@article{Koepsell2020, author = {Koepsell, Hermann}, title = {Glucose transporters in brain in health and disease}, series = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology}, volume = {472}, journal = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology}, issn = {0031-6768}, doi = {10.1007/s00424-020-02441-x}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-232746}, pages = {1299-1343}, year = {2020}, abstract = {Energy demand of neurons in brain that is covered by glucose supply from the blood is ensured by glucose transporters incapillaries and brain cells. In brain, the facilitative diffusion glucose transporters GLUT1-6 and GLUT8, and the Na+-D-glucosecotransporters SGLT1 are expressed. The glucose transporters mediate uptake of D-glucose across the blood-brain barrier anddelivery of D-glucose to astrocytes and neurons. They are critically involved in regulatory adaptations to varying energy demandsin response to differing neuronal activities and glucose supply. In this review, a comprehensive overview about verified andproposed roles of cerebral glucose transporters during health and diseases is presented. Our current knowledge is mainly based onexperiments performed in rodents. First, the functional properties of human glucose transporters expressed in brain and theircerebral locations are described. Thereafter, proposed physiological functions of GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, andSGLT1 for energy supply to neurons, glucose sensing, central regulation of glucohomeostasis, and feeding behavior are compiled, and their roles in learning and memory formation are discussed. In addition, diseases are described in which functionalchanges of cerebral glucose transporters are relevant. These are GLUT1 deficiency syndrome (GLUT1-SD), diabetes mellitus, Alzheimer's disease (AD), stroke, and traumatic brain injury (TBI). GLUT1-SD is caused by defect mutations in GLUT1. Diabetes and AD are associated with changed expression of glucose transporters in brain, and transporter-related energy defi-ciency of neurons may contribute to pathogenesis of AD. Stroke and TBI are associated with changes of glucose transporter expression that influence clinical outcome}, language = {en} } @article{Koepsell2020, author = {Koepsell, Hermann}, title = {Glucose transporters in the small intestine in health and disease}, series = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology}, volume = {472}, journal = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology}, issn = {0031-6768}, doi = {10.1007/s00424-020-02439-5}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-232552}, pages = {1207-1248}, year = {2020}, abstract = {Absorption of monosaccharides is mainly mediated by Na\(^+\)-d-glucose cotransporter SGLT1 and the facititative transporters GLUT2 and GLUT5. SGLT1 and GLUT2 are relevant for absorption of d-glucose and d-galactose while GLUT5 is relevant for d-fructose absorption. SGLT1 and GLUT5 are constantly localized in the brush border membrane (BBM) of enterocytes, whereas GLUT2 is localized in the basolateral membrane (BLM) or the BBM plus BLM at low and high luminal d-glucose concentrations, respectively. At high luminal d-glucose, the abundance SGLT1 in the BBM is increased. Hence, d-glucose absorption at low luminal glucose is mediated via SGLT1 in the BBM and GLUT2 in the BLM whereas high-capacity d-glucose absorption at high luminal glucose is mediated by SGLT1 plus GLUT2 in the BBM and GLUT2 in the BLM. The review describes functions and regulations of SGLT1, GLUT2, and GLUT5 in the small intestine including diurnal variations and carbohydrate-dependent regulations. Also, the roles of SGLT1 and GLUT2 for secretion of enterohormones are discussed. Furthermore, diseases are described that are caused by malfunctions of small intestinal monosaccharide transporters, such as glucose-galactose malabsorption, Fanconi syndrome, and fructose intolerance. Moreover, it is reported how diabetes, small intestinal inflammation, parental nutrition, bariatric surgery, and metformin treatment affect expression of monosaccharide transporters in the small intestine. Finally, food components that decrease d-glucose absorption and drugs in development that inhibit or downregulate SGLT1 in the small intestine are compiled. Models for regulations and combined functions of glucose transporters, and for interplay between d-fructose transport and metabolism, are discussed.