Der ruminale Monocarboxylattransporter 1: seine Bedeutung für die Resorption kurzkettiger Fettsäuren und seine regulative Modulation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt beschäftigte sich mit der Bedeutung des Monocarboxylattransporters 1 (MCT1) im Pansenepithel und möglichen regulativen Einflüssen auf diesen. Hierbei gingen wir davon aus, dass der MCT1 die basolaterale Permeation kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) und deren Metaboliten beeinflusst und daher über eine Regulation des MCT1 auch eine Regulation des SCFA-Transportes induziert werden kann. Wir konnten zeigen, dass nicht nur die basolaterale Permeation von Metaboliten des SCFA-Abbaus, sondern auch der basolaterale und ebenso der transepitheliale Transport von Acetat über den MCT1 vermittelt wird, der in diesem Fall als SCFA/HCO3--Austauscher fungiert. Allerdings wurde auch offensichtlich, dass neben dem MCT1 noch andere Transportproteine die basolaterale Permeation von SCFA ermöglichen. Regulative Einflüsse wurden auf Ebene von Signalkaskaden, auf Ebene möglicher Substratinduktionen und auf systemischer Ebene untersucht. So zog eine Induzierung von Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptoren vom Typ α (PPARα) in kultivierten Pansenepithelzellen eine Hochregulierung der mRNA des MCT1 nach sich. Eine längerfristige Expression des Pansenepithels gegenüber n-Butyrat regulierte ebenfalls die mRNA-Expression des MCT1 hoch, hatte aber auch Einfluss auf die Expression der Isoform 4 des MCT und andere am SCFA-Transport beteiligte Transportproteine wie den PAT1. Untersuchungen an frisch geborenen und per Kaiserschnitt entwickelten Kälbern zeigten, dass die Proteinexpression des MCT1 nicht nur in ihrer Intensität, sondern auch in ihrer Lokalisation prä- und auch postnatal einer starken Dynamik unterliegt, wobei die starke postnatale Zunahme der Proteinexpression die markanteste Änderung war. Aufgrund des Fehlens einer ruminalen Fermentation bei Kälbern dieses Alters sind die um die Geburt auftretenden Veränderungen in der MCT1-Expression auf systemische Einflüsse zurückzuführen (z.B. erhöhter Lactatspiegel, erniedrigter pO2). Auch wenn die Expressionsstudien eindeutig regulative Einflüsse untersetzten, ist es uns nicht gelungen, die Veränderungen auf mRNA-Ebene respektive auf Proteinebene schlüssig mit funktionellen Veränderungen zu verknüpfen. So war die in isolierten Pansenepithelzellen festgestellte Heraufregelung des MCT1 nach PPARα-Induktion nicht mit in einer quantitativ entsprechenden Erhöhung des Lactatgebundenen Protonenexportes verbunden. Es muss betont werden, dass bei aller Heterogenität der getesteten Einflüsse beim MCT1 ausschließlich eine Hochregulierung festgestellt werden konnte. Die Frage bleibt trotzdem bestehen, inwieweit die festgestellte Hochregulierung des MCT1 auf mRNA- und Proteinebene sich in funktionellen Änderungen niederschlägt und ob diese Hochregulierung auch dann auftritt, wenn der MCT1 in seiner Funktion als Protonenexporter „gefordert“ ist, d.h. bei einer erhöhten luminalen Protonenanflutung und/oder einer erhöhten luminalen CO2-Exposition (und damit intrazellulären Acidifizierung).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2010): Relationship between acetate and butyrate transport in the ruminal epithelium of sheep. In: Genes Nutr 5 (Suppl 1), S. S48
Penner, G. B.; Gäbel, G.; Rackwitz, R.; Aschenbach, J. R.
- (2010): Ruminal transport of SCFA. In: 19. Symposium der Fachgruppe Physiologie und Biochemie der DVG, S. 36-41
Stumpff, F.; Martens, H. Gäbel, G.
- (2010): Transport specifity of MCT1 in sheep rumen epithelium. In: Genes Nutr 5 (Suppl 1), S. S81
Rackwitz, R.; Schmidt-Mähne, A.; Philipp, P.; Gäbel, G.
- (2011): Does MCT1 play a role in ruminal SCFA transport? In: Proc Soc Nutr Physiol 20, S. 55
Dengler, F.; Schmidt-Mähne, A.; Rackwitz, R.; Gäbel, G.
- (2011): Permeation of short-chain fatty acids (SCFA) across rumen epithelium: electrogenic pathways. In: Proc Soc Nutr Physiol 20, S. 56
Rackwitz, R.; Philipp, P.; Schmidt-Mähne, A.; Gäbel, G.
- (2011): Regulatory influences on monocarboxylate transporter 1 (MCT1) in ovine ruminal epithelial cells. In: Proc Soc Nutr Physiol 20, S. 54
Benesch, F.; Honscha, K. U.; Urbansky, I.; Gäbel, G.
- (2012): Bicarbonate dependence of basolateral SCFA transport in the rumen. In: Genes Nutr 6 (Suppl 1), S. S49
Dengler, F.; Rackwitz, R.; Schmidt-Mähne, A.; Gäbel, G.
- (2012): Regulatory influences on monocarboxylate transporter 1 (MCT1) in ovine ruminal epithelial cells. In: Genes Nutr 6 (Suppl 1), S. S57
Benesch, F.; Honscha, K. U.; Urbansky, I.; Gäbel, G.
- (2012): Ruminal SCFA-transport via SMCT1: a new player in the game. In: Genes Nutr 6 (Suppl 1), S. S59
Rackwitz, R.; Bilk, S.; Schmidt-Mähne, A.; Dengler, F.; Gäbel, G.
- (2013): Bicarbonate-dependent transport of acetate and butyrate across the basolateral membrane of sheep rumen epithelium. In: Acta Physiol (Oxf).
Dengler, F.; Rackwitz, R.; Benesch, F.; Pfannkuche, H.; Gäbel, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/apha.12155) - (2013): Does butyrate incubation or hypoxia affect gene expression of SCFA transport proteins in sheep rumen epithelium. In: Proc. Soc. Nutr. Physiol. 22, S. 155
Dengler, F.; Benesch, F.; Rackwitz, R.; Gäbel, G.
- (2013): Involvement of anion exchangers in permeation of acetate across basolateral membrane of rumen. In: Proc. Soc. Nutr. Physiol. 22, S. 150
Alameen, A.; Rackwitz, R.; Dengler, F.; Philipp, P.; Schmidt-Mähne, A.; Gäbel, G.
- (2013): Post-natal changes in MCT1 expression in the forestomach of calves. In: J Anim Physiol Anim Nutr (Berl)
Pfannkuche, H.; Taifour, F.; Steinhoff-Wagner, J.; Hammon, H. M.; Gäbel, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/jpn.12057) - (2013): The role of sodiumcoupled monocarboxylate transporter 1 (SMCT1) in ruminal butyrate transport. In: Proc. Soc. Nutr. Physiol. 22, S. 153
Rackwitz, R.; Dengler, F.; Alameen, A.; Philipp, P.; Schmidt-Mähne, A.; Gäbel, G.
