Expression of the fructose transporter GLUT5 in human breast cancer.
ヒト乳癌における果糖トランスポーターGLUT5発現
Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 Mar 5;93(5):1847-52.
Abstract抄録
The primary metabolic characteristics of malignant cells is an increased uptake of glucose and its anaerobic metabolism.
癌細胞の主要な代謝の特徴はブドウ糖取り込み増加と嫌気代謝だ

We studied the expression and function of the glucose transporters in human breast cancer cell lines and analyzed their expression in normal and neoplastic primary human breast tissue.
ヒト乳癌細胞系統での糖トランスポーターの
発現と機能を研究し正常と腫瘍性原発性ヒト乳癌組織における発現を分析した

Hexose uptake assays and immunoblotting experiments revealed that the breast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-468 express the glucose transporters GLUT1 and GLUT2, isoforms expressed in both normal and neoplastic breast tissue.
ヘキソース取り込み分析と免疫ブロット法実験は
乳癌細胞系統MCF-7とMDA-468が、ブドウ糖トランスポーターGLUT1とGLUT2を発現することを示し、
アイソフォームは正常と腫瘍性乳房組織の両方に発現することを示した

We also found that the breast cancer cell lines transport fructose and express the fructose transporter GLUT5.
また乳癌細胞系統は果糖を転送し果糖トランスポーターGLUT5を発現することがわかった

Immunolocalization studies revealed that GLUT5 is highly expressed in vivo in human breast cancer but is absent in normal human breast tissue.
免疫学的局在研究でGLUT5がヒト乳癌の生体で高度に発現するが正常ヒト乳房組織では欠けていることが明らかになった

These findings indicate that human breast cancer cells have a specialized capacity to transport fructose, a metabolic substrate believed to be used by few human tissue.
これらの知見はヒト乳癌細胞が
代謝基質はいくつかのヒト組織で利用されると考えられている果糖輸送に特化した能力を持つことを示している

Identification of a high-affinity fructose transporter on human breast cancer cells opens opportunities to develop novel strategies for early diagnosis and treatment of breast cancer.
ヒト乳癌細胞における果糖トランスポーターの高い親和性の同一性は、
乳癌の早期診断と治療の新規戦略開発の機会を開く

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Results結果
We measured the uptake of deoxyglucose, an analog of glucose transported only by the facilitative glucose transporter, in MCF-7 and MDA-468 cells.
MCF-7とMDA-468細胞で、促進型糖輸送によってのみグルコース輸送の擬似体、デオキシグルコースの取り込みを測定した

These cell lines are widely used to characterize the behavior of human breast cancer in vitro and in vivo.
これらの細胞系統は培養や生体でヒト乳癌細胞の性質を特徴づけるために広く使用されている

Both cell lines showed a notable capacity to take up deoxyglycose(Fig.1A).
両方の細胞系統は注目すべきデオキシグルコース取り込み能力を示した(Fig.1A).

Uptake was approximately linear for the first 20 min of incubation, with the MDA-468 cells taking up at least 4-fold more deoxyglucose than the MCF-7 cells.
取り込みは、最初の20分間の培養のだいたいの線形は、
MDA-468細胞はMCF-7細胞よりも少なくとも4倍以上のデオキシグルコースの取り込みだった

Methylglucose, an analog of glucose that enters the cells but is not metabolized,was used to estimate the intracellular volume available for exchange with the external medium.
代謝はしない、細胞へ入るブドウ糖の擬似体のメチルグルコースを、外部媒体と交換の可能な細胞内の量を推計するために用いた

MDA-468 cells had an approximate intracellular exchange volume of 3μL per 10^6 cells, while in MCF-7 cells the value was 5μL per 106 cells.
MDA-468細胞は106細胞につき約3μL中の細胞内交換量だったが、MCF-7細胞の値は106細胞につき約5μLの細胞内交換量だった

The volume estimates were used to express uptake data in terms of intracellular concentrations.
交換量推計値は細胞内濃度の面から取り込みの値を表すために用いた

After 1 h of incubation, the MDA-468 cells accumulated an intracellular concentration of deoxyglucose in excess of 140-fold the external concentration, whereas the MCF-7 cells accumulated intracellularly =15-fold the external glucose concentration.
培養1時間後、MDA-468細胞は細胞内デオキシグルコース濃度が細胞外濃度の140倍を超えて蓄積し、一方、MCF-7細胞の細胞内の蓄積は細胞外グルコース濃度の15倍だった

