グルコーストランスポーター 1 (またはGLUT1 ) は、溶質キャリアファミリー 2、促進グルコーストランスポーターメンバー 1 (SLC2A1) としても知られ、ヒトではSLC2A1遺伝子によってコードされているユニポータータンパク質です。[ 5 ] GLUT1 は、哺乳類細胞の細胞膜を介したグルコースの輸送を促進します。[ 6 ] この遺伝子は、赤血球と血管脳関門の細胞を含む内皮細胞で高度に発現している促進性グルコーストランスポーターをコードしています。コードされているタンパク質は主に細胞膜と細胞表面に存在し、ヒト T 細胞白血病ウイルス (HTLV) IとIIの受容体としても機能します。[ 7 ] GLUT1 は、赤血球の細胞膜タンパク質の 2% を占めます。発生初期には、 GLUT1 の発現はさまざまな組織に区分され、組織特異的に代謝要件が満たされるようにします。この組織特異的なグルコース代謝は、胚葉形成期における上胚葉から中胚葉への移行など、特定の系統の分化を制御するために不可欠です。グルコース取り込みにおけるGLUT1の役割は、局所的な代謝ニーズをサポートし、発達シグナル伝達経路と相互作用して、新たな体制を形成します。[ 8 ]
この遺伝子の変異は、GLUT1欠損症候群1、GLUT1欠損症候群2、特発性全般てんかん12、ジストニア9、ストマチン欠損性凍結水細胞症を引き起こす可能性がある。[ 9 ] [ 10 ] GLUT1を介したグルコース輸送の破綻は、細胞分化と形態形成の欠陥につながる可能性がある。
発見
GLUT1は、最初に特徴づけられたグルコーストランスポーターです。GLUT1は高度に保存されています。 [ 5 ]ヒトとマウスのGLUT1は、アミノ酸レベルで98%の同一性を持っています。GLUT1はSLC2遺伝子によってコードされており、GLUTタンパク質をコードする14個の遺伝子ファミリーの1つです。[ 11 ]
構造
SLC2A1遺伝子は、染色体1のp腕の34.2番に位置し、33,802塩基対に及ぶ10のエクソンを持つ。 [ 7 ]この遺伝子は、492個のアミノ酸からなる54.1 kDaのタンパク質を生成する。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]これは細胞膜に位置する多回膜タンパク質である。 [ 9 ] [ 10 ]このタンパク質にはシグナル配列がなく、C末端、N末端、そしてタンパク質中心の親水性ドメインはすべて細胞膜の細胞質側に位置すると予測される。 [ 15 ] [ 5 ]
GLUT1はミカエリス・メンテン酵素として作用し、12本の膜貫通αヘリックスを有し、各αヘリックスには20個のアミノ酸残基が含まれています。ヘリックスホイール解析により、膜貫通αヘリックスは両親媒性であり、片側が極性でもう片側が疎水性であることが示されています。これらの膜貫通αヘリックスの6本が膜内で結合し、中央にグルコースが通過できる極性チャネルを形成し、チャネルの外側の疎水性領域は膜の脂肪酸末端に隣接していると考えられています。
関数
赤血球におけるエネルギー産生代謝は、血漿からのグルコースの一定供給に依存しており、血漿中のグルコース濃度は約 5 mM に維持されている。グルコースは、特異的なグルコーストランスポーターを介した促進拡散によって赤血球内に入るが、その速度は非触媒膜拡散の約 50,000 倍である。赤血球のグルコーストランスポーター(他の組織の類似グルコーストランスポーターと区別するために GLUT1 と呼ばれる)は、12 個の疎水性セグメントを持つタイプ III の膜貫通タンパク質であり、各セグメントは膜貫通ヘリックスを形成すると考えられている。GLUT1 の詳細な構造はまだ分かっていないが、1 つの妥当なモデルでは、複数のヘリックスが並んで集合することで、グルコースがチャネルを通過する際に水素結合できる親水性残基で裏打ちされた膜貫通チャネルが形成されると示唆されている。 [ 16 ]
GLUT1は、ほとんどの哺乳類細胞において呼吸を維持するために必要な、低レベルのグルコース吸収を担っています。細胞膜におけるGLUT1の発現レベルは、グルコースレベルの低下によって増加し、グルコースレベルの上昇によって減少します。[ 8 ]
GLUT1は細胞シグナル伝達プロセスにも関与しており、特に胚発生、例えば胚葉形成において重要な役割を果たします。具体的には、解糖系を介した代謝フラックスのベースラインレベルを決定することで、線維芽細胞増殖因子(FGF)などの形態形成因子や下流のERK経路に対する細胞応答をサポートします。[ 8 ]
GLUT1は、ビタミンCとグルコースの取り込みにおける主要な受容体でもあり、特にビタミンCを産生しない哺乳類においては、ビタミンCのリサイクルプロセスに参加することで代償する適応の一環として、その役割を担っています。ビタミンCを産生する哺乳類では、 GLUT1の代わりにGLUT4が発現することが多いです。[ 17 ]
組織分布
GLUT1の発現はほぼ全ての組織で認められ、その発現レベルは典型的には細胞のグルコース代謝速度と相関する。成人では、赤血球および血液脳関門などのバリア組織の内皮細胞において最も高いレベルで発現している。[ 18 ]
臨床的意義
GLUT1遺伝子の変異は、まれな常染色体優性疾患であるGLUT1欠損症またはDe Vivo病の原因となります。[ 19 ]この疾患は、脳脊髄液中のブドウ糖濃度の低下(低糖症)を特徴としており、これは神経性糖減少症の一種で、血液脳関門を通過するブドウ糖の輸送障害によって引き起こされます。
GLUT1欠損症候群1
SLC2A1遺伝子のLYS456TER、TYR449TER、LYS256VAL、ARG126HIS、ARG126LEU、GLY91ASPなど、多くの変異が、幅広い表現型を示す神経疾患であるGLUT1欠損症候群1(GLUT1DS1)を引き起こすことが示されている。この疾患は、常染色体劣性遺伝または常染色体優性遺伝のいずれかで遺伝する。[ 15 ]最も重篤な「古典的」表現型は、発達遅延、後天性小頭症、運動協調運動障害、痙性を伴う乳児期発症てんかん性脳症である。発作は通常、無呼吸エピソード、凝視発作、断続的な眼球運動を特徴とし、生後4ヶ月以内に発症する。その他の発作性症状としては、間欠性運動失調、錯乱、無気力、睡眠障害、頭痛などが挙げられます。認知障害の程度は様々で、学習障害から重度の知的障害まで多岐にわたります。[ 9 ] [ 10 ]
GLUT1欠損症候群2
GLY314SER、ALA275THR、ASN34ILE、SER95ILE、ARG93TRP、ARG91TRP、エクソン6の3塩基挿入(TYR292)および12塩基欠失(1022_1033del)などの他の変異は、GLUT1欠損症候群2(GLUT1DS2)を引き起こすことが示されています。GLUT1DS2は、主に小児期の発作性運動誘発性ジスキネジアの発症を特徴とする臨床的に多様な疾患です。このジスキネジアは、運動や労作によって引き起こされるジストニアや舞踏アテトーゼなどの一過性の異常な不随意運動で、運動した手足に影響を及ぼします。患者によってはてんかんを患う場合もあり、最も一般的には小児期欠神てんかんです。軽度の知的障害も起こることがあります。一部の患者では、不随意運動誘発性のジストニア運動、舞踏運動、弾道運動が大球性溶血性貧血と関連している可能性がある。[ 9 ] [ 10 ]この疾患の遺伝形式は常染色体優性である。[ 15 ]
特発性全般てんかん 12
いくつかの変異、特にASN411SER、ARG458TRP、ARG223PRO、およびARG232CYSは、特発性全般てんかん12(EIG12)を引き起こすことが示されている。EIG12は、検出可能な脳病変や代謝異常がない状態で全般発作を繰り返す疾患である。全般発作は、脳の両半球から同時にびまん的に発生する。発作型には、若年性ミオクロニー発作、欠神発作、および全般性強直間代発作がある。EIG12患者の中には、年齢とともに発作が寛解する患者もいる。[ 9 ] [ 10 ]この疾患の遺伝形式は常染色体優性である。[ 15 ]
ジストニア9
もう一つの変異であるARG212CYSは、ジストニア9(DYT9)を引き起こすことが示されています。これは常染色体優性遺伝性の神経疾患で、小児期に発作性舞踏アテトーゼと進行性痙性対麻痺を発症します。多くの患者はある程度の認知機能障害を示します。その他の症状としては、発作、片頭痛、運動失調などが挙げられます。 [ 9 ] [ 10 ]
ストマチン欠乏性凍結水球症
GLY286ASPやILE435/436の3塩基欠失などの特定の変異は、神経学的欠陥を伴うストマチン欠損型クライオハイドロサイトーシスを引き起こします。これは、エピソード性溶血性貧血、寒冷誘発性赤血球陽イオン漏出、不規則な高カリウム血症、新生児高ビリルビン血症、肝脾腫、白内障、発作、精神遅滞、運動障害を特徴とするまれな形態のストマチン欠損型クライオハイドロサイトーシスです。[ 9 ] [ 10 ]この疾患の遺伝形式は常染色体優性です。[ 15 ]
HTLV受容体としての役割
GLUT1はHTLVウイルスが標的細胞に侵入するために使用する受容体でもある。 [ 20 ]
血管腫の組織化学マーカーとしての役割
Glut1は乳児血管腫の強力な組織化学マーカーとしても実証されている[ 21 ]
相互作用
GLUT1はGIPC1と相互作用することが示されている。[ 22 ] GLUT1はアデュシン(ADD2)およびデマチン(EPB49 )との複合体中に存在し、デマチンアイソフォーム2と(C末端細胞質領域を介して)相互作用する。[ 23 ]また、SNX27とも相互作用する。この相互作用は、エンドサイトーシス時にリソソーム内での分解を防ぎ、細胞膜へのリサイクルを促進するために必要である。 [ 24 ]このタンパク質はSTOMと相互作用する。[ 25 ] SGTAと(Glnリッチ領域を介して)相互作用し、 CREB3-2とバイナリー相互作用する。[ 9 ] [ 10 ]
脳内には、45kDaと55kDaの2つの重要なGLUT1型が存在します。45kDaのGLUT1はアストログリアとニューロンに存在します。55kDaのGLUT1は脳血管系の内皮細胞に存在し、血液脳関門を介したグルコース輸送を担っています。GLUT1が欠損すると、脳脊髄液(CSF)中のグルコース濃度が低下し(60mg/dl未満)、欠損した患者では発作を引き起こす可能性があります。
最近、GLUT1阻害剤DERL3が報告され、大腸がんにおいてメチル化が頻繁に認められる。このがんにおいて、DERL3のメチル化はワールブルグ効果を媒介すると考えられる。[ 26 ]
阻害剤
ファセンチンはGLUT1の細胞内ドメインを阻害してグルコースの取り込みを阻害する小分子阻害剤である。[ 27 ]
最近、より選択的なGLUT1阻害剤であるBay-876が報告されました。[ 28 ]
インタラクティブな経路マップ
以下の遺伝子、タンパク質、代謝物をクリックすると、それぞれの記事にリンクします。[ § 1 ]
参考文献
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外部リンク
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