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サーカディアンクロックはSLC16A1（MCT1）を介してRPEが媒介する乳酸輸送を制御している
The circadian clock regulates RPE-mediated lactate transport via SLC16A1 (MCT1).
PMID: 31678436 DOI: 10.1016/j.exer.2019.107861.
抄録
網膜色素上皮細胞（RPE）を含む複数の網膜細胞がサーカディアンオシレーターを持っている。しかし、RPE の概日時計がどのような機能を制御しているのかについては、ほとんど知られていない。本研究の目的は、網膜色素上皮細胞のサーカディアンクロックがグルコースとその解糖代謝副産物である乳酸の輸送を制御しているかどうかを調べることである。この目的のために、我々はまず、ARPE-19細胞におけるグルコースおよびモノカルボン酸トランスポーターのmRNA発現プロファイルを特徴付けた。その結果、SLC2A1およびSLC16A1がそれぞれ最も多く発現しているグルコースおよび乳酸（モノカルボン酸）トランスポーターであることがわかった。さらに、SLC2A1（GLUT1をコードする）およびSLC16A1（MCT1をコードする）のタンパク質産物がARPE-19モノレイヤーの先端膜に局在することを観察した。その後のタイムコース実験では、SLC2A1とSLC16A1のmRNAはARPE-19単分子膜では振動していたが、分散した細胞では振動していなかった。これらの単分子膜では、MCT1 タンパク質は時間の経過とともに変化したが、GLUT1 タンパク質は時間の経過とともに変化しなかった。ARPE-19 単層培養から採取した上清の分光光度測定から、グルコース濃度は、アピカル（Api）上清とベースラテラル（BL）上清の間では有意な差がないことが明らかになった。また、Api上清とBL上清のグルコース濃度にリズムは見られなかった。逆に、Api上清はBL上清よりも高い乳酸値を示した。さらに、Apiの乳酸値にはリズムがあることがわかった。Pearson's rにより、グルコースと乳酸の濃度勾配（Api - BL）は、それぞれのSLC2A1およびSLC16A1トランスポーターの遺伝子発現と相関していることが明らかになった。光受容体外側セグメント（POS）とのインキュベーションは、ARPE-19 モノレイヤーにおける SLC16A1 および SLC2A1 の mRNA 発現に時間依存的に影響を与え、したがって、網膜は POS との相互作用を介して RPE クロック制御されたトランスポーターの発現を調節している可能性を示唆している。結論として、本研究は、乳酸の輸送がRPEにおける概日時計によって制御されていることを示す証拠を提供するものである。
Multiple retinal cells harbor a circadian oscillator, including retinal pigment epithelial cells (RPE). However, little is known about the functions that are regulated by the RPE clock. The aim of this study was to investigate whether the circadian clock in the RPE regulates the transport of glucose and its glycolytic metabolic by-product - lactate. To that end, we first characterized the mRNA expression profile of glucose and monocarboxylate transporters in ARPE-19 cells. We found that SLC2A1 and SLC16A1 were, respectively, the most abundantly expressed glucose and lactate (monocarboxylate) transporters. We further observed that the protein products of SLC2A1 (encoding GLUT1) and SLC16A1 (encoding MCT1) localize on the apical membrane of ARPE-19 monolayers. In a subsequent time-course experiment, we found that SLC2A1 and SLC16A1 mRNA oscillated in ARPE-19 monolayers, but not in dispersed cells, suggesting that monolayer cellular organization is necessary for rhythmic regulation of these transporters. In these monolayers, we found that MCT1 proteins varied over time, in contrast to GLUT1 proteins which did not vary over time. Spectrophotometric measurements of supernatants sampled from ARPE-19 monolayer cultures revealed that glucose concentrations did not significantly differ between apical (Api) supernatants and basolateral (BL) ones. In addition, we did not find rhythms in Api or BL glucose concentrations. Conversely, we found higher lactate concentrations in Api supernatants than BL ones. Further, we found that Api lactate concentrations were rhythmic. Pearson's r revealed that the concentration gradients (Api - BL) of glucose and lactate correlated with the gene expression of respective SLC2A1 and SLC16A1 transporters. Incubation with photoreceptor outer segments (POS) affected the mRNA expression of SLC16A1 and SLC2A1 in ARPE-19 monolayers in a time-dependent manner, thus suggesting that the retina might modulate the RPE clock-controlled expression of transporters via interactions with POS. In conclusion, this work provides evidence that the transport of lactate is regulated by the circadian clock in the RPE.
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