İnsan ve sıçan plasentasında feto-maternal glikoz taşınım mekanizmalarının araştırılması

Abstract

ÖZET Bir çok hücrede glikoz, konsantrasyon gradyeni boyunca kolaylaştırılmış diffüzyonla alınmaktadır. Bu çalışmada, memelilerde sağlıklı bir gebelik için glikoz ihtiyacını karşılamada önemli rollere sahip olan glikoz taşıyıcı proteinlerin, insan plasentasında, sıçan embriyonik hücrelerinde, fetal `ve maternal dokularında üretimini ve düzenlenmesini araştırdık. Gelişen sıçan utero-embriyonik birimde kolaylaştırılmış glikoz taşıyıcı izoformlarından GLUT 1, 3 ve 4 implantasyonun başlamasından sonra embriyonik dokularda üretildiler. Bu proteinlerin, parietal endoderm, visseral endoderm, primer ektoderm, ekstraembriyonik ektoderm ve ektoplasental koni'de birlikte dağılım gösterdikleri tespit edildi. Uterus luminal epitelinde GLUT 1 boyanması gebeliğin 3. gününe kadar mevcut değilken. 3. günden itibaren luminal epitel, endometriyal stromal ve desidual hücrelerde boyanmaları gözlendi. GLUT 1 boyanma yoğunluğu desidualizasyon süreciyle birlikte arttı. Endometriyal bezler ve miyometriyal düz kas hücreleri ne GLUT 1 ne de GLUT 3 ile postimplantasyona kadar boyanmadı. GLUT 4, gebe sıçan uterusunda bütün gelişim aşamalarında tespit edildi. İnsan ilk trimester ve term plasentasında GLUT 3 yaygın olarak ekstravillus trofoblast ve villuslerdeki prolifere trofoblast hücrelerinde mevcuttu. Endotelyal hücrelerde GLUT 3 yoğun olarak boyandı. Glikojen sentezinin primer proteini olan glikojenin, endotel hücrelerinde, trofoblast hücrelerinde ve basal desidual hücrelerde mevcuttu. İnsan periferal kanındaki granulositler ve monositler GLUT 1, 3 ve 4 ile boyandı. Lenfositlerin küçük bir gurubu hariç bu taşıyıcı proteinler için negatifti. Gebelik esnasında hücre yüzey taşıyıcı proteinlerinde ana değişim granulositlerdeki GLUT 1 % 36 (p< 0.05) oranında term de azalarak düzenlenmesi ve monositlerde GLUT 3 % 37 (p< 0.05) oranında artış gösterirken buna paralel olarak GLUT 4, % 24 (p< 0.05) oranında ikinci trimester de azaldı. Hipoglisemik şartlar altında granulositl erinde euglisemik granulosity ere göre GLUT 4. % 73 (p< 0.05) bir artış gözlenirken buna paralel olarak istatiksel olarak anlamsızda olsa GLUT 1 de azalma ve GLUT 3 de artış oldu. Hipoglisemi, monositlerde GLUT 1 ve GLUT 4 için etkisizken, GLUT 3 proteininde % 134 (p< 0.05) artış gözlendi. Sonuç olarak, veriler göstermektedir ki sıçan utero-embriyonik birimde, yüksek affiniteye sahip glikoz taşıyıcı proteinlerinden GLUTİ, 3 ve 4 farklı ekspresyonlan, preimplantasyon gelişimde kolaylaştırılmış glikoz temininde önemli rollere sahip olduklarına bir kanıt teşkil eder. Plasenta ve desiduada GLUT 3 ve glikojenin birlikte yerleşim göstermesi, glikojen depolayan hücrelerde metabolik ihtiyaca göre glikojen sentezi veya yıkımı ile glikoza dönüşebilirler. GLUT 1, 3 ve 4 maternal periferal granulositlerde ve monositlerde oldukça fazla miktarda üretirler. Bu taşıyıcı izoformlarm gebelik esnasında farklı düzenlenmeleri, bu proteinlerin farklı görevlere sahip olduğunu göstermektedir. Hipoglisemide bu izoformlara karşı farklı cevapların alınması glikoz yokluğunda hücreleri stressten koruma mekanizmasında rolleri olabilir. Anahtar Kelimeler: Glikoz taşınımı, GLUT, embriyo, plasenta, glikojenin, lökosit. iv

ABSTRACT Most cells take up glucose by facilitated diffusion along a concentration gradient. In the present study, the expression of the respective carrier molecules and its regulation was investigated in rat embryonic cells as well as in fetal and maternal tissues playing a critical role for glucose supply to the mammalian conceptus. In the developing rat utero-embryonic unit, the facilitative glucose transporter isoforms GLUT1, 3 and 4 were expressed in the embryonic tissues after the start of implantation, being co-localized in the parietal endoderm, the visceral endoderm, the primary ectoderm, the extraembryonic ectoderm as well as in the ectoplacental cone. In the uterus, a faint GLUT1 labelling emerged not until gestational day 3 in the luminal epithelium, the endometrial stroma as well as in decidual cells. GLUT1 staining intensity increased in the latter population with progressing decidualization. Endometrial glands and myometrial smooth muscle cells did neither stain for GLUT1 nor for GLUT3 until post-implantation. GLUT4 was visualized throughout the pregnant rat uterus during all developmental stages examined, as was GLUT3 with the above exceptions. Extravillous trophoblast and proliferating villous cytotrophoblast turned out to be the major sites of GLUT3 expression in first trimester and term human placenta. Endothelial cells were also strongly labelled with the GLUT3 antiserum. The endothelium, trophoblast as well as basal decidual cells contained also glycogenin, the protein primer for glycogen synthesis. Human peripheral blood granulocytes and monocytes stained for GLUT1, 3 and 4. Apart from a minor subpopulation. lymphocytes were negative for these carriers. Major changes in cell surface transporter expression during pregnancy were a 36% (p<0.05) downregulation of granulocyte GLUT1 at term, and an increase in monocyte GLUT3 levels to 137% (p<0.05), paralleled by a 24% (p<0.05) decrease in GLUT4 content in second trimester. In non pregnant women, granulocyte GLUT4 levels were increased by 73% (p<0.05) under hypoglycemic conditions, which was paralleled by a marked, but non-significant reduction in GLUT1 and a rise in GLUT3. In monocytes, GLUT3 was elevated by 134% (p<0.05), whereas GLUT1 and GLUT4 remained unaffected upon hypoglycemia. In conclusion, the data point to a significant expression of the high affinity glucose transporters GLUT1, 3 and 4 in the rat utero-embryonic unit, providing supportive evidence for an important role of facilitative glucose diffusion in peri-implantation development. The co-expression of GLUT3 with glycogenin in the placenta and decidua might enable glycogen- storing cells to exchange glucose quite effectively according to prevailing metabolic demands of glycogen synthesis or degradation. GLUT1, 3 and 4 are also abundantly expressed in maternal peripheral blood granulocytes and monocytes. The particular isoforms are differentially regulated during pregnancy, suggesting an individual functional significance. The differential response of the isoforms to hypoglycemia may represent a mechanism to protect the cells from the stress of glucose deprivation. Key Words: Glucose transport, GLUT, embryo, placenta, gliko genin, Leukocyte.