Zugl.: Göttingen, Univ., Diss., 2009

In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.

In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.

Einleitung: Monocarboxylattransporter (MCT) 1 & 4 sind in zahlreichen Geweben als Kotransporter für Monocarboxylate und Protonen beschrieben. Auch im Pansenepithel werden MCT benötigt, um kurzkettige Fettsäuren (SCFA) aus dem Pansenlumen in die Pansenepithelzelle aufzunehmen (MCT4) und um SCFA und deren Metabolite aus der Pansenepithelzelle in das Blut auszuschleusen (MCT1). Die transepitheliale Permeation von SCFA über die Pansenwand ist von enormer Bedeutung, da sie die wichtigste Energiequelle der Wiederkäuer darstellen. Die beteiligten Transportprozesse müssen dementsprechend einer Anpassung an variierende Mengen von SCFA unterliegen. Bisherige Studien bei anderen Spezies deuten auf eine Regulation des MCT1 auf mRNA Ebene über den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor α (PPARα) hin. Ziele der Untersuchung: Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob MCT1 in ovinen Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird und ob auch MCT4 dieser Regulation unterliegt. Eine gleichzeitige Regulation beider Transporter läge nahe, da sie gemeinsam an der transepithelialen Permeation beteiligt sind. Die Auswirkungen solch einer Regulation auf die Proteinexpression und die Transportleistung der MCT sollte charakterisiert werden. Ebenfalls war das Potenzial der bei erhöhter Kraftfutterfütterung vermehrt anfallenden SCFA Butyrat auf die MCT1 Expression zu untersuchen. Material & Methoden: Aus dem Vorhof von Schafen wurden Pansenepithelzellen gewonnen und entsprechend einer bereits etablierten Methode kultiviert. Nach einer Subkultivierung wurden die Zellen immunzytochemisch mit Antikörpern gegen MCT1, MCT4 und Na+/K+-ATPase untersucht, um deren Lokalisation in den kultivierten Pansenepithelzellen zu bestimmen. Weiterhin erfolgte eine Behandlung mit WY 14.643, einem spezifischen, synthetischen PPARα Agonisten, sowie mit GW 6471, einem Antagonisten des PPARα. Mittels qPCR wurden die relativen mRNA Mengen von MCT1, MCT4, ACO, CPT1A und CACT bestimmt und auf die Referenzgene GAPDH und Na+/K+-ATPase normalisiert. Die Proteinexpression von MCT1 und MCT4 wurde mittels Western Blot bestimmt. Zur funktionellen Quantifizierung wurde der intrazelluläre pH-Wert der Zellen mittels Spektrofluorometrie gemessen und der laktatabhängige Protonentransport als Vergleichswert zwischen den Behandlungen genutzt. Um den MCT-abhängigen Teil des Transportes zu bestimmen, wurde ein spezifischer MCT1 & 4 Inhibitor, die p-Hydroxymercuribenzensulfonsäure (pHMB) eingesetzt. Die Zellen wurden mit Butyrat über einen Zeitraum von 6 und 48 h induziert. Die Erfassung der MCT1 Expression erfolgte mittels semiquantitativer PCR. Ergebnisse: MCT1 & 4 sind sowohl in der Zellmembran als auch intrazellulär in den Pansenepithelzellen lokalisiert. Die mRNA Expressionsdaten konnten zeigen, dass MCT1 und die PPARα Zielgene durch WY 14.643 hochreguliert werden konnten, wohingegen die MCT4 Expression keine eindeutige Antwort auf die Stimulation zeigt. Die Behandlung mit den Antagonisten zeigt eine Abhängigkeit der MCT1 Expression von PPARα, die MCT4 Expression konnte dagegen nicht beeinflusst werden. Mittels pHMB gelang es, den laktatabhängigen Protonenexport fast vollständig zu blocken. Sowohl laktatabhängiger Protonenexport als auch die Proteinexpression zeigten keine Änderung durch WY 14.643 Stimulation. Die Butyratexposition veränderte die Morphologie der Pansenepithelzellen und schien nicht geeignet für Untersuchungen der mRNA Expression zu sein. Schlussfolgerungen: Es konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass MCT1 in Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird, nicht aber MCT4. PPARα scheint demnach einer