Diabetologie und Stoffwechsel 2014; 9 - P109
DOI: 10.1055/s-0034-1374966

Analyse der komplementären Funktion von TBC1D1 und TBC1D4 im Glukosestoffwechsel des Skelettmuskels

C de Wendt 1, A Chadt 1, A Immisch 2, S Osthold 1, T Stermann 1, J Loffing 3, D Loffing-Cueni 3, HG Joost 2, H Al-Hasani 1
  • 1Deutsche Diabetes-Zentrum (DDZ), Leibniz-Institut für Diabetesforschung an der Heinrich-Heine-Universität, Institut für klinische Biochemie und Pathobiochemie, Düsseldorf, Germany
  • 2Deutsches Institut für Ernährungsforschung (DIfE) Potsdam-Rehbrücke, Nuthetal, Germany
  • 3Universität Zürich, Anatomisches Institut, Zürich, Switzerland

Fragestellung: Die Rab-GTPase-aktivierenden Proteine (RabGAPs) TBC1D1 und TBC1D4 (AS160) stellen Schlüsselproteine des AKT- und AMPK-regulierten Glukosestoffwechsels im Skelettmuskel dar. Ziel dieser Studie ist, den Beitrag dieser beiden homologen Signalproteine am Insulin- und kontraktionsvermittelten Metabolismus zu untersuchen.

Methodik: TBC1D1- (D1KO), TBC1D4- (D4KO) und doppelt-defiziente Mäuse (D1/4KO) wurden erzeugt, Körpergewicht und Körperzusammensetzung mittels NMR-Spektroskopie, Glukose-, Insulin- und AICAR-Toleranz mittels i.p.-Injektion sowohl auf Standarddiät (SD, 8% Fett/Kalorien) als auch auf Hochfettdiät (HFD, 60% Fett/Kalorien) bestimmt. Ex vivo 3H-Deoxyglukoseaufnahme wurde in isolierten Extensor digitorum longus- (EDL) und Soleus-Muskeln durchgeführt.

Ergebnisse: Auf SD, hingegen nicht auf HFD, zeigten alle Knockout-Genotypen tendenziell ein geringeres Körpergewicht mit geringerer Körperfettmasse. Glukose- und Insulin-Toleranz waren in D1/4KO-Tieren auf beiden Diäten vermindert. Der TBC1D1-Knockout führte zu einer verminderten AICAR-Toleranz. Im glykolytischen EDL-Muskel waren Insulin-, AICAR- und kontraktionsstimulierte Glukoseaufnahme in D1KO und D1/4KO-Tieren um 50% reduziert. D4KO und D1/4KO-Tiere zeigten diesen Effekt im oxidativen Soleus-Muskel. Analog dazu weist TBC1D1 die stärkste Expression in glykolytischen Muskeln, TBC1D4 hingegen in oxidativen Muskeln auf. Die Menge an GLUT1-Protein wurde durch den Knockout nicht beeinflusst. Dagegen zeigten die einzelnen Knockout-Gewebe eine deutliche Verringerung an GLUT4-Protein, wenn das jeweils vorherrschende RabGAP nicht exprimiert wurde.

Schlussfolgerungen: Sowohl Insulin- als auch AICAR-induzierte Glukoseaufnahme werden im glykolytischen EDL durch TBC1D1 und im oxidativen Soleus durch TBC1D4 reguliert. Dies erklärt sich durch eine Verringerung des Insulin- und kontraktionssensitiven Glukosetransporters GLUT4 analog zum komplementären Expressionsmuster der beiden RabGAPs.

In vivo verursacht das Ausschalten von TBC1D1 eine verminderte AICAR-Sensitivität, während das Fehlen beider Proteine eine geringere Glukose- und Insulin-Toleranz zur Folge hat.