Sterol Regulatory Element Binding Protein-1c에 의한 마우스 Ⅰ형 포도당운반체 의 전사조절

Abstract

[한글]

제Ⅰ형 포도당운반체(glucose transportor1, GLUT1)는 체내 지방조직, 근육조직 등 대부분 조직에서 발현된다1,2,3,4,5,6. GLUT1 은 house keeping protein 을로 알려져 왔다. 그러나 발암과정이나 hypoxia 상태와 같은 상황에서의 발현조절이 연구보고 되면서 생체 내에서 발현기전에 관한 연구가 진행되고 있다. 최근에 GLUT1의 발현이 insulin에 의해 증가된다는 사실이 발표되면서 이 신호전달과정에 관여하는 매개자가 무엇인지에 대한 연구가 진행되고 있다.

세포막에서 GLUT1은 상호 전환되는 GLUT1 단량체 의 dimeric 구조 와 tetrameric 구조로 존재하며, tetrameric 구조가 포도당 운반과정에서 중요한 역할을 한다. 이러한 GLUT1의 분자량은 124 kDa ~ 220 kDa 범위에서 변동한다7,8,9,10. 포도당 운반시 기질은 이 4개의 소단위체 중 하나의 소단위체에 결합하여 다른 소단위체 외측 면이 외부에 더욱 많이 노출하게 한다. 이러한 구조변화로 인해 세포 내로 들어오는 포도당 양이 2~8배 증가된다.

3T3-L1 지방세포가 insulin에 장기간 노출 되면 GLUT1 발현이 증가된다11,12. 이러한 증가는 1 μM insulin 을 처리한 뒤 2 시간 후에 나타나며 8 시간 이상 유지되며 이는 GLUT1 mRNA의 안정성(stability) 과 상관관계가 없다고 증명 되었다13. 배양 L6 근육세포에서 포도당을 결핍시키고 포도당 중간대사물질인 Xylose를 처리하면 GLUT1의 mRNA 양이 4배 정도 증가하고, 포도당이 존재하는 경우에서 insulin을 처리하면 GLUT1의 발현이 3배 증가된다14. 그리고 포도당에 의한 GLUT1 mRNA 증가는 RNA의 안정성이 증가된 때문이라고 알려졌다15. 이러한 결과를 바탕으로 insulin은 GLUT1의 발현에 중요한 역할을 하는 것으로 추론할 수 있다.

Sterol regulatory element binding protein(SREBP)은 3 종류의 isoform이 존재하는데, SREBP-1a와 SREBP-1c는 하나의 유전자에서 다른 promoter 에 의해 발현되고(alternative splicing), SREBP-2는 SREBP-1과는 다른 유전자에 의해 발현된다. SREBP-1은 지방산 대사와 지방산 생합성과 연관된 유전자의 발현을 활성화시키고, SREBP-2는 cholesterol 대사조절에 관여한다16,17. SREBP는 전구체(110kDa)형태로 합성되고 endoplasmic reticulum과 핵막에 결합한 형태로 존재하다가 proteolytic cleavage에 의해 성숙형(50kDa)으로 전환되어, 핵 안으로 들어가 SRE(5´-TCACCCCCCAC-3´), E-box(5´-CANNTG-3´) 및 유사한 염기서열에 결합하여 다양한 유전자의 전사를 조절한다18,19. 과량의 cholesterol은 proteolytic cleavage를 억제하여 결과적으로 SREBP 에 의한 여러 유전자의 전사조절을 억제 한다고 알려져 있다20.21.

SREBP-1c는 근육, 지방, 간장, 신장22,23,24,25 등 많은 조직에서 발현된다. 배양 백서근육세포에서 SREBP-1c를 과발현 시키면 포도당대사와 지질대사에 관여하는 유전자들의 발현이 증가되고, 근육세포의 insulin에 대한 민감성이 증가한다26. 지방세포에서 SREBP-1c는 포도당대사 와 지방대사의 조절에 중요한 역할을 한다는 보고도 있다27. 일반적으로 SREBP-1c는 insulin 작용과정에 중요한 역할을 한다고 보고되어있다. SREBP-1c를 truncation 시킨 transgenic 마우스는 혈청 leptin양이 감소되며 insulin 저항성이 생긴다, 그러나 leptin을 투여하면 insulin 저항성이 개선된다고 한다28. 이와 반대로 streptozotocin으로 유도한 당뇨쥐는 SREBP-1c mRNA 양이 저하되고, insulin을 투여하면 SREBP-1c mRNA 양은 회복된다고 한다. 이상의 연구결과를 종합해보면 insulin은 SREBP-1c 발현에도 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.

insulin에 의한 마우스 GLUT1 발현과정에 SREBP-1c 가 중요한 매개역할을 한다는 사실을 밝히고, 본 연구에서 그 기전은 GLUT1 promoter에 존재하는 SREBP-1c 결합 부위인 SRE(-85

-80)를 통하여 이루어 진다는 사실을 확인하였다.

[영문]Glucose transpoter1 (GLUT1), which is expressed in many tissues including adipose tissues and muscle tissues, acts as a house keeping protein. Although regulatory mechanism for GLUT1 gene expression is not well understood, it has been known that GLUT1 expression is upregulated in cancerous and hypoxic condition.

SREBP-1c is an isoform of sterol regulatory element binding proteins (SREBPs), which can binds both sterol regulatory element (SRE,5`-TCACCCCCCAC-3`) and E-boxes(5`-CANNTG-3`) or to related sites. SREBPs is known to regulate glucose homeostasis and fat metabolism. Also, SREBP-1c is one of the major transcriptional mediator of insulin action.

In this regard, we examined the effect of SREBP-1c on the GLUT1 promoter activity. Serial deletion study of the constructs revealed that the promoter activity was dramatically decreased when -63 region was deleted. DNase I footprinting assay using rat liver nuclear extract showed the protection between -107 and -31, suggesting the presence of SRE in this region. The protein binding to this site was further investigated by electrophoretic mobility shift assay (EMSA) with a recombinant SREBP-1a and self competitor. From this study, we have localized the SRE in the region of -85

-80. Introduction of a mutation in this region resulted in the dramatic decrease in the promoter activity. Also, transfection of SREBP-1c caused increase in the endogenous GLUT1 mRNA expression in CV-1 cells.

Taken together, it is concluded that mouse GLUT1 promoter can be regulated by SREBP-1c which mediates insulin function in the regulation of glucose homeostasis .