Data from Lineweaver-Burk plots(Fig.1B and C)or from Eadie-Hofstee plots(data not shown) revealed the presence of two functional components with separate affinities for uptake of deoxyglucose in both cell lines- a high-affinity component with an apparent Km for transport of 2 mM and a second component of lower affinity with an apparent Km for transport of 10 mM.
ラインウェーバーパークプロット(二重逆数プロット)(Fig.1BとC)またはイーディーホフステープロット(図示はない)より
両方の細胞系統には、-- ミカエリス定数が2mMの輸送と
それより低い親和性の輸送のミカエリス定数10mMの輸送を持つ2番目の成分の-- デオキシグルコース取り込みの別々の親和性を持つ2つの機能的成分の存在が証明された

When we measured uptake of deoxyglucose at very short intervals, from 5 sec to 2 min, the rate of uptake of deoxyglucose by MDA-468 cells was 3-fold higher than that of MCF-7 cells(Fig.1D).
5秒から2分の超短時間のデオキシグルコース取り込みを測ると、MDA-468細胞のデオキシグルコース取り込み速度は
MCF-7細胞よりも3倍速かった(Fig.1D).

Therefore, the 5-fold difference in uptake observed in long-term uptake experiments(Fig.1A) reflects a step secondary to transport, most likely the intracellular trapping of deoxyglucose as deoxyglucose 6-phosphate.
それゆえ、長期間取り込み実験で観測された5倍の差の取り込みは(Fig.1A)
次の輸送段階、デオキシグルコース-6-リン酸としてデオキシグルコースの細胞内捕獲を最も反映している可能性が高い

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Discussion 考察
Our data indicate that the breast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-468 express three members of the facilitative hexose transporter family, the glucose transporters GLUT1 and GLUT2, and the high-affinity fructose transporter GLUT5.
我々の結果は乳癌細胞系統MCF-7とMDA-468は促進型ヘキソーストランスポーターファミリーのうち3つのメンバー、ブドウ糖トランスポーターGLUT1とGLUT2, 高度親和性果糖トランスポーターGLUT5が発現することを示した

Deoxyglucose uptake and competition experiments in the cell lines indicated the presence of two functionally distinct glucose transport systems with the characteristics expected for GLUT1 and GLUT2, with apparent Km values of 2 and 10mM for the transport of deoxyglucose, respectively.
デオキシグルコースの取り込みと競合の細胞実験では、
デオキシグルコース輸送の見かけ上のミカエリス定数が
各々2mMと10mMの値の、GLUT1とGLUT2に期待された特性の2つの機能的に個別のグルコース輸送体システム
GLUT1とGLUT2の存在を示唆した

Fructose uptake and competition experiments indicated the presence in breast carcinoma cell lines of a high-affinity transporter of fructose functionally similar to GLUT5(apparent Km, 8mM) and a low-affinity pathway that failed to saturate at fructose concentration as high as 50 mM functionally similar to GLUT2(Km>50mM).
果糖取り込みと競合実験では、乳癌細胞系統で
機能的にGLUT5(ミカエリス定数,8mM)に似た
高親和性果糖輸送体の存在が示唆され
機能的にGLUT2(ミカエリス定数>50mM)に似た50mMの高い果糖濃度でも低い親和性経路の存在が示唆された

The presence of GLUT1,GLUT2,and GLUT5 in the breast carcinoma cell lines was confirmed by immunoblotting and immunolocaluzation experiments, which also revealed a low level of expression of GLUT4 and no expression of GLUT3.
乳癌細胞系統でGLUT1,GLUT2,GLUT5の存在が、免疫ブロット法と免疫局在性の実験で確認され
GLUT4の存在は低いレベルであることとGLUT3発現はないことも明らかになった

We found that GLUT1 and GLUT2 were present in normal and neoplasticism breast tissue but that GLUT5 was expressed in human breast cancer and was absent from normal human breast tissue.
GLUT1とGLUT2は正常と腫瘍(新生物)の乳癌組織に存在したがGLUT5はヒト乳癌に発現し、正常ヒト乳房組織にはなかった

Enhanced uptake and metabolism of glucose is a common characteristic of cancer cells and involves increased expression of GLUT1 in neoplasia.
グルコースの取り込みと代謝の増強は癌細胞の一般的な特性で、腫瘍のGLUT1発現の増加を含む

