GLUT 2: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

GLUT2 je nízkoafinitní glukózový transportér, který je exprimován v membránách pankreatických, jaterních, ledvinových a střevních buněk, jakož i v astrocytech a tanicytech. Kromě zprostředkování transportu glukózy se podílí také na transportu fruktózy, galaktózy a glukosaminu; takže více než glukózový transportér je to hexózový transportér.

Skutečnost, že má nízkou afinitu k glukóze, mu umožňuje působit jako snímací protein pro hladiny glukózy v krvi. Proto se podílí na regulační kontrole mnoha fyziologických jevů, které reagují na kolísání koncentrace glukózy v krvi.

Usnadněný difúzní transportér glukózy typu 2 (GLUT2) mění svou konformaci mobilizací vazebného místa pro glukózu z vnější strany na vnitřní stranu membrány (transportní protein). Autor: LadyofHats (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], z Wikimedia Commons.

Mezi mnoha procesy, které reguluje, vyniká následující: 1) uvolňování inzulínu pankreatickými buňkami stimulovanými vysokými koncentracemi glukózy; 2) sekrece glukagonu hepatocyty pro produkci glukózy v hypoglykémii.

Usnadněný transport glukózy do buňky

Přibližně 75% glukózy, která vstupuje do buňky, aby podporovala metabolické dráhy pro produkci energie, tak činí prostřednictvím pasivního transportního mechanismu usnadněného integrálními membránovými proteiny nazývanými transportéry.

Tento transportní mechanismus je obecně známý jako usnadněná difúze. Nevyžaduje, aby byl proveden příspěvek energie, a je dáván ve prospěch koncentračního gradientu. To znamená od oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací.

K dnešnímu dni bylo identifikováno nejméně 14 izoforem glukózou zprostředkovaných difúzních transportérů, včetně GLUT2. Všichni patří do hlavní nadrodiny facilitátorů (MSF) a na základě konsensu se nazývají GLUT (pro zkratku „Glucose Transporter“ v angličtině).

Různé GLUT, které byly dosud charakterizovány, jsou kódovány SLC2A geny a vykazují výrazné rozdíly v aminokyselinové sekvenci, preferenci substrátů, které nesou, a buněčné a tkáňové distribuci.

GLUT2 Funkce

GLUT2 mobilizuje glukózu prostřednictvím transportního mechanismu v jednom směru (uniport). Tuto funkci provádí také GLUT1, nejhojnější transportér glukózy v prakticky všech savčích buňkách.

Na rozdíl od toho má však extrémně nízkou afinitu k glukóze, což znamená, že je schopen ji transportovat, pouze pokud koncentrace tohoto cukru mají tendenci dosáhnout velmi vysokých hodnot v extracelulárním prostředí.

Přesto, že má nízkou afinitu k glukóze, má vysokou transportní kapacitu, což znamená, že může transportovat velká množství této hexózy vysokou rychlostí. Zdá se, že tyto dvě vlastnosti souvisejí s rolí tohoto transportéru v reakci na jemné změny v koncentraci glukózy.

Studie molekulární charakterizace tohoto transportéru ukázaly, že nemá jedinečnou specificitu pro glukózu. Naopak je schopen zprostředkovat pasivní transport fruktózy, galaktózy, manózy a glukosaminu. Vykazují nízkou afinitu pro první tři a vysokou afinitu pro glukosamin.

Protože všechny tyto molekuly jsou cukry se šesti atomy uhlíku, lze je považovat spíše za hexosový transportér než za glukózový transportér.

Struktura GLUT2

GLUT2 má peptidovou sekvenci 55% identickou se sekvencí vysokoafinitního transportéru pro glukózu GLUT1.

Přes toto nízké procento podobnosti mezi sekvencemi obou transportérů však studie provedené rentgenovou krystalografií ukázaly, že vykazují podobnou strukturu.

Tato struktura odpovídá struktuře multipassového transmembránového proteinu v a-helixu. To znamená, že protíná membránu vícekrát transmembránovými segmenty, které mají konfiguraci a-šroubovice.

Jako ve všech členech hlavní super rodiny facilitátorů (MSF), k nimž patří, 12 membránových segmentů prochází 12 spirálových segmentů. Šest z nich se prostorově přeskupuje, aby vytvořilo hydrofilní pór, skrz který se mobilizují cukry.

Je třeba poznamenat, že hexosové vazebné místo je definováno orientací a pseudopsymetrií prezentovanou karboxylovými a amino koncovými konci proteinu. Oba vystavené stejné straně membrány vytvářejí dutinu, ve které je rozpoznáno uspořádání šesti atomů cukru, což usnadňuje jejich spojení.

Změna struktury transportéru souvisí s mechanismem, který používá k transportu cukrů z jedné strany membrány na druhou. Tato strukturální deformace umožňuje mobilizovat vazebné místo směrem k cytoplazmatické straně, kde rychle dochází k uvolňování transportované molekuly.

GLUT2 Funkce

Kromě zprostředkování sekvestrace glukózy, manózy, galaktózy a glukosaminu v buňce byly expresi tohoto transportéru v různých typech buněk připisovány četné fyziologické funkce.

Mnoho z těchto funkcí bylo určeno pomocí technik potlačování genů. Ta spočívá v zabránění exprese genu, jehož funkce se má studovat v buňkách specifické tkáně nebo v kompletním organismu.

V tomto smyslu blokování exprese GLUT2 u myší odhalilo, že tento protein představuje hlavní prostředek přenosu glukózy v ledvinových i jaterních buňkách. Kromě toho transport galaktózy a fruktózy nesouvisí s tvorbou glukózy z těchto cukrů pomocí glukoneogeneze.

Kromě toho se ukázalo, že má regulační roli v různých fyziologických funkcích, vzhledem k tomu, že jeho nízká afinita k glukóze mu umožňuje detekovat, kdy jsou koncentrace tohoto cukru vysoké.

Úloha GLUT2 při udržování homeostázy buněk

Jelikož hraje klíčovou roli při tvorbě energie všemi buňkami, zejména nervovými buňkami, musí být její koncentrace v krvi udržována v blízkosti hodnoty 5 mmol / l. Variace v této koncentraci jsou vždy sledovány regulačními proteiny pomocí mechanismů "detekce glukózy".

Tyto mechanismy sestávají z molekulárních strategií, které umožňují rychlou reakci na náhlé změny koncentrace glukózy. V tomto smyslu mu exprese GLUT2 v membráně buněk, jejichž funkce jsou aktivovány hyperglykémií, uděluje regulační roli.

Ve skutečnosti se ukázalo, že sekrece inzulínu pankreatickými buňkami je vyvolána detekcí glukózy pomocí GLUT2.

Sekrece inzulínu pankreatickými buňkami je vyvolána detekcí glukózy pomocí GLUT2. Joshua J Reed, z Wikimedia Commons.

Kromě toho zprostředkovává autonomní nervovou kontrolu krmení, termoregulaci a fungování pankreatických buněk stimulovaných detekcí glukózy.

Když hladