PKB/SGK-Resistant GSK3 Enhances Phosphaturia, Calciuria, and Catecholamine Release

Abstract

Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) plays a decisive role in the regulation of multiple cellular functions and acts as a downstream regulatory switch for various signaling pathways. Abnormal activities of GSK-3 protein have been implicated in several pathological disorders which include type 2 diabetes, neuron degenerative and affective disorders. Insulin and IGF1 increase renal tubular calcium and phosphorus reabsorption and recent experiments revealed that blood pressure is increased in mice expressing a PKB/SGK-resistant GSK3alpha,beta (gsk3KI) mice than inas compared to wild type mice (gsk3WT). We therefore investigated the role of GSK3 in blood pressure regulation and phosphate reabsorption. As a result, blood pressure and heart rate were significantly higher in gsk3KI than in gsk3WTmice. The alpha-adrenergic blocker prazosine (1 µg/g b.w.) and the ganglion blocker hexamethonium (40 µg/g b.w.) virtually abrogated the difference between genotypes. Similarly, the beta-adrenergic blocker atenolol (5 µg/g b.w.) dissipated the difference of heart rate between genotypes. Plasma epinephrine and norepinephrine concentrations, as well as urinary excretion of vanilylmandelic acid and epinephrine were significantly higher in gsk3KI than in gsk3WT mice, despite no histological abnormalities of adrenal glands of gsk3KI mice. Furthermore, overexpression of GSK3 and the phosphate transporter NaPi-IIa in Xenopus oocytes decreased electrogenic phosphate transport compared with NaPi-IIa–expressing oocytes. Compared with wildtype animals, gsk3KI animals exhibited greater urinary phosphate and calcium clearances with higher excretion rates and lower plasma concentrations. Isolated brush border membranes from gsk3KI mice showed less sodium-dependent phosphate transport and Na-phosphate co-transporter expression. Parathyroid hormone, 1,25-OH vitamin D levels, and bone mineral density decreased in gsk3KI mice, suggesting a global dysregulation of bone mineral metabolism. Thus, the observations reveal a completely novel function of PKB/Akt/SGK-dependent GSK3 signaling, i.e. regulation of catecholamine release and phosphate reabsorption. Disruption of the inhibitory effect of PKB/ Akt/SGK on GSK3 leads to enhanced catecholamine release and increase of blood pressure. Loss of Akt/PKB-dependent inhibition of GSK3alpha beta e and also leads to renal phosphate wasting, which presumably contributes to or even accounts for the decrease of PTH release with resulting calciuria, decreased formation of 1,25-(OH)2 D3, and decreased mineralization of bone. These observations thus show a novel, powerful element in the regulation of mineral metabolism.

Glykogen Synthase Kinase 3 (GSK3) spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation der vielfältigen Funktionen und fungiert als nachgeschalteter regulatorische Schalter für die verschiedenen Signalwege.von zahlreichen zellulären Prozessen und ist als regulatorisches Schlüsselelement Ziel mehrerer Signalwege. Es befindet sich in einer Vielzahl von Signaltransduktionskaskaden beteiligt zelluläre Prozesse, angefangen von Glykogen-Metabolismus, Zell-Entwicklung, Gen-Transkription, Übersetzung Protein des Zytoskeletts, um Organisation, Regulation des Zellzyklus, Proliferation und Apoptose beteiligt. Darüber hinaus haben anormalen AktivitätenStörungen der GSK3 Proteinfunktion ist assoziert mit einer Vielzahl von Erkrankungen von GSK-3-Protein in verschiedenen pathologischen Störungen,wie die Typ 2 Diabetes, Neuron degenerativen neurodegenerativen Erkrankungen und affektiven Störungen sind in Verbindung gebracht. Insulin und IGF-1 erhöht die renale tubuläre Reabsorption von Kalzium und Phosphor Phosphat und die jüngsten vorangegangene Experimente zeigten, dass der Blutdruck in PKB / SGK-resistenten GSK3alpha,GSK3alpha, beta exprimierenden Tieren SS ( gsk3KI gsk3KI) Mäuse als inerhöht ist im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen (gsk3WTgsk3WT) erhöht wird. Wir untersuchten daher die Rolle der GSK3 in der Blutdruckregulation und Phosphat-Resorption.

Als ein Ergebnis wurden Blutdruck und Herzfrequenz signifikant höher als in gsk3KI gsk3WTmiceBlutdruck und Herzfrequenz waren erhöht in gsk3KI Mäusen im Vergleich mit gsk3WT Mäusen. Die Der alpha-adrenergen Blocker Prazosin (1 pg / g KG) und das der Ganglion Bblocker Hexamethonium (40 ug / g KG) sank der Blutdruck in einem größeren Umfang in gsk3KI als in gsk3WTmice und praktisch außer Kraft gesetzt den Unterschied zwischen Genotypenreduzierte den Blutdruck auf dasselbe Niveau bei beiden Genotypen. Ebenso senkte der Atenolol die beta-adrenerge Blocker (5 ug / g KG) sank die Herzfrequenz in einem größeren Umfang in gsk3KI als in gsk3WTmice und wieder abgeführt den Unterschied der Herzfrequenz zwischen den Genotypenin beiden Genotypen, sodass kein Unterschied zwischen den Genotypen festgestellt werden konnte. Die Plasma-kKonzentrationen von Adrenalin und Noradrenalin, sowie renale Ausscheidung von Säure Vanilinmandelsäure und Adrenalinvanilylmandelic waren signifikant höher in gsk3KI Mäusen verglichen mit gsk3WT Mäusen, ohne dass histologische Veränderungen der Nebennieren festzustellen waren. Darüber hinaus verminderte die Überexpression von GSK-3 und der des Phosphat-Transporter NaPi-IIa in Xenopus Oozyten den elektrogenen Phosphat-Transport im Vergleich zu NaPi-IIa-exprimierenden Oozyten. Im Vergleich zu Wildtyp-Tieren zeigten gsk3KIgsk3KI Tiere mehr erhöhte Urin Phosphat und Kalzium Freigaben Ausscheidung, einhergehend mit höheren Ausscheidungen und einer reduzierten Plasmakonzentration. Isolierte Bürstensaummembranen aus gsk3KIgsk3KI Mäusen zeigten weniger einen reduzierten Natrium-abhängigen Phosphat -Transport- und eine reduzierte Na-Phosphat-Co-Transporter-Expression. Parathormon, 1,25-OH-Vitamin D- Spiegel und verminderte Knochendichte waren reduziert in gsk3KIgsk3KI Mäusen, was auf eine globale Fehlregulation der des Knochen und Mineralstoffwechsel der Knochen hinweist.

So zeigen diese Beobachtungen eine völlig neuartige Funktion von des PKB / Akt / SGK- abhängigen GSK3 Signalweges, d.h. die Regulierung der Katecholaminfreisetzung und der Phosphatreabsorption. Die Unterbrechung des hemmende Effekts der inhibitorischen Effekte von PKB / Akt / SGK auf GSK3 führt zu einer verstärkten Freisetzung von Katecholaminen und Erhöhung des Blutdrucks. Der Verlust der Akt / PKB-abhängige Hemmung der GSK3alpha beta führt auch zu einer renalen Phosphatverlusten, die vermutlich trägt oder sogar Konten für diebeteiligt ist an der Abnahme der PTH-Freisetzung mit daraus resultierenden calciuriaKalziurie, verminderten Bildung von 1,25 -- (OH) 2 -D3 und verminderten Mineralisierung von Knochen. Diese Beobachtungen zeigen somit ein neuartiges, leistungsfähiges Element bei der Regulation des Knochenstoffwechsels.