Glucose-induced activation of GLUT2 gene expression is mediated by SREBP-1c in the hepatocytes

Abstract

[한글]간장에서 GLUT2 유전자의 발현은 혈당이 높으면서 인슐린이 많이 분비되는 음식물 섭취 후 상태에서 증가되지만, 인슐린이 부족하면서 혈당이 높은 제2형 당뇨병에서도 유전자발현이 증가된다. 이러한 현상은 포도당과 인슐린이 GLUT2 유전자 발현에 서로 다르게 작용한다는 사실을 의미한다. 유전자 전사조절에서 포도당과 인슐린의 협력적인 관계는 스테롤 조절부위 결합 단백질 (SREBP-1c)을 통하여 이루어진다. 하지만, 이런 이론으로는 인슐린이 분비되는 정상 상태의 GLUT2 발현조절은 설명이 가능하지만, 포도당 농도는 높지만 인슐린 농도가 낮거나, 혹은 인슐린 저항성이 있는 제 2형 당뇨병에서는 GLUT2 발현이 증가되는 이유를 설명할 수 없게 된다. 따라서 본 연구에서는 GLUT2 발현이 glucose-insulin-SREBP-1 axis에 따라 조절되는 것이 아니라 인슐린과는 독립적으로 (인슐린 비의존적) 포도당에 의해 활성조절 된다는 사실을 확인하고, 이 과정에서 SREBP-1c가 직접 관여하며, GLUT2 프로모터 내에 SREBP-1c가 결합하는 cis-element (SRE) 부위를 규명하고자 하였다.마우스 primary hepatocytes를 분리하여 인슐린과 포도당에 의한 SREBP-1c와 GLUT2의 발현을 northern blot과 Real-time PCR로 측정한 결과 SREBP-1c가 포도당에 의해서도 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 간장 세포주에서 SREBP-1c를 과발현시킨 후 GLUT2 프로모터의 활성도를 측정한 결과 SREBP-1c에 의해 GLUT2의 활성이 증가였다. GLUT2 프로모터 내에 SREBP-1c가 결합하는 부위를 찾기 위해 순차적으로 제거한 후 GLUT2의 프로모터 활성을 확인한 결과 -166과 -57사이에 존재함을 알게 되었다. SREBP-1c 아데노 바이러스를 이용하여 마우스 primary hepatocytes에서 endogenous GLUT2의 발현을 확인하였으며 SRE의 보존 유전자 염기서열을 이용하여 -84~-76bp 부위에 SRE가 존재함을 유추하게 되었다. 재조합 SREBP-1c 단백질을 이용하여 결합여부를 확인한 결과 이 부위에 SREBP-1c가 잘 결합하는 것을 확인하였고, 크로마틴 항체침전법을 사용하여 in vitro에서 SREBP-1c가 포도당에 의해 GLUT2 유전자의 프로모터 부위에 직접 결합하여 발현을 조절한다는 사실을 확인하였다.

[영문]Glucose transporter type 2 isoform (GLUT2) is mainly expressed in the liver, ？-cells of the pancreas, and the basolateral membrane of kidney proximal tubules and plays an important role in glucose homeostasis in living organisms. The transcription of the GLUT2 gene is known to be upregulated in the liver during postprandial hyperglycemic states or in type 2 diabetes. However, a molecular mechanism by which glucose activates GLUT2 gene expression is not known.In this study, we report evidence that sterol response element binding protein (SREBP)-1c plays a key role in glucose-stimulated GLUT2 gene expression. The GLUT2 promoter reporter is activated by SREBP-1c and the activation is inhibited by a dominant-negative form of SREBP-1c (SREBP-1c DN). Adenoviral expression of SREBP-1c DN suppressed glucose-stimulated GLUT2 mRNA level in primary hepatocytes. An electrophoretic mobility shift assay and mutational analysis of the GLUT2 promoter revealed that SREBP-1c binds to the ？84/-76 region of the GLUT2 promoter. Chromatin immunoprecipitation revealed that the binding of SREBP-1c to the -84/-76 region was increased by glucose concentration in a dose-dependent fashion. These results indicate that SREBP-1c mediates glucose-stimulated GLUT2 gene expression in hepatocytes.