der entscheidenden Angriffspunkte für die Regulation des SCFA Transportes zu sein, dessen natürliche Liganden im Pansen aber noch nicht bekannt sind. Damit legt diese Arbeit den Grundstein für regulative Studien am intakten Pansenepithel. / Introduction: Monocarboxylate transporters (MCT) 1 & 4 are cotransporters of monocarboxylates and protons in a variety of mammalian cell types. In the ruminal epithelium MCT are necessary to transport short-chain fatty acids (SCFA) from the lumen into the ruminal epithelial cell (MCT4) and to discharge SCFA and their metabolites from the cell into the blood (MCT1). Transepithelial permeation of SCFA is of great importance, because they are the main source of energy for ruminants. The regulation of appropriate transport proteins should thus be subject to the adaptation to varying SCFA amounts. Previous studies in other species suggested that gene expression of MCT1 is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), a ligand-activated nuclear receptor. Aims: The aim of the study was to examine if MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα and furthermore if MCT4 can be regulated by PPARα, as well. A simultaneous regulation seems likely, because both are acting jointly in the transepithelial transporting of SCFA. The implications of such a regulation on protein expression and transport capacity of MCT should be characterized. The effect of butyrate, a SCFA which increases under concentrate feeding, on MCT1 expression was determined. Materials & Methods: Ruminal epithelial cells of sheep were cultivated according to methods previously established. After subcultivation, immunocytochemistry with antibodies against MCT1, MCT4 and Na+/K+-ATPase was performed to determine their localization in ruminal epithelial cells. For studying the influence of PPARα, WY 14.643, a synthetic and selective ligand of PPARα, and GW 6471, a synthetic antagonist of PPARα, were applied to the culture medium of the cells. After processing the specimens, the relative amount of mRNA of MCT1, MCT4 and the target genes ACO, CPT1A and CACT were analyzed by qPCR and normalized on the reference genes GAPDH and Na+/K+-ATPase. Protein abundance of MCT1 & 4 was measured by using the Western Blot method. Functional quantification was measured by the intracellular pH (pHi) of cells using spectrofluorometry as well as comparing the effect of WY 14.643 treatment on lactate-dependent proton export. To determine the MCT-dependent part of the pHi recovery, p-hydroxymercuribenzoic acid (pHMB), a specific inhibitor of MCT1 & 4, was applied. Cells were also treated with butyrate for 6 h and 48 h and the mRNA abundance of MCT1 was analyzed by semiquantitative PCR. Results: Both MCT1 and MCT4 were localized in the cell membrane as well as in the cytoplasm of ruminal epithelial cells. By qPCR it could be demonstrated that the mRNA abundance of MCT1 and PPARα target genes in the ruminal epithelial cells was increased by WY 14.643 in comparison to untreated cells, whereas the response of MCT4 did not yield distinct results. Treatment with the PPARα antagonist pointed out, that MCT1 is influenced by PPARα, but not MCT4. Lactate-dependent proton export was blocked almost completely by pHMB. Both lactate-dependent proton export and protein expression were not altered by WY 14.643 treatment. Butyrate exposure changed the morphology of ruminal epithelial cells and seemed unsuitable for the analysis of mRNA expression. Conclusion: For the first time, it could be demonstrated, that MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα, but not MCT4. PPARα seems to be a vital target in the rumen for SCFA transport regulation, whose natural triggers have yet to be identified. Furthermore, this study provides the basis for regulative studies on intact ruminal epithelium.

