Verena Behrens

• Der ubiquitär exprimierte, multifunktionale Glucosetransporter GLUT8 gehört zur Klasse III der Familie der passiven Glucosetransporter, die aus insgesamt 14 Proteinen besteht. Die fünf Mitglieder der Klasse IIII unterscheiden sich strukturell leicht von den Mitgliedern der Klasse I und II (Joost und Thorens, 2001). GLUT8 besitzt ein N-terminales Dileucin-Motiv, das Teil eines [DE]XXXL[LI] Motivs ist, welches für die Sortierung des Transporters in späte Endosomen und Lysosomen verantwortlich ist (Augustin et al., 2005). Da bis heute kein Signal identifiziert wurde, das eine Translokation des Transporters zur Plasmamembran auslöst, wird eine intrazelluläre Funktion von GLUT8 vermutet (Widmer et al., 2005). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die intrazelluläre Funktion des Transporters in der Regulation der Glucosehomöostase des Körpers durch Analyse einer Slc2a8-knockout-Maus untersucht. Die homozygote Deletion des Transporters erbrachte lebensfähige Nachkommen, die sich augenscheinlich nicht von ihren Wildtyp-GeschwisternDer ubiquitär exprimierte, multifunktionale Glucosetransporter GLUT8 gehört zur Klasse III der Familie der passiven Glucosetransporter, die aus insgesamt 14 Proteinen besteht. Die fünf Mitglieder der Klasse IIII unterscheiden sich strukturell leicht von den Mitgliedern der Klasse I und II (Joost und Thorens, 2001). GLUT8 besitzt ein N-terminales Dileucin-Motiv, das Teil eines [DE]XXXL[LI] Motivs ist, welches für die Sortierung des Transporters in späte Endosomen und Lysosomen verantwortlich ist (Augustin et al., 2005). Da bis heute kein Signal identifiziert wurde, das eine Translokation des Transporters zur Plasmamembran auslöst, wird eine intrazelluläre Funktion von GLUT8 vermutet (Widmer et al., 2005). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die intrazelluläre Funktion des Transporters in der Regulation der Glucosehomöostase des Körpers durch Analyse einer Slc2a8-knockout-Maus untersucht. Die homozygote Deletion des Transporters erbrachte lebensfähige Nachkommen, die sich augenscheinlich nicht von ihren Wildtyp-Geschwistern unterschieden. Allerdings wurde bei Verpaarungen heterozygoter Mäuse eine verminderte Anzahl an Slc2a8-/--Nachkommen beobachtet, die signifikant von der erwarteten Mendel’schen Verteilung abwich. Da Slc2a8 die höchste mRNA-Expression in den Testes aufwies und die Überprüfung der Fertilität mittels verschiedener homozygoter Verpaarungen eine Störung der weiblichen Fortpflanzungsfähigkeit ausschloss, wurden die Spermatozoen der Slc2a8-/--Mäuse eingehender untersucht. Als Ursache für die verringerte Anzahl von Slc2a8-/--Geburten wurde eine verminderte Prozentzahl motiler Slc2a8-/--Spermien ermittelt, die durch eine unzureichende mitochondriale Kondensation in den Spermien bedingt war. Diese Veränderung war mit einem reduzierten mitochondrialen Membranpotential assoziiert, was eine verminderte ATP-Produktion nach sich zog. Somit scheint GLUT8 in den Spermien an einem intrazellulären Transportprozess beteiligt zu sein, der einen Einfluss auf die oxidative Phosphorylierung der Mitochondrien ausübt. Im Gehirn wurde Slc2a8 besonders stark im Hippocampus exprimiert, der in der Regulation von körperlicher Aktivität, Explorationsverhalten, Erinnerungs- und Lernprozessen sowie Angst- und Stressreaktionen eine Rolle spielt. Außerdem wurde GLUT8 im Hypothalamus nachgewiesen, der unter anderem an der Regulation der Nahrungsaufnahme beteiligt ist. Die Slc2a8-/--Mäuse zeigten im Vergleich zu ihren Slc2a8+/+-Geschwistern eine signifikant gesteigerte körperliche Aktivität, die zusammen mit der von Membrez et al. (2006) publizierten erhöhten Zellproliferation im Hippocampus auf eine Nährstoffunterversorgung dieses Areals hindeutet. Die Nahrungsaufnahme war in Abwesenheit von GLUT8 nicht verändert, was zusammen mit dem nur geringfügig niedrigeren Körpergewicht der Slc2a8-/--Mäuse eine Funktion von GLUT8 im Glucose-sensing der Glucose-sensitiven Neurone des Gehirns ausschließt. Das leicht reduzierte Körpergewicht der Slc2a8-/--Mäuse ließ sich keinem bestimmten Organ- oder Gewebetyp zuordnen, sondern schien durch eine marginale Gewichtsreduktion aller untersuchten Gewebe bedingt zu sein. Zusammen mit den erniedrigten Blutglucosespiegeln und der anscheinend gesteigerten Lebenserwartung zeigten die Slc2a8-/--Mäuse Symptome einer leichten Nährstoffunterversorgung. GLUT8 scheint daher am Transport von Zuckerderivaten, die während des lysosomalen/endosomalen Abbaus von Glykoproteinen anfallen, beteiligt zu sein. Die so wiederaufbereiteten Zucker dienen dem Körper offenbar als zusätzliche Energiequelle.…
• The family of facilitative glucose transporters consists of 14 different members in human, which are divided into three classes (Joost and Thorens, 2001). The class III family member GLUT8 contains an amino-terminal dileucine sorting signal, which is part of the highly conserved [DE]XXXL[LI] motif responsible for the localization of GLUT8 in lysosomes and late endosomes (Augustin et al., 2005). To date there is no stimulus known, which translocates the transporter to the plasma membrane, therefore an intracellular function rather than at the cell surface is considered (Widmer et al., 2005). The aim of the present dissertation was to analyze the intracellular role of GLUT8 in the regulation of whole body glucose homeostasis, by the characterization of the corresponding knockout mice (Slc2a8-/-). Slc2a8-/- mice were viable and showed no obvious disparity to their wild-type littermates. However, analysis of the offspring distribution of heterozygous mating provided a reduced number of born Slc2a8-/- offspring which differed significantlyThe family of facilitative glucose transporters consists of 14 different members in human, which are divided into three classes (Joost and Thorens, 2001). The class III family member GLUT8 contains an amino-terminal dileucine sorting signal, which is part of the highly conserved [DE]XXXL[LI] motif responsible for the localization of GLUT8 in lysosomes and late endosomes (Augustin et al., 2005). To date there is no stimulus known, which translocates the transporter to the plasma membrane, therefore an intracellular function rather than at the cell surface is considered (Widmer et al., 2005). The aim of the present dissertation was to analyze the intracellular role of GLUT8 in the regulation of whole body glucose homeostasis, by the characterization of the corresponding knockout mice (Slc2a8-/-). Slc2a8-/- mice were viable and showed no obvious disparity to their wild-type littermates. However, analysis of the offspring distribution of heterozygous mating provided a reduced number of born Slc2a8-/- offspring which differed significantly from the expected Mendelian distribution. Because Slc2a8 mRNA is expressed at highest levels in the testis and the female Slc2a8-/- mice showed no alterations in fertility, we further investigated the function of Slc2a8-/- spermatozoa. An impaired mitochondrial condensation in the Slc2a8-/- spermatozoa, which was associated with decreased ATP levels resulted in a reduced number of motile Slc2a8-/- sperm, which appeared to be responsible for the reduced number of born Slc2a8-/- offspring. Therefore in sperm cells GLUT8 seems to be important for an intracellular transport process, which exerts an influence on the oxidative phosphorylation in the mitochondria. In the brain Slc2a8 is expressed at highest levels in the hippocampus, which is important for the regulation of physical activity, exploration behaviour, memory and learning as well as anxiety related behaviour. Additionally, GLUT8 was detected in the hypothalamus, which is amongst others involved in the regulation of food intake. The Slc2a8-/- mice showed a significant increase in locomotor activity, which indicates a moderate undersupply of the hippocampus area. According to this finding the group of Membrez et al. (2006) observed a raised cell proliferation in the hippocampus of Slc2a8-/- mice. The fact that no alterations in food intake and only a moderate reduction in body weight was detected in Slc2a8-/- mice, indicates that GLUT8 is not important for the hypothalamic glucose sensing. The marginal decreased body weight of the Slc2a8-/- mice appeared to be associated with a slightly reduced weight of different tissues. Together with the lowered blood glucose concentrations and the apparently enhanced lifespan, the Slc2a8-/- mice showed symptoms of a moderate undersupply compareable to caloric restriction. Thus, we hypothesize that GLUT8 is important for the transport of sugar derivatives which arise during lysosomal/endosomal degradation of glycoproteins. These recycled sugars may serve as an additional energy source in the cell.…