Vitamin D3 transactivates the zinc and mangan transporter SLC30A10 via the Vitamin D receptor

Vitamin D3 reguliert Gene, die für die menschliche Gesundheit kritisch sind, und sein Mangel ist mit einem erhöhten Risiko für Osteoporose, Krebs, Diabetes, Multiple Sklerose, Bluthochdruck, entzündliche und immunologische Erkrankungen verbunden. Um den Einfluss von Vitamin D3 auf Gene zu untersuchen, die für den Transport und Metabolismus von Nährstoffen und Medikamenten relevant sind, setzten wir Next-Generation-Sequencing (NGS) ein und analysierten die globale Genexpression der vom Menschen abgeleiteten Caco-2-Zelllinie, die mit 500 nM Vitamin D3 behandelt wurde. Gene, die an der Neuropeptidsignalisierung, Entzündung, Zelladhäsion und Morphogenese beteiligt sind, wurden differentiell exprimiert. Insbesondere Gene, die an der Zink-, Mangan- und Eisenhomöostase beteiligt sind, wurden durch die Vitamin-D3-Behandlung weitgehend erhöht. Ein ∼10-facher Anstieg des Ceruloplasmins und ein ∼4-facher Anstieg der Haptoglobin-Genexpression deuteten auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Vitamin D und Eisenhomöostase hin. SLC30A10, das Gen, das für den Zink- und Mangantransporter ZnT10 kodiert, war der hauptsächlich betroffene Transporter mit ∼15-fach erhöhter Expression. SLC30A10 ist entscheidend für die Zink- und Manganhomöostase und Mutationen in diesem Gen, was zu einer beeinträchtigten Funktion oder Expression von ZnT10 führt, verursachen eine Manganvergiftung mit Parkinson-ähnlichen Symptomen. Unsere NGS-Ergebnisse wurden durch Echtzeit-PCR in Caco-2-Zellen sowie in Zwölffingerdarmbiopsien von gesunden Menschen validiert, die 10 Tage lang täglich mit 0,5 µg Vitamin D3 behandelt wurden. Zusätzlich zur Erhöhung der Genexpression von SLC30A10 und der Positivkontrolle TRPV6 erhöhte Vitamin D3 auch die ZNT10-Proteinexpression, wie durch Western Blot und Zytofluoreszenz angezeigt. Die In-Silico-Identifizierung potenzieller Vitamin-D-Responsive-Elemente (VDREs) in der 5′-flankierenden Region des SLC30A10-Promotors und des Dual-Luciferase-Reporter-Assays zeigte eine erhöhte Promotoraktivität in Gegenwart von Vitamin-D-Rezeptor- (VDR) und Retinoid-X-Rezeptor- (RXR) -Konstrukten sowie Vitamin D3, jedoch nicht, wenn einer dieser Faktoren fehlte. Elektrophoretischer Mobilitätsverschiebungstest (EMSA) und Kompetitions-EMSA zeigten die Bindung ausgewählter Sequenzen, nämlich nt -1623 / -1588 und nt -1758 / -1723 relativ zur Transkriptionsstartstelle, an VDR-haltige Kernextrakte. Zusammenfassend haben wir gezeigt, dass Vitamin D3 das SLC30A10-Gen in einer VDR-abhängigen Weise transaktiviert, was zu einer erhöhten ZnT10-Proteinexpression führt. Da SLC30A10 im Dünndarm stark exprimiert wird, ist es möglich, dass die Kontrolle der systemischen Zink- und Manganspiegel durch Vitamin D3 im Darm reguliert wird. Zink, Mangan und Vitamin D sind wichtig für den Knochenstoffwechsel und die Gesundheit des Gehirns. Zukünftige Untersuchungen einer möglichen Rolle der Supplementierung oder Chelation von Zink und Mangan neben der Verabreichung von Vitamin D3 werden unser Verständnis des potenziellen Nutzens bei der Behandlung spezifischer Krankheiten wie Osteoporose und Parkinson fördern.