Enhanced glucose uptake in tumor cells is used to detect tumors and to follow their response to treatment in a noninvasive manner by PET imaging with [18F]fluorodeoxyglucose, a substrate that enters cells through the glucose transporters.
癌細胞のブドウ糖取り込みの増加は
糖輸送体を通して細胞に入る基質の18F-FDG. (18フッ素フフルデオキシグルコース)のPET検査による非侵襲的方法での癌検出と治療の反応のフォローのために利用される

GLUT2 is present in normal and neoplastic human breast tissue, although no changes in expression in the neoplastic state have been detected.
GLUT2は正常なヒト乳房組織と腫瘍に存在し、腫瘍の状態で発現に変化はないことが検出された

Our findings that GLUT5 is expressed in human breast cancer and is absent in normal breast tissue may have clinical application.
GLUT5がヒト乳癌に発現し正常乳房組織には存在しないことは臨床応用の可能性がある

GLUT2 and GLUT5 can mediate the transport of fructose and GLUT2 is also capable of transporting glucose.
GLUT2とGLUT5は果糖輸送を仲介しGLUT2はまたブドウ糖輸送も兼ねる

GLUT2 is expressed in liver, pancreatic β cells, the basolateral surface of kidney and small intestine epithelial, and in normal breast tissue.
GLUT2は肝臓、膵臓β細胞、腎臓の基底膜側、小腸上皮と正常乳房組織に発現する

GLUT5 does not transport glucose and is expressed in small intestine, sperm cells, and brain, with very low level expression in adipose tissue and muscle.
GLUT5はブドウ糖を輸送せず、小腸、精子細胞、脳に発現し、
非常に低いレベルの発現で脂肪組織と筋に発現する

GLUT5 is also expressed in Caco-2 cells, a human colon cancer cell line that differentiates in culture into cells with the properties of small intestine
enterocytes.
GLUT5はまた小腸上皮細胞の特質の細胞とは異なるヒト結腸癌由来細胞系統、Caco-2細胞にも発現する

GLUT5 transports fructose with high affinity, whereas GLUT2 transports this sugar with very low affinity.
GLUT5は高親和性に果糖を輸送し、一方、GLUT2はこの糖をかなり低い親和度で輸送する

At the low concentrations of fructose present in vivo, GLUT5 is likely to mediate a high fraction(>90%) of the uptake of fructose due to the order of magnitude difference in the respective Km for transport of fructose by GLUT2 and GLUT5.
生体内で果糖濃度が低い場合、GLUT5は、GLUT2
とGLUT5の果糖輸送の各々のミカエリス定数の大きな差のために、果糖取り込みを高い割合で(>90%)仲介するようだ

These findings suggest an important role for GLUT5 in cellular uptake of fructose by breast cancer cells compared to normal breast tissue in which transport of fructose is mediated by GLUT2.
この見解は、GLUT2が果糖を仲介する正常乳房組織と比較して、乳癌細胞による細胞の果糖取り込みでのGLUT5の重要な役割を示唆する

Our results indicate that neoplastic transformation of breast epithelial cells leads to expression of a high-affinity fructose transporter permitting enhanced uptake of fructose, a substrate apparently used by few human tissues.
この結果は、乳房上皮細胞の腫瘍的形質転換が、
一見したところあまりヒトの組織では利用されない基質の果糖の取り込みを増強し続ける高親和性果糖輸送体を発現させることを示唆する

Based on the Warburg theory, we can speculate that fructose may be a good substrate for energy generation in malignant cells that prefer the glycolytic pathway since lactic acid generation through fructolysis may not be subjected to the regulatory steps that control glucolysis.
果糖分解を介した乳酸生成は、解糖を制御する調節段階の対象にならない可能性があるために、
ワールブルグ理論に基づき、果糖は、解糖系を好む悪性細胞のエネルギー生成にとって良い基質になると推測できる

The fructolysis pathway provide the neoplastic breast cancer cells with a metabolic advantage.
果糖分解経路は代謝的利点を腫瘍性乳癌細胞に供給する

These results suggest that fructose uptake could represent a useful target for PET imaging and possibly the development of novel therapeutic agents in breast cancer.
この結果は果糖取り込みはPET検査の有用な標的の代表で
乳癌の新しい治療薬開発を示唆する