentrationen im Darmlumen auf. Anpassung an Nahrungskohlenhydrate beinhaltet die Langzeitregulation auf transkripionellem Level. Das intrazelluläre Protein RS1 (Gen RSC1A1) ist an der transkriptionellen und post-transkriptionellen Regulation von SGLT1 beteiligt. Es enthält eine N-terminale Domäne mit vielen putativen Phosphorylierungsstellen. Bei der Expression von SGLT1 im Xenopus leavis Oocytensystem wurde gezeigt, dass die posttranskriptionelle Herunterregulation von SGLT1 durch RS1 von der intrazelluläre Glukosekonzentration abhängt und durch Proteinkinase C (PKC) aktiviert wird. Die Rolle von RS1 in der Kurzzeitregulation von SGLT1 im Dünndarm der Maus als Antwort auf Glukose und PKC wurde durch vergleichende Studien zwischen RS1- knockout (RS1-/-)- Mäusen und Wildtyp-Mäusen untersucht. Effekte auf die SGLT1-Aktivität wurden durch Messung der durch Phlorizin inhibierbaren Aufnahme des SGLT1-spezifischen Substrats α-Methyl-Glycopyranosid (AMG) bestimmt. Der Einfluss von RS1 in der Glukose-abhängigen Kurzzeitregulation konnte aus technischen Gründen nicht untersucht werden, jedoch gab es Anzeichen für eine von RS1 unabhängige Kurzzeitregulation von SGLT1 durch PKC. Es wurde gezeigt, dass diese Herunterregulation sowohl eine Abnahme der Menge und/oder der Umsatzrate von SGLT1 in der Bürstensaummembran wie auch eine Zunahme der Substrat-Affinität für den AMG-Transport beinhaltet. Um die Rolle von RS1 auf die Langzeitregulation von SGLT1 in Dünndarm als Antwort auf den Glukose- und Fettgehalt der Nahrung zu untersuchen, wurden Wildtyp- und RS1-/- Mäuse für 2 Monate entweder auf einer normalenergetischen Standarddiät mit hohem Glukose- und niedrigem Fettgehalt (ND), auf einer hochenergetischen Diät mit reduziertem Glukose und Galaktose-Gehalt (GGRD) oder auf einer hochenergetischen Diät mit hohem Fett- und Glukosegehalt (HFHGD) gehalten. Danach wurden die Tiere über Nacht gefastet und die durch SGLT1 vermittelte AMG –Aufnahme gemessen. Unabhängig der Diät war die AMG-Aufnahme im Ileum geringer als in Duodenum und Jejunum. Im Jejunum von Wildtyp- und RS1-/- Mäusen die auf einer fettreichen Diät (GGRD und HFHGD) gehalten wurden war die Transportaktivität von SGLT1 geringer verglichen mit der Aktivität von Mäusen auf ND. Dieses Ergebnis lässt eine RS1-unabhängige Herunterregulation die durch den Fettgehalt hervorgerufen wird vermuten. Anders als in RS1-/- Mäusen war die Transportaktivität von SGLT1 im Duodenum von Wildtypmäusen bei der Glukose-Galaktose- reduzierten Diät niedriger verglichen mit den Glukose-Galaktose-reichen Diäten (ND und HFHGD). Diese Daten legend die Vermutung nahen, das RS1 an der Glukose-abhängigen Langzeitregulation im Duodenum beteiligt ist