Glucose transport at the renal brush border membrane: GLUT2 and the involvement of PKC-βI

Abstract

The facilitated glucose transporter GLUT2 is the main renal glucose transporter upregulated by hyperglycaemia when it becomes detectable at the brush border membrane (BBM). Previous studies in the laboratory of Dr Debnam have reported increased GLUT2 expression at the brush border membrane (BBM) of animals with streptozotocin (STZ)-induced Type 1 diabetes (Marks, Carvou et al. 2003). In the present study it was the aim to establish whether subtle changes in ambient glucose concentrations influence GLUT2 expression at the BBM. Administration of nicotinamide to STZ-injected animals has been shown to partially abolish the effect of STZ on plasma glucose concentrations. Therefore, I modulated plasma glucose concentrations using various doses of nicotinamide in STZ-diabetic animals and measured GLUT2 expression at the BBM by Western blotting. Since glucose-induced PKC activation in the kidney is linked to diabetic nephropathy, I also investigated the effect of glycaemic status on the protein levels of PKC isoforms α, βI, βII, δ and ε at the proximal tubule, and their relationship to changes in GLUT2 protein at the BBM. The results from this study demonstrate that hyperglycaemia significantly increases the protein levels of GLUT2 and PKC-βI at the BBM. The levels of both GLUT2 and PKC-βI correlated positively with plasma glucose concentration. Hyperglycaemia had no effect on BBM levels of α, βII, δ and ε isoforms of PKC. Thus, altered levels of GLUT2 and PKC-βI protein at the BBM may be important factors in the pathogenic processes underlying diabetic renal injury.

Der Glukosetransporter GLUT2, der bei Hyperglykämie an der Bürstensaummembran (BSM) des proximalen Tubulus der Niere heraufreguliert wird, ist einer der wichtigsten Glukosetransporter der Niere. Studien im Labor von Dr. Debnam haben eine erhöhte Expression von GLUT2 an der BSM des proximalen Nierentubulus bei Tieren eines Streptozotocin (STZ)-induzierten Diabetes Typ 1 Tiermodells gezeigt (Marks, Carvou et al, 2003). In der vorliegenden Arbeit war es mein Ziel, herauszufinden, ob bereits geringe Veränderungen der Glukosekonzentration die Expression von GLUT2 an der BSM beeinflussen. In Studien konnte gezeigt werden, dass der Blutzucker-steigernde Effekt des injizierten STZ bei Versuchstieren durch das vorherige Verabreichen von Nikotinamid teilweise wieder aufgehoben werden kann. Ich habe daher die Blutzucker-Konzentration bei Tieren eines STZ-induzierten Diabetes Tiermodells verändert, indem ich unterschiedliche Dosen von Nikotinamid verabreicht habe. Anschliessend wurde die Expression von GLUT2 an der BSM des proximalen Tubulus der Niere durch Western Blotting ermittelt. Da ein Zusammenhang zwischen der Aktivierung von Proteinkinase C durch Glukose und diabetischer Nephropathie existiert, habe ich zusätzlich den Effekt von Hyperglykämie auf die Expression der PKC Isoformen α, βI, βII, δ und ε am proximalen Nierentubulus bestimmt. Anschliessend wurde untersucht, ob ein möglicher Zusammenhang zwischen der Expression von PKC und der GLUT2 Expression existiert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Hyperglykämie signifikant die Expression von GLUT2 und PKC-βI an der BSM des proximalen Nierentubulus steigert. Des weiteren konnte eine positive Korrelation zwischen GLUT2 und der Blutzucker- Konzentration sowie PKC-βI und der Blutzucker-Konzentration nachgewiesen werden. Hyperglykämie hatte keinen signifikanten Effekt auf die PKC Isoformen α, βII, δ und ε an der BSM des proximalen Tubulus. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Veränderungen der Expression von GLUT2 und PKC-βI an der BSM möglicherweise wichtige Faktoren in der Pathogenese der diabetischen Nephropathie darstellen.