pH-Regulation und Glukosestoffwechsel - Wirkung von Glut1-Überexpression, Serum und Dexamethason auf den zytosolischen pH

Abstract

pH-Regulation und Glukosestoffwechsel: Wirkung von Glut1-Überexpression, Serum und Dexamethason auf den zytosolischen pH Einleitung: Die anaerobe Glykolyse führt zur Bildung von Laktat und Protonen und stellt daher eine Herausforderung für die pH-Regulation dar. Eine zytosolische Azidifizierung hemmt die Glykolyse. Um die Wechselwirkung zwischen zytosolischem pH und Glykolyse zu untersuchen, wurden Mesangiumzellen der Ratte, die mit dem Glukosetransporter1 (Glut1) transfiziert waren, mit Kontrollzellen (LacZ) verglichen. Die waren mit -Galaktosidase transfiziert worden. Die Glykolyserate in Glut1-Zellen war deutlich gesteigert. In einer zweiten Messreihe wurden Jurkat-T-Lymphozyten nach Dexamethasonbehandlung, bzw. nach Serum-Entzug untersucht. Methode: Die Zellen wurden mit Fluoreszenzmikroskopie mit dem pH-sensitiven Farbstoff BCECF-AM untersucht. Dabei wurde die Natrium-abhängige und Natrium-unabhängige pH-Regulation bestimmt. Ergebnisse: Der zytosolische pH-Wert war in Glut1-Zellen signifikant höher als in LacZ-Zellen. Die Aktivität des Na+/H+-Austauschers in Glut1 war ebenfalls signifikant erhöht. Perfusion der Zellen mit 40 mM Laktat oder Pyruvat führte zu einer starken zytosolischen Azidifizierung. Diese Wirkung war mit 20 mM Glukose, 20 mM o-M-Glukose, p-CMBS und 100 µM Phloretin hemmbar. Die funktionelle Charakterisierung weist auf den gekoppelten Laktat/Protonen-Transporter MCT1 der Monocarboxylatfamilie hin. Dexamethason führt zu einen Abfall des zytosolischen pH-Wertes in Jurkat-T-Lymphozyten. Eine veränderte Aktivität des Na+/H+-Austauschers konnte dabei nicht festgestellt werden. Serum-Entzug senkte den zytosolischen pH, eine Wirkung, die durch Hemmung der NHE-Aktivität erklärt werden kann. Zusammenfassung: Überexpression des Glut1 steigert die Aktivität des Na+/H+-Austauschers in Mesangiumzellen, wodurch der Azidifizierung des Zytosols durch gesteigerte Glykolyse begegnet wird. Es kommt stattdessen zu einer zytosolischen Alkalinisierung. Mesangiumzellen exprimieren den MCT1, der einen gekoppelten Laktat/Protonen-Transport ermöglicht. Jurkat-Zellen reagieren auf Dexamethason-Behandlung und Serum-Entzug mit pH-Abfall, der bei Serum-Entzug auf verminderte NHE-Aktivität zurückgeführt werden kann.

pH regulation and glucosemetabolism: Effect of Glut1 overexpression, serum, and dexamethasone on the cytosolic pH Backround. Anaerobic glycolysis leads to the formation of lactate and H+ and thus imposes a signigicant challenge on cytosolic acid/base regulation. Cytosolic acidification, on the other hand, is known to inhibit flux through glycolysis and lactate formation. To explore the interplay of cytosolic pH and glycolysis, rat mesangial cells transfected with the glucose transporter GLUT1 (GLUT1 cells) were compared with those transfected with β-galactosidase (LacZ cells). In the second part of the study Jurkat-T-lymphocytes after dexamethasone treatment or serum depletion were tested. Methods. The cytosolic pH was measured by fluorescence microscopy using the pH sensitive dye BCECF-AM. The Na+ dependent and Na+ independent pH regulation in presence and absence of HCO3- was tested. Results. Cytosolic pH (pHi) was signifcantly higher in GLUT1 than LacZ cells. The activity of Na+/H+-exchanger (NHE) in GLUT1 was also significantly higher than in LacZ cells but not Na+ independent pHi regulation. Addition of 40 mM lactate or pyruvate lead to marked cytosolic acidification in GLUT1 and LacZ cells. This effect was blunted by glucose (20 mM) in LacZ, and by o-M-glucose (20 mM), phloretin (100 µM), and p-CMBS (1 mM) in both cell types. The functional characterization points to the involvement of a lactic acid transporter from the monocarboxylate transporter (MCT) family, particularly MCT1. Dexamethasone leads to acidification of cytosolic pH in Jurkat-T-lymphocytes. Yet the NHE-activity remains unchanged. Serum depletion also decreased the cytosolic pH, which can be explained by an inhibition of the NHE activity. Conclusion. Overexpression of GLUT1 leads to cytosolic alkalinization of mesangial cells depending on functional Na+/H+ exchanger but not on Na+ independent H+ transport. Mesangial cells express monocarboxylate transporters, which mediate the disposal of lactate and H+. Jurkat-T-lymphocytes show an acidification of the cytosolic pH upon dexamethasone treatment or serum depletion. In the case of serum depletion it is due to a lower NHE activity.