GLUT1は、細胞外空間から細胞への原形質膜を横切るグルコースの受動輸送を促進する役割を担う膜貫通タンパク質です。
グルコースに加えて、ガラクトース、グルコサミン、マンノースなどの他の6つの炭素糖も動員できることが示されています。次に、それはそれを生産することができない細胞への摂取と輸送を可能にします。
グルコーストランスポーターGLUT1の結晶構造。ウィキメディア・コモンズのA2-33による。
GLUT1によって輸送されるすべての分子は細胞内のエネルギー生成経路に関与しているため、この輸送体の発現は非常に重要な代謝の役割を果たします。
実際、機能的なGLUT1の発現を変更または廃止する変異は、神経発達の遅延と限られた脳の成長に関連する多くの疾患の出現をもたらします。
細胞内グルコース輸送とGLUT1トランスポーター
グルコースは、生命の木を構成するほとんどの細胞にとって好ましい炭素およびエネルギー源です。それ自体では細胞膜を通過するのに十分なほど小さく疎水性ではないため、細胞内への輸送にはトランスポータータンパク質の助けが必要です。
2つの特定のトランスポーターを介した輸送メカニズムは、この砂糖のために提案されています。1つはパッシブトランスポートシステム（拡散促進）に応答し、2つ目はアクティブトランスポートシステムに応答します。
最初の方法は、エネルギーを実行する必要がなく、濃度勾配を介して、つまり、グルコース濃度が高い場所から濃度が低い場所まで発生します。
能動的なグルコース輸送は、ナトリウムイオン共輸送からエネルギーを得る輸送体によって実行されます。
対照的に、グルコースの促進（パッシブ）拡散は、GLUT1が属するファミリーであるGLUT（英語では「Glucose Transporters」の頭字語）と呼ばれるゲート型トランスポーターのファミリーによって実行されます。これらは細胞外のブドウ糖に結合し、細胞質に輸送します。それらの少なくとも5つが確認されており、それらの分布は哺乳類の組織によって異なるようです。
GLUT1の機能
グルコーストランスポーターGLUT1によって採用された輸送メカニズム。Emma Dittmar著-自分の仕事、CC BY-SA 4.0、https：//commons.wikimedia.org/w/index.php？Curid = 64036780
GLUT1はユニポーターグルコーストランスポーターです。つまり、細胞外からサイトゾルへのグルコースの輸送を一方向にのみ実行できます。
それは多くの異なる生物に広く分布している促進拡散輸送体（MSF）スーパーファミリーに属しています。また、多数の小さな有機分子の膜貫通輸送にも関与しています。
492アミノ酸のそのペプチド配列は、それが同定された様々な生物において高度に保存されており、エネルギーを得るためのグルコースの使用が代謝ツリーの中心を構成することを考えると、これは信じ難くないことではありません。
GLUT 1の構造
GLUT1は、492個のアミノ酸残基で構成される統合型マルチパス膜タンパク質です。このタイプの内在性膜タンパク質は、脂質二重層を複数回通過することを特徴とします。
タンパク質の3次元化学構造は一般にX線結晶学によって決定されますが、後者は生化学者が研究対象のタンパク質の純粋な結晶を使用して構造モデルを再構築するために広く使用されている手法です。
GLUT1などの高度に保存されたタンパク質では、単一の生物のタンパク質構造を決定するだけで十分な場合があります。このため、これまで研究者らはE3229変異体のGLUT1結晶構造を決定しました。
主要なファシリテータースーパーファミリー（MSF）の他のすべてのメンバーと同様に、GLUT1の構造は12の膜貫通ヘリックスによって表されます。
さらに、GLUT1 E3229では、ペプチドのアミノ末端とカルボキシル末端が疑似対称であり、細胞質ゾルに向いています。これらの端の配置は、細胞内に開いており、グルコースの結合部位を構成するポケットまたは空洞を作成します。
GLUT1の構造の変化は細胞へのグルコースの輸送を決定します
グルコースは一般に細胞の外側から内側に輸送されるため、この糖の結合部位が細胞質ゾルの方に向いているという発見は混乱を招きます。
しかし、この混乱は、生化学的調査の結果から解決策を見つけ、タンパク質の形状に変化が生じ、グルコース結合部位が最初に膜の片側に、次にもう一方に露出することを可能にします。
これは、タンパク質が膜を介して回転することを意味するのではなく、糖の結合が、ゲートのようにグルコースを内部に露出させるような方法で変化を導入することを意味します。
GLUT 1の機能
GLUT1は構成的発現トランスポーターであるため、ほとんどの哺乳類細胞で常に発現しているため、GLUT1が実行する機能はこれらの細胞にとって不可欠です。実際、発育を確実にするために発達段階の間に高いエネルギー供給が必要とされるため、胎児のほぼすべての組織で正確に発現します。
ただし、GLUT4などの他のアイソフォームの発現が増加している肝臓などの一部の組織では、その発現は出生後に減少します。
赤血球はミトコンドリアを欠いているため、後者はエネルギーに関してグルコースのみに依存しているため、それは基本的に重要です。ただし、他の種類の細胞での呼吸をサポートすることは、依然としてグルコースの取り込みに関与しています。
GLUT1は多くの臓器や組織の血管内皮細胞で高濃度に達するため、その機能の1つは血液からグルコースを運ぶことです。
マンノース、ガラクトース、グルコサミンなどの他のヘキソースのGLUT1による輸送は、エネルギー代謝との直接的な関係を疑うものではありません。ATPはこれらすべてのヘキソースから生成できるためです。
さらに、ビタミンCを合成できない細胞への取り込みと輸送も、このユビキタス受容体で報告されている機能の1つです。
参考文献
- Chen LY、PhelixCF。GLUTを介したグルコース輸送の細胞外ゲーティング1. Biochem Biophys Res Commun。2019; 511（3）：573-578。
- カニンガムP、ナフタリンRJ。代替アクセスモデルと固定サイトトランスポートモデルのグルコーストランスポーター欠損変異体（GLUT1DS）T295Mを介した異常な温度感受性グルコーストランスポートの影響。Jメンブルバイオル.2013; 246（6）：495-511。
- Deng D、Xu C、Sun P、Wu J、Yan C、Hu M、YanN。ヒトのグルコース輸送体GLUT1の結晶構造。自然。2014; 510（7503）：121-125。
- Deng D、YanN。結晶化と人間のグルコース輸送体GLUT1とGLUT3の構造決定。メソッドMol Biol.2018; 1713：15-29。
- Fu X、Zhang G、Liu R、Wei J、Zhang-Negrerie D、Jian X、GaoQ。GLUT1を介したヒトのグルコース輸送のメカニズム研究。J Chem Infモデル。2016; 56（3）：517-526。
- Mueckler M、Makepeace C.システイン走査変異誘発および置換システインアクセシビリティによるGLUT1グルコース輸送体の膜貫通セグメント8の分析。J Biol Chem。2004; 279（11）：10494-10499。
- フィリップL.第13章-膜輸送。細胞膜（第3版）。2016、pp 335-378。
- Simmons R.胎児および新生児の発育中の細胞グルコース輸送およびグルコース処理。胎児および新生児生理学（第5版）。2017; 1 pp 428-435。