Fruktoosi-2,6-bisfosfaatin rooli glykolyysin hallinnassa. Laktaatin aiheuttama glykogeenisynteesin stimulointi eristetyssä toimivassa rotan sydämessä

Fruktoosi-2,6-bisfosfaatti (Fru-2,6-P2) on glykolyysin keskeisen entsyymin 6-fosfofrukto-1-kinaasin (PFK-1) voimakkain stimulaattori. Tutkimme, osallistuuko tämä säätelijä glykolyysin muutoksiin, jotka voidaan indusoida kokeellisesti eristetyssä toimivassa rotan sydämessä. Glykolyyttistä virtausta arvioitiin – ja glukoosin hajoamisnopeudella, laktaattituotannolla ja glykogeenipitoisuuden muutoksilla. Fru-2,6-P2-pitoisuuden havaittiin kasvavan 20-40 prosenttia, kun glykolyysiä stimuloitiin lisäämällä joko työkuormaa (lisäämällä sekä esikuormitusta että jälkikuormitusta) tai glukoosipitoisuutta (2-11 mM) tai lisäämällä 7 mikroM insuliinia. Anoksia vähensi sydämen kehittämää ulkoista työtä, stimuloi glykolyysiä aktivoimalla glykogenolyysiä, mutta ei lisännyt Fru-2,6-P2:ta. Fru-2,6-P2-pitoisuuden lisääntyminen, joka havaittiin insuliinin, suuren työmäärän tai glukoosikuorman jälkeen, saattaa liittyä glukoosin kuljetuksen stimulointiin ja/tai Fru-2,6-P2:n synteesistä vastaavan entsyymin 6-fosfofrukto-2-kinaasin (PFK-2) aktivoitumiseen. Sydämen suosiman substraatin, 0,5-10 mM laktaatin, lisääminen perfuusioon yhdessä pyruvaatin kanssa suhteessa 10:1 aiheutti annosriippuvaisen eston PFK-1:n kautta tapahtuvalle glykolyyttiselle virralle, ja esto oli suurimmillaan 75 prosenttia 5 mM laktaatilla. Heksoosi-6-fosfaattien kertyminen ilman fruktoosi-1,6-bisfosfaatti- ja trioosifosfaattipitoisuuksien muutosta vahvisti, että glykolyysin esto kohdistui pääasiassa PFK-1:een. Tämä inhibitio johtui inhibiittorina toimivan sitraattipitoisuuden kaksinkertaistumisesta ja Fru-2,6-P2:n 75 prosentin vähenemisestä. Glykolyysin estämisestä huolimatta laktaatti ei juurikaan vaikuttanut glukoosin fosforylaatioon, mikä viittaa muutokseen glukoosiaineenvaihdunnassa. Laktaatti sai aikaan annosriippuvaisen lisäyksen glykogeenipitoisuudessa, joka kaksinkertaistui 5 mM laktaatilla ja saavutti tason, joka saavutettiin 7 mikroM insuliinin lisäämisen jälkeen. Lisääntynyt glykogeenisynteesi selittyi substraatin UDP-glukoosin ja glykogeenisyntaasia stimuloivan glukoosi-6-fosfaatin kertymisellä. Päätelmämme on, että aerobioosin aikana Fru-2,6-P2:ta voidaan pitää glykolyyttisenä signaalina, joka kytkeytyy päälle glukoosin saatavuuden, työmäärän ja insuliinin perusteella ja joka kytkeytyy pois päältä vaihtoehtoisten oksidatiivisten substraattien, kuten laktaatin, saatavuuden perusteella. Viimeksi mainittu ohjaa myös glukoosiaineenvaihduntaa ohjaamalla glukoosia glykolyysistä glykogeenisynteesiin.