}, language = {en} } @article{ParkerAdriaenssensRogersetal.2012, author = {Parker, H. E. and Adriaenssens, A. and Rogers, G. and Richards, P. and Koepsell, H. and Reimann, F. and Gribble, F. M.}, title = {Predominant role of active versus facilitative glucose transport for glucagon-like peptide-1 secretion}, series = {Diabetologia}, volume = {55}, journal = {Diabetologia}, number = {9}, doi = {10.1007/s00125-012-2585-2}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-125927}, pages = {2445-2455}, year = {2012}, abstract = {Aims/hypothesis Several glucose-sensing pathways have been implicated in glucose-triggered secretion of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) from intestinal L cells. One involves glucose metabolism and closure of ATP-sensitive K\(^+\) channels, and another exploits the electrogenic nature of Na\(^+\)-coupled glucose transporters (SGLTs). This study aimed to elucidate the role of these distinct mechanisms in glucose-stimulated GLP-1 secretion. Methods Glucose uptake into L cells (either GLUTag cells or cells in primary cultures, using a new transgenic mouse model combining proglucagon promoter-driven Cre recombinase with a ROSA26tdRFP reporter) was monitored with the FLII\(_{12}\)Pglu-700μδ6 glucose sensor. Effects of pharmacological and genetic interference with SGLT1 or facilitative glucose transport (GLUT) on intracellular glucose accumulation and metabolism (measured by NAD(P)H autofluorescence), cytosolic Ca\(^{2+}\) (monitored with Fura2) and GLP-1 secretion (assayed by ELISA) were assessed. Results L cell glucose uptake was dominated by GLUT-mediated transport, being abolished by phloretin but not phloridzin. NAD(P)H autofluorescence was glucose dependent and enhanced by a glucokinase activator. In GLUTag cells, but not primary L cells, phloretin partially impaired glucose-dependent secretion, and suppressed an amplifying effect of glucose under depolarising high K\(^+\) conditions. The key importance of SGLT1 in GLUTag and primary cells was evident from the impairment of secretion by phloridzin or Sglt1 knockdown and failure of glucose to trigger cytosolic Ca\(^{2+}\) elevation in primary L cells from Sglt1 knockout mice. Conclusions/interpretation SGLT1 acts as the luminal glucose sensor in L cells, but intracellular glucose concentrations are largely determined by GLUT activity. Although L cell glucose metabolism depends partially on glucokinase activity, this plays only a minor role in glucose-stimulated GLP-1 secretion.}, language = {en} } @phdthesis{Friedrich2015, author = {Friedrich, Alexandra}, title = {Beeinflussung des Na+-D-Glukose-Kotransporters SGLT1 und der Na+-Nukleosidtransporter CNT durch Peptidmotive des Regulatorproteins RS1 im Darm}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-127394}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2015}, abstract = {Der Natrium-D-Glukose Kotransporter 1 (SGLT1) spielt eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von Glukose aus dem Darmlumen in die Enterozyten des Darms. Anhand von Untersuchungen an Xenopus laevis-Oozyten konnte in unserem Labor das Protein RS1 als posttranslationales Regulatorprotein f{\"u}r SGLT1 und diverse andere Transporter ermittelt werden. Es wurde eine regulatorische Dom{\"a}ne aus RS1 mit vielen potentiellen Phosphorylierungsstellen