Einfluss einer Dauerinfusion von Glucose auf Insulinsignaltransduktion und Glukosetransport im Skelettmuskel der Ratte

Abstract

Der Effekt einer in vivo Glucoseinfusion auf die Insulinwirkung im Skelettmuskel der Ratte wurde untersucht. Dazu wurden Dauerkatheter in die rechte Jugularvene implantiert und bis zum rechten Vorhof vorgeschoben. Anschließend wurden die Katheter mit einem Perfusor verbunden. Nach einer zweitägigen Erholungsphase vom Operationsstress, wurde 50%ige Glucose mit einer Infusionsrate von 2 ml/h für zwei oder fünf Tage durchgeführt. Die Kontrolltiere erhielten eine 0,45% Kochsalzinfusion für dieselbe Infusionsdauer. Anschließend wurden die Ratten geopfert und Skelettmuskel vom Schenkel entnommen. Im Westernblott wurde eine signifikante Erhöhung der GLUT4-Protein-expression nach zwei Tagen und nach fünf Tagen beobachtet. Die GLUT1 Proteinexpression war über die gesamte Infusionsperiode nicht verändert. Eine Translokation zu der Plasmamembran wurde gezeigt und kann wahrscheinlich die Normalisierung der Blutzuckerwerte in den mit Glukose infundierten Tieren nach fünf Tagen erklären. Unsere Untersuchungen zeigen, daß Hyperglykämie zu einer Verringerung der Proteinexpression und Tyrosinphosphorylierung des Insulinrezeptors am fünften Tag der Infusion geführt hat. Die Proteinexpression des IRS-1 und PI3-K waren für die Gesamtinfusionszeit unverändert. Weiterhin konnten wir zeigen, daß die Proteinexpression und die Translokation einiger PKC-Isoformen verändert waren, wobei die Translokation der PKC-Isoformen PKCbI und PKCbII und in einem geringeren Maße der PKCa am stärksten waren. Die Proteinexpression der Glucosamine:Fructose-6-Phosphat Amidotransferase war stark erhöht. Weiterhin haben wir gezeigt, daß die Protein Kinase B-Phosphorylierung nicht verändert war. Unsere Ergebnisse zeigen, daß Hyperglykämie zu einer Glukoseaufnahme in den Muskel in einem Insulin-unabhängigen Weg führen kann.

Glucose toxicity represents a well-established term referring to hyperglycemia as a potent contributor to the impairment of insulin action on insulin sensitive tissue. We set up an animal model to investigate the in vivo effects of glucose infusion on insulin signaling. Chronic catheter were implanted via right jugular vein into right atrium, routed subcutaneously and externalized between the shoulders to be connected to a Perfusor syringe pump. After a recovery period of 48 h, glucose (50%) was continuously infused at a rate of 2.0 ml/h over a period of 48 h or extended to 120 h, whereas control animals received 0.45% saline. Animals were scarified and mixed hind limb muscles were subsequently excised. Western blotting analysis revealed a significant increase in protein expression of GLUT4 after 48 h and after 120 h of glucose infusion. GLUT1 was unaffected during the whole period of infusion. Hyperglycemia induced changes at the level of insulin receptor showing a significant decrease in protein expression and tyrosine phosphorylation of insulin receptor after 120 h of glucose infusion. IRS-1 and PI3-kinase were unaffected during the whole infusion period, whereas marked change was observed in PKC isoforms expression and translocation. Among the latter, PKCbI and PKCbII and to a less extent PKCa were mostly translocated. The glucosamine:fructose-6-phosphate amidotransferase (GFAT) expression was highly activated (3 fold at protein and 7 fold at messenger level). Glucose infusion affected neither PKB expression the serine phosphorylation of the latter. Glucose transporter translocation to the plasma membrane was shown and might explain normoglycemia seen in treated animals at the end of the glucose infusion period. Our results suggest that hyperglycemia per se might propagate its uptake into skeletal muscle in an insulin-independent manner involving PKC translocation and GFAT activation.