Two levels of MCT1 and CD147 expression in the equine red blood cells and muscle

Monocarboxylate transporters (MCTs), especially the isoforms MCT1 - MCT4, cotransport lactate and protons across the cell membranes. They are thus essential for pH regulation and homeostasis in glycolytic cells such as red blood cells (RBCs), and skeletal muscle cells during intense exercise. In 70% of the Standardbred horses the lactate transport activity (TA) in RBCs is high and transport is mediated mainly by MCTs. In the rest 30% of the Standardbreds MCT mediated transport route is not active and the TA is low. MCTs need an ancillary protein for their proper localization and functioning in the plasma membrane. The ancillary protein for MCT1 and MCT4 is a member of immunoglobulin superfamily, CD147. Here we determined the expression of MCT isoforms and CD147 in equine RBCs and gluteal muscle. We sequenced the cDNA of horse MCT1 and CD147 to achieve horse-specific antibodies and to reveal sequence variations that may affect the TA of RBCs. The amount of MCT1 and CD147 mRNA in muscle were also studied. ---- In all, 73 horses representing different breeds were used. Blood samples were drawn from the jugular vein and muscle samples were taken either from gluteal muscle using biopsy needle or during castration from expendable cremaster muscle. The TA of RBCs was studied using radiolabeled lactate and the amount of MCT isoforms and CD147 in the plasma membranes using Western blotting. The level of mRNA in muscle cells was determined using qPCR. Isoforms MCT1 and MCT2 were found in the RBCs and isoforms MCT1 and MCT4 in the muscle cells of horses. The TA of RBCs was dependent on the expression of CD147 and MCT1 in the plasma membrane. Sequence variations were found in the cDNA of both MCT1 and CD147, but they did not explain the inactivity of MCT1 mediated transport route. The single nucleotide polymorphism (SNP) Met125Val in CD147 that existed parallel with an SNP in 3´-untranslated region explained, however, attenuation in CD147 expression in Standardbreds. A single mutation Ile51Val also decreased the expression of CD147 in one Warmblood. The MCT1 and CD147 mRNA concentrations in the gluteal muscle were higher in horses with higher MCT1 and CD147 expression in RBCs and lower in horses with minor expression of CD147 and MCT1. This suggests that the bimodal distribution of TA is due to differences in transcriptional regulation that is functioning in parallel in MCT1 and CD147 gene.

MCT1-, MCT4- ja CD147-proteiinit kehittyvässä kilin pötsissä

Nuoren märehtijän alkaessa syödä kiinteää ravintoa, etumahojen suhteellinen osuus mahoista kasvaa ja niiden seinämän epiteeli alkaa kehittyä mahdollistaakseen ravintoaineiden tehokkaan imeytymisen. Märehtijöillä rehun hiilihydraatit hajoavat pötsissä haihtuviksi rasvahapoiksi, ja monokarboksylaattikuljettajien uskotaan avustavan haihtuvien rasvahappojen imeytymisessä pötsin seinämän läpi. Pötsin seinämässä on todettu olevan ainakin MCT1- ja MCT4 –isoformeja. Nämä tarvitsevat toimiakseen CD147 -proteiinin (myös OX-47, EMMPRIN, HT7 ja basigin), joka on on glykosyloitu integraalinen membraaniproteiini. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää MCT1-, MCT4- ja CD147 –proteiinien muutoksia pötsin toiminnan kehittymisen aikana. Toisena tavoitteena oli selvittää, voidaanko näytteenä käyttää solukalvojen sijasta pötsin seinämästä tehtyä homogenaattia. Tutkimuksessa käytettiin eri ikäisinä lopetetuista kileistä kerättyjä näytteitä. Kilejä oli yhteensä 31, joista 7 oli 3-21 tunnin ikäisiä, 7 viikon ikäisiä, 7 kahden viikon ikäisiä, 1 kolmen viikon ikäinen, 2 neljän viikon ikäistä, sekä 7 kahdeksan viikon ikäistä. Pötsin seinämästä otettiin näyte, josta valmistettiin homogenaatti ja eristettiin solukalvot eli membraanit. Pötsinäytteistä löydettiin MCT1- ja CD147 –proteiineja, mutta MCT4- isoformia ei ollut havaittavissa. Membraaninäytteissä havaittiin MCT1 -isoformin pitoisuuksien kasvavan iän mukana, paitsi kahdeksan viikon ikäisillä kileillä, joilla MCT1 –isoformin määrät vähenivät merkitsevästi. CD147 –proteiinia oli havaittavissa jo vastasyntyneiden kilien pötsinäytteissä. Membraaninäytteissä CD147 -proteiinin määrä kasvoi lineaarisesti iän mukana ja CD147- proteiinin ja MCT1 –isoformin välillä havaittiin tilastollisesti merkitsevä korrelaatio. Homogenaattinäytteissä MCT1 -isoformin määrissä ei havaittu korrelaatiota iän kanssa. MCT1- ja MCT4 -isoformien solukalvolle siirtymisessä avustavan CD147 –proteiinin ei myöskään havaittu korreloivan koe-eläinten iän tai MCT1 -isoformin kanssa. Membraani- ja homogenaattinäytteistä mitattujen MCT1- ja CD147 -määrien välillä ei ollut korrelaatiota. Haihtuvien rasvahappojen muodostus alkaa, kun eläin aloittaa kiinteän ravinnon syömisen. Tästä seuraa, että haihtuvia rasvahappoja kuljettavia proteiineja tarvitaan epiteelisolujen pinnalle. Tutkimuksessa havaittiin haihtuvia rasvahappoja kuljettavan MCT1 –proteiinin ja sen apuproteiinien määrän lisääntyminen iän myötä. N. 8-11 viikon iässä, jolloin pötsin toiminta on kehittynyt aikuisen eläimen tasolle, MCT1 –proteiinin määrä oli merkitsevästi vähäisempi kuin 4 viikon iässä. Tulosten perusteella homogenaatti ei ole hyvä tapa mitata membraaniproteiinien määrää.