Einleitung: Monocarboxylattransporter (MCT) 1 & 4 sind in zahlreichen Geweben als Kotransporter für Monocarboxylate und Protonen beschrieben. Auch im Pansenepithel werden MCT benötigt, um kurzkettige Fettsäuren (SCFA) aus dem Pansenlumen in die Pansenepithelzelle aufzunehmen (MCT4) und um SCFA und deren Metabolite aus der Pansenepithelzelle in das Blut auszuschleusen (MCT1). Die transepitheliale Permeation von SCFA über die Pansenwand ist von enormer Bedeutung, da sie die wichtigste Energiequelle der Wiederkäuer darstellen. Die beteiligten Transportprozesse müssen dementsprechend einer Anpassung an variierende Mengen von SCFA unterliegen. Bisherige Studien bei anderen Spezies deuten auf eine Regulation des MCT1 auf mRNA Ebene über den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor α (PPARα) hin. Ziele der Untersuchung: Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob MCT1 in ovinen Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird und ob auch MCT4 dieser Regulation unterliegt. Eine gleichzeitige Regulation beider Transporter läge nahe, da sie gemeinsam an der transepithelialen Permeation beteiligt sind. Die Auswirkungen solch einer Regulation auf die Proteinexpression und die Transportleistung der MCT sollte charakterisiert werden. Ebenfalls war das Potenzial der bei erhöhter Kraftfutterfütterung vermehrt anfallenden SCFA Butyrat auf die MCT1 Expression zu untersuchen. Material & Methoden: Aus dem Vorhof von Schafen wurden Pansenepithelzellen gewonnen und entsprechend einer bereits etablierten Methode kultiviert. Nach einer Subkultivierung wurden die Zellen immunzytochemisch mit Antikörpern gegen MCT1, MCT4 und Na+/K+-ATPase untersucht, um deren Lokalisation in den kultivierten Pansenepithelzellen zu bestimmen. Weiterhin erfolgte eine Behandlung mit WY 14.643, einem spezifischen, synthetischen PPARα Agonisten, sowie mit GW 6471, einem Antagonisten des PPARα. Mittels qPCR wurden die relativen mRNA Mengen von MCT1, MCT4, ACO, CPT1A und CACT bestimmt und auf die Referenzgene GAPDH und Na+/K+-ATPase normalisiert. Die Proteinexpression von MCT1 und MCT4 wurde mittels Western Blot bestimmt. Zur funktionellen Quantifizierung wurde der intrazelluläre pH-Wert der Zellen mittels Spektrofluorometrie gemessen und der laktatabhängige Protonentransport als Vergleichswert zwischen den Behandlungen genutzt. Um den MCT-abhängigen Teil des Transportes zu bestimmen, wurde ein spezifischer MCT1 & 4 Inhibitor, die p-Hydroxymercuribenzensulfonsäure (pHMB) eingesetzt. Die Zellen wurden mit Butyrat über einen Zeitraum von 6 und 48 h induziert. Die Erfassung der MCT1 Expression erfolgte mittels semiquantitativer PCR. Ergebnisse: MCT1 & 4 sind sowohl in der Zellmembran als auch intrazellulär in den Pansenepithelzellen lokalisiert. Die mRNA Expressionsdaten konnten zeigen, dass MCT1 und die PPARα Zielgene durch WY 14.643 hochreguliert werden konnten, wohingegen die MCT4 Expression keine eindeutige Antwort auf die Stimulation zeigt. Die Behandlung mit den Antagonisten zeigt eine Abhängigkeit der MCT1 Expression von PPARα, die MCT4 Expression konnte dagegen nicht beeinflusst werden. Mittels pHMB gelang es, den laktatabhängigen Protonenexport fast vollständig zu blocken. Sowohl laktatabhängiger Protonenexport als auch die Proteinexpression zeigten keine Änderung durch WY 14.643 Stimulation. Die Butyratexposition veränderte die Morphologie der Pansenepithelzellen und schien nicht geeignet für Untersuchungen der mRNA Expression zu sein. Schlussfolgerungen: Es konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass MCT1 in Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird, nicht aber MCT4. PPARα scheint demnach einer der entscheidenden Angriffspunkte für die Regulation des SCFA Transportes zu sein, dessen natürliche Liganden im Pansen aber noch nicht bekannt sind. Damit legt diese Arbeit den Grundstein für regulative Studien am intakten Pansenepithel. / Introduction: Monocarboxylate transporters (MCT) 1 & 4 are cotransporters of monocarboxylates and protons in a variety of mammalian cell types. In the ruminal epithelium MCT are necessary to transport short-chain fatty acids (SCFA) from the lumen into the ruminal epithelial cell (MCT4) and to discharge SCFA and their metabolites from the cell into the blood (MCT1). Transepithelial permeation of SCFA is of great importance, because they are the main source of energy for ruminants. The regulation of appropriate transport proteins should thus be subject to the adaptation to varying SCFA amounts. Previous studies in other species suggested that gene expression of MCT1 is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), a ligand-activated nuclear receptor. Aims: The aim of the study was to examine if MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα and furthermore if MCT4 can be regulated by PPARα, as well. A simultaneous regulation seems likely, because both are acting jointly in the transepithelial transporting of SCFA. The implications of such a regulation on protein expression and transport capacity of MCT should be characterized. The effect of butyrate, a SCFA which increases under concentrate feeding, on MCT1 expression was determined. Materials & Methods: Ruminal epithelial cells of sheep were cultivated according to methods previously established. After subcultivation, immunocytochemistry with antibodies against MCT1, MCT4 and Na+/K+-ATPase was performed to determine their localization in ruminal epithelial cells. For studying the influence of PPARα, WY 14.643, a synthetic and selective ligand of PPARα, and GW 6471, a synthetic antagonist of PPARα, were applied to the culture medium of the cells. After processing the specimens, the relative amount of mRNA of MCT1, MCT4 and the target genes ACO, CPT1A and CACT were analyzed by qPCR and normalized on the reference genes GAPDH and Na+/K+-ATPase. Protein abundance of MCT1 & 4 was measured by using the Western Blot method. Functional quantification was measured by the intracellular pH (pHi) of cells using spectrofluorometry as well as comparing the effect of WY 14.643 treatment on lactate-dependent proton export. To determine the MCT-dependent part of the pHi recovery, p-hydroxymercuribenzoic acid (pHMB), a specific inhibitor of MCT1 & 4, was applied. Cells were also treated with butyrate for 6 h and 48 h and the mRNA abundance of MCT1 was analyzed by semiquantitative PCR. Results: Both MCT1 and MCT4 were localized in the cell membrane as well as in the cytoplasm of ruminal epithelial cells. By qPCR it could be demonstrated that the mRNA abundance of MCT1 and PPARα target genes in the ruminal epithelial cells was increased by WY 14.643 in comparison to untreated cells, whereas the response of MCT4 did not yield distinct results. Treatment with the PPARα antagonist pointed out, that MCT1 is influenced by PPARα, but not MCT4. Lactate-dependent proton export was blocked almost completely by pHMB. Both lactate-dependent proton export and protein expression were not altered by WY 14.643 treatment. Butyrate exposure changed the morphology of ruminal epithelial cells and seemed unsuitable for the analysis of mRNA expression. Conclusion: For the first time, it could be demonstrated, that MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα, but not MCT4. PPARα seems to be a vital target in the rumen for SCFA transport regulation, whose natural triggers have yet to be identified. Furthermore, this study provides the basis for regulative studies on intact ruminal epithelium.

No description available.