isoliert (RS1-Reg) und gezeigt dass RS1-Reg die Abschn{\"u}rung von Transporter enthaltenen Vesikeln vom Transgolgi-Netzwerk hemmt. Neben SGLT1 reguliert RS1 auch die konzentrierenden Nukleosidtransporter (CNTs) am TGN. Die Regulation der Transporter ist vom Phosphorylierungszustand von RS1-Reg abh{\"a}ngig. So wurde durch Versuche an Oozyten von Xenopus laevis und Injektion von RS1-Reg Mutanten gezeigt, dass die Phosphorylierung von RS1-Reg an einigen Stellen zu einer Inhibition von SGLT1 f{\"u}hrte, w{\"a}hrend der Nukleosidtransporter CNT1 durch die dephosphorylierte Mutante herunterreguliert wurden. Neben der phosphorylierungsabh{\"a}ngigen Regulation konnte f{\"u}r SGLT1 auch gezeigt werden, dass die Herunterregulation nur unter Niedrigzucker-Bedingungen erfolgte, nicht jedoch bei hohen Glukosekonzentrationen. F{\"u}r die CNTs war eine derartige Zuckerabh{\"a}ngigkeit nicht zu beobachten. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob die Ergebnisse aus den Oozytenmessungen auch in vivo in einem S{\"a}ugetier gezeigt werden k{\"o}nnen. Hierzu wurden Mutanten der regulatorischen Dom{\"a}ne (RS1-Reg) des Maus-Proteins, welche den phosphorylierten Zustand simulierten (RS1-Reg (S19E)), oder die Phosphorylierung verhinderten (RS1-Reg (S19A)) eingesetzt. Diese wurden an ein Nanohydrogel gekoppelt, um eine Aufnahme in die Enterozyten im Darm zu gew{\"a}hrleisten. Es wurde in der RS1KO-Mausohne funktionelles RS1 gezeigt, dass auch im in vivo-System eine Herunterregulation von SGLT1 durch mRS1-Reg (S19E), nicht jedoch durch mRS1-Reg (S19A) erfolgte, w{\"a}hrend die CNTs nur durch mRS1-Reg (S19A) inhibiert wurden. Des Weiteren f{\"u}hrte mRS1-Reg (S19A) in der Wildtypmaus bei niedrigen Zuckerkonzentrationen zu einer Stimulation von SGLT1, was f{\"u}r eine Kompetition mit dem endogenen RS1-Proteins spricht. Es konnte indirekt der Beweis erbracht werden, dass {\"u}ber Nanohydrogele l{\"a}ngere Proteine in die Zelle gebracht werden k{\"o}nnen und dort funktionell freigesetzt werden.}, subject = {Glucosetransport}, language = {de} } @phdthesis{Filatova2009, author = {Filatova, Alina}, title = {Mechanism and Control of Nuclear-Cytoplasmic Translocation of the Transporter Regulator RS1}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-38512}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2009}, abstract = {Das RS1 Protein (Gen RSC1A1) beteiligt sich an der Regulation des Na+-D-Glukose-kotransporters SGLT1 und einiger anderer Transporter. In subkonfluenten LLC-PK1 Zellen hemmt RS1 die Freisetzung von SGLT1 aus dem trans-Golgi-Netzwerk und die Transkription von SGLT1. W{\"a}hrend es sich in konfluenten Zellen haupts{\"a}chlich im Zytoplasma befindet, ist RS1 in subkonfluenten Zellen im Kern und im Zytoplasma lokalisiert. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismus und Regulation der konfluenzabh{\"a}ngigen Kernlokalisation von RS1 untersucht. Dabel konnte gezeigt werden, dass die von Konfluenz abh{\"a}ngige Kernlokalisation von RS1 durch den Zellzyklus reguliert wird. In RS1 aus Sus scrofa (pRS1) wurde eine Sequenz identifiziert („nuclear shuttling signal", NS), die f{\"u}r die konfluenzabh{\"a}ngige Verteilung von RS1 verantwortlich ist und sowohl das Signal f{\"u}r die Kernlokalisation (NLS) als auch das Signal f{\"u}r den Export aus dem Kern (NES) beinhaltet. Die NLS und NES Signale von RS1 vermitteln die Translokation des Proteins in den Kern und aus dem Kern mit Hilfe von Importin \&\#946;1 bzw. CRM1, wobei die Verteilung von RS1 zwischen Kern und Zytoplasma durch die Aktivit{\"a}t des Exportsystems bestimmt wird. Es wurde gezeigt, dass die benachbarte Proteinkinase C (PKC) Phosphorylierungsstelle an Serin 370 von pRS1 die NS-gesteuerte Kernlokalisierung kontrolliert und f{\"u}r die vom Zellzyklus abh{\"a}ngige Kernlokalisation notwendig ist. Aufgrund der Ergebnisse der ortsgerichteten Mutagenese, PKC-Aktivierungsexperimenten und Massenspektrometrie-Analyse des Phosphorylierungsmusters von RS1 wurde ein Modell vorgeschlagen, das die Regulation der Kernlokalisation des RS1 Proteins in LLC-PK1 Zellen beschreibt. Dem Modell zufolge wird RS1 in subkonfluenten Zellen stark in den Kern bef{\"o}rdert, w{\"a}hrend der Export von RS1 aus dem Kern nicht stattfindet. Das f{\"u}hrt zur Anreicherung von RS1 im Kern. Nach Konfluenz wird Serin 370 durch PKC phosphoryliert, was die Steigerung des RS1-Exports aus dem Kern beg{\"u}nstigt und die {\"u}berwiegend zytoplasmatische Lokalisation des Proteins in konfluenten Zellen hervorruft. Die konfluenzabh{\"a}ngige Regulation der Lokalisation von RS1 kann die Expression von SGLT1 w{\"a}hrend der Regeneration von Enterozyten im D{\"u}nndarm und der Regeneration von Zellen der Nierentubuli nach hypox{\"a}mischem Stress kontrollieren. Außerdem deutet die Analyse der Genexpression in embryonalen Fibroblasten der RS-/- M{\"a}use deutet darauf hin, dass die transkriptionale Regulation durch RS1 im Zellzyklus und bei der Zellteilung eine wichtige Rolle spielen kann. Da die Lokalisation von RS1 zellzyklusabh{\"a}ngig ist, kann RS1 f{\"u}r die Regulation der Transporter in spezifischen Phasen des Zellzyklus wichtig sein.}, subject = {RS1}, language = {en} } @phdthesis{Osswald2003, author = {Oßwald, Christina}, title = {Fettsucht mit erh{\"o}hter D-Glukose-Absorption im D{\"u}nndarm durch Inaktivierung des Regulatorproteins RS1 bei M{\"a}usen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8000}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2003}, abstract = {RS1 ist ein 67-68 kD großes, ubiquit{\"a}r exprimiertes Protein, das sich an der Innenseite der Plasmamembran befindet und in den Zellkern wandern kann. Durch immunhistochemischen Untersuchungen an D{\"u}nndarmschnitten der Maus konnte RS1 das erste Mal in dieser Arbeit im Kern und an der Membran von Enterozyten gezeigt werden. RS1 wird von einem intronlosen Single Copy Gen kodiert und ist f{\"a}hig Ubiquitin {\"u}ber eine Ubiquitin-assoziierte (UBA) Dom{\"a}ne zu binden. Es reduziert die Konzentration einiger Proteine in der Plasmamembran. Durch Expressionsversuche in Xenopus Oozyten wurde gezeigt, dass RS1 die Menge des Na+-D-Glukosekotransporters SGLT1 in der Plasmamembran transkriptionsunabh{\"a}ngig reduziert. Entsprechend seiner dualen Lokalisation beteiligt sich RS1 aber auch an der Transkriptionsregulation im Zellkern. In der vorliegenden Arbeit konnten Informationen {\"u}ber die physiologische Funktion des membranassoziierten Regulatorproteins RS1 gewonnen werden. Nach Erstellung einer RS1-knock-out Maus wurde sichergestellt, dass ein erfolgreiches Rekombinationsereignis stattgefunden hatte und RS1 tats{\"a}chlich nicht mehr exprimiert wurde. Die RS1-knock-out M{\"a}use waren postnatal lebensf{\"a}hig, vermehrten sich gut und entwickelten eine Fettsucht mit 30 \% mehr K{\"o}rpergewicht, 80 \% mehr Fett und um 40 \% vergr{\"o}ßerten Fettzellen. Bei den transgenen M{\"a}usen war weder die Nahrungsaufnahme gesteigert, noch die motorische Aktivit{\"a}t verringert. In der B{\"u}rstensaummembran des D{\"u}nndarmepithels konnte bei den RS1-knock-out M{\"a}usen die siebenfache Menge an Protein des Na+-abh{\"a}ngigen D-Glukosekotransporters SGLT1 detektiert werden, w{\"a}hrend die Konzentration des passiven Glukosetransporters GLUT2 in der basolateralen Membran nicht ver{\"a}ndert war. Die Zunahme der SGLT1-Proteinmenge war posttranskriptional bedingt. Bei der RS1-knock-out Maus wirkt sich der in Oozyten beobachtete Effekt an der Plasmamembran aus, w{\"a}hrend der an konfluenten LLCPK1 Zellen gezeigte Effekt im Zellkern nicht zum Tragen kommt. Die transgenen Tiere resorbierten die doppelte Menge an D-Glukose im D{\"u}nndarm. Das spricht daf{\"u}r, dass bei der RS1-knock-out Maus der „turnover" des SGLT1 beeinflusst sein muss, da die siebenfache SGLT1-Proteinmenge einem verdoppelten Transport {\"u}ber den SGLT1 gegen{\"u}bersteht. Die RS1-knock-out M{\"a}use zeigten normale Insulinspiegel und regul{\"a}re oralen Glukosebelastungstests. Bei gef{\"u}tterten M{\"a}usen waren die Serumleptinspiegel {\"a}hnlich wie bei Wildtypm{\"a}usen, die typische Reduzierung des Serumleptinspiegel konnte bei den M{\"a}usen ohne RS1 aber nicht beobachtet werden. Untersuchungen an Fettzellexplantaten ergaben, dass die Sekretion von Leptin bei RS1- knock-out-Explantaten erh{\"o}ht war, w{\"a}hrend die Leptinsynthese und die insulinabh{\"a}ngige Regulation der Leptinsekretion nicht ver{\"a}ndert waren. Mit der RS1-knock-out Maus wurde ein neues Fettsuchtmodell geschaffen. RS1 spielt eine physiologisch wichtige Rolle bei der Regulation der D-Glukoseaufnahme im Darm. Der visceralen Adipositas liegt wahrscheinlich eine gesteigerte Nahrungsutilisation durch die verbesserte Glukoseaufnahme {\"u}ber den SGLT1 im Darm zugrunde. Die gesteigerte Glukoseabsorption ist urs{\"a}chlich f{\"u}r den Anstieg der Fettmasse. Die Fettzellen vergr{\"o}ßern sich und sezernieren dann mehr Leptin. Es ist davon auszugehen, dass die RS1-knock-out M{\"a}use eine ver{\"a}nderte Nahrungsutilisation aufgrund der verbesserten Glukoseaufnahme im D{\"u}nndarm aufweisen. Die Adipositas demzufolge ein sekund{\"a}rer Effekt. Gleichzeitig kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass RS1 direkt auf die Zellen des weißen Fettgewebes wirkt und bei Wildtypm{\"a}usen die Sekretion des Leptins aus Vesikeln hemmt.}, subject = {Fettsucht}, language = {de} } @phdthesis{Kuehlkamp2001, author = {K{\"u}hlkamp, Thomas}, title = {Der plasmamembran assoziierte Transportregulator RS1 bindet Ubiquitin und gelangt in den Zellkern}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1179507}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2001}, abstract = {Die vorliegende Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse {\"u}ber die subzellul{\"a}re Verteilung und die Funktion des RS1-Proteins vom Schwein (pRS1), einem Regulator von Plasmamembran-transportern. Das gr{\"u}n fluoreszierende Protein (GFP) wurde mit pRS1 fusioniert und in LLC-PK1 Zellen exprimiert. Das GFP-pRS1 Fusionsprodukt (96 kD) konnte an der Plasmamembran, im Zytosol und im Zellkern entdeckt werden. Bei GFP-Fusion mit trunkierten pRS1-Proteinen zeigte sich, dass der C-Terminus die Kernlokalisierung beeinflusst. Dagegen wurde die Kernlokalisierung durch eine Trunkierung des N-Terminus nicht gest{\"o}rt. Im C-Terminus des pRS1 konnte von AS 579 bis 616 eine Ubiquitin associated domain (UBA) identifiziert werden, die auch in den anderen bisher bekannten RS1-Proteinen aus Mensch, Kaninchen und Maus konserviert vorliegt. Eine Ubiquitin-Affinit{\"a}tschromatographie zeigte, dass das pRS1-Protein Ubiquitin auf nicht kovalente Weise bindet. Nach der Trunkierung der UBA-Dom{\"a}ne war keine Wechselwirkung des pRS1-Proteins mit Ubiquitin mehr feststellbar. Ein konserviertes Di-Leucin-Endozytose-Motiv (pRS1 AS 366/67) deutet eine Funktion des pRS1-Proteins bei der Internalisierung von Plasmamembranproteinen an. Deshalb wurde das Endozytoseverhalten von pRS1 {\"u}berexprimierenden LLC-PK1 Zellen untersucht, wobei sich zeigte, dass diese Zellen eine deutlich h{\"o}here Aufnahme des Endozytosefarbstoffes RH 414 aufwiesen als Zellen, die pRS1 nicht {\"u}berexprimierten. Die in dieser Arbeit gesammelten Daten zum RS1-Protein wurden zusammen mit fr{\"u}her erhobenen Ergebnissen zum RS1-Protein im Rahmen eines Modells zusammengefasst. In diesem hypothetischen Modell wird angenommen, dass RS1 ein Adapterprotein ist, welches die ubiquitinabh{\"a}ngige Endozytose von Plasmamembrantransportern vermittelt und als Signalmolek{\"u}l in den Zellkern gelangen kann, wo es an der Transcriptionsrepression des SGLT1 beteiligt ist.}, subject = {Ubiquitin}, language = {de} }