Carboxy terminus of glucose transporter 3 contains an apical membrane targeting domain

We previously demonstrated that distinct facilitative glucose transporter isoforms display differential sorting in polarized epithelial cells. In Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells, glucose transporter 1 and 2 (GLUT1 and GLUT2) are localized to the basolateral cell surface whereas GLUTs 3 and 5 are targeted to the apical membrane. To explore the molecular mechanisms underlying this asymmetric distribution, we analyzed the targeting of chimeric glucose transporter proteins in MDCK cells. Replacement of the carboxy-terminal cytosolic tail of GLUT1, GLUT2, or GLUT4 with that from GLUT3 resulted in apical targeting. Conversely, a GLUT3 chimera containing the cytosolic carboxy terminus of GLUT2 was sorted to the basolateral membrane. These findings are not attributable to the presence of a basolateral signal in the tails of GLUTs 1, 2, and 4 because the basolateral targeting of GLUT1 was retained in a GLUT1 chimera containing the carboxy terminus of GLUT5. In addition, we were unable to demonstrate the presence of an autonomous basolateral sorting signal in the GLUT1 tail using the low-density lipoprotein receptor as a reporter. By examining the targeting of a series of more defined GLUT1/3 chimeras, we found evidence of an apical targeting signal involving residues 473 - 484 (DRSGKDGVMEMN) in the carboxy tail. We conclude that the targeting of GLUT3 to the apical cell surface in MDCK cells is regulated by a unique cytosolic sorting motif.

GLUT4 overexpression or deficiency in adipocytes of transgenic mice alters the composition of GLUT4 vesicles and the subcellular localization of GLUT4 and insulin-responsive aminopeptidase

The majority of GLUT4 is sequestered in unique intracellular vesicles in the absence of insulin. Upon insulin stimulation GLUT4 vesicles translocate to, and fuse with, the plasma membrane. To determine the effect of GLUT4 content on the distribution and subcellular trafficking of GLUT4 and other vesicle proteins, adipocytes of adipose-specific, GLUT4-deficient (aP2-GLUT4-/-) mice and adipose-specific, GLUT4-overexpressing (aP2GLUT4- Tg) mice were studied. GLUT4 amount was reduced by 80 - 95% in aP2-GLUT4-/- adipocytes and increased similar to10-fold in aP2-GLUT4-Tg adipocytes compared with controls. Insulin-responsive aminopeptidase ( IRAP) protein amount was decreased 35% in aP2-GLUT4-/- adipocytes and increased 45% in aP2-GLUT4-Tg adipocytes. VAMP2 protein was also decreased by 60% in aP2-GLUT4-/- adipocytes and increased 2-fold in aP2GLUT4- Tg adipocytes. IRAP and VAMP2 mRNA levels were unaffected in aP2-GLUT4-Tg, suggesting that overexpression of GLUT4 affects IRAP and VAMP2 protein stability. The amount and subcellular distribution of syntaxin4, SNAP23, Munc-18c, and GLUT1 were unchanged in either aP2-GLUT4-/- or aP2-GLUT4-Tg adipocytes, but transferrin receptor was partially redistributed to the plasma membrane in aP2-GLUT4-Tg adipocytes. Immunogold electron microscopy revealed that overexpression of GLUT4 in adipocytes increased the number of GLUT4 molecules per vesicle nearly 2-fold and the number of GLUT4 and IRAP-containing vesicles per cell 3-fold. In addition, the proportion of cellular GLUT4 and IRAP at the plasma membrane in unstimulated aP2-GLUT4-Tg adipocytes was increased 4- and 2-fold, respectively, suggesting that sequestration of GLUT4 and IRAP is saturable. Our results show that GLUT4 overexpression or deficiency affects the amount of other GLUT4-vesicle proteins including IRAP and VAMP2 and that GLUT4 sequestration is saturable.

Concussion: Examining the Effect of Neuronal Oxidative Stress on the Pathophysiology of Brain and Blood Brain Barrier Cells

Neuronal stretching during concussion alters glucose transport and reduces neuronal viability, also affecting other cells in the brain and the Blood Brain Barrier (BBB). Our hypothesis is that oxidative stress (OS) generated in neurons during concussions contributes to this outcome. To validate this, we investigated: (1) whether OS independently causes alterations in brain and BBB cells, namely human neuron-like, neuroblastoma cells (NCs), astrocyte cells (ACs) and brain microvascular endothelial cells (ECs), and (2) whether OS originated in NCs (as in concussion) is responsible for causing the subsequent alterations observed in ACs and ECs. We used H2O2 treatment to mimic OS, validated by examining the resulting reactive oxygen species, and evaluated alterations in cell morphology, expression and localization of the glucose transporter GLUT1, and the overall cell viability. Our results showed that OS, either directly affecting each cell type or originally affecting NCs, caused changes in several morphological parameters (surface area, Feret diameter, circularity, inter-cellular distance), slightly varied GLUT1 expression and lowered the overall cell viability of all NCs, ACs, and ECs. Therefore, we can conclude that oxidative stress, which is known to be generated during concussion, caused alterations in NCs, ACs, and ECs whether independently originated in each cell or when originated in the NCs and could further propagate the ACs and ECs.

Multifactorial approach to non-viral gene therapy: development of an efficient system for the retina

Tese de Doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.