Role of fructose 2,6-bisphosphate in the control of glycolysis. Stimulation of glycogen synthesis by lactate in the isolated working rat heart

Fructose 2,6-bisphosphate (Fru-2,6-P2) is de meest krachtige stimulator van 6-fosfofructo-1-kinase (PFK-1), een sleutelenzym van de glycolyse. Wij onderzochten of deze regulator betrokken is bij de veranderingen van de glycolyse die experimenteel kunnen worden geïnduceerd in het geïsoleerde werkende rattenhart. De glycolytische flux werd beoordeeld aan de hand van de detritatiesnelheid van – en glucose, aan de hand van de lactaatoutput en aan de hand van de veranderingen in het glycogeengehalte. Een toename van 20-40% in het Fru-2,6-P2 gehalte werd waargenomen wanneer de glycolyse werd gestimuleerd door verhoging van de werkbelasting (door verhoging van zowel de voorbelasting als de nabelasting) of de glucoseconcentratie (van 2 tot 11 mM), of door toevoeging van 7 microM insuline. Anoxie verminderde de door het hart ontwikkelde externe arbeid, stimuleerde de glycolyse door activering van de glycogenolyse, maar deed Fru-2,6-P2 niet toenemen. De toename van het Fru-2,6-P2-gehalte na insuline, hoge werkbelasting of glucosebelasting zou verband kunnen houden met een stimulering van het glucosetransport en/of een activering van 6-fosfofructo-2-kinase (PFK-2), het enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van Fru-2,6-P2. Toevoeging aan het perfusaat van 0,5 tot 10 mM lactaat, een preferent substraat voor het hart, met pyruvaat in een 10:1 verhouding, induceerde een dosis-afhankelijke remming van de glycolytische flux door PFK-1, met een maximale remming van 75% bij 5 mM lactaat. De accumulatie van hexose-6-fosfaten zonder verandering in fructose-1,6-bisfosfaat- en triosefosfaatconcentraties bevestigde dat de remming van de glycolyse voornamelijk op PFK-1 werd uitgeoefend. Deze remming was het gevolg van een verdubbeling van de citraatconcentratie, een inhibitor, en van een daling van 75% van Fru-2,6-P2. Ondanks de remming van de glycolyse werd de glucose-fosforylering nauwelijks beïnvloed door lactaat, wat wijst op een verandering in het glucosemetabolisme. Inderdaad, lactaat induceerde een dosis-afhankelijke toename van het glycogeengehalte, dat verdubbelde bij 5 mM lactaat, en het niveau bereikte na toevoeging van 7 microM insuline. De verhoogde glycogeensynthese werd verklaard door de accumulatie van UDP glucose, het substraat, en glucose 6-fosfaat, een stimulator van glycogeensynthase. Wij concluderen dat, tijdens aërobiose, Fru-2,6-P2 kan worden beschouwd als een glycolytisch signaal dat wordt ingeschakeld door de beschikbaarheid van glucose, werkbelasting en insuline, en dat wordt uitgeschakeld door de beschikbaarheid van alternatieve oxidatieve substraten zoals lactaat. Dit laatste regelt ook het glucosemetabolisme door glucose van de glycolyse naar de glycogeensynthese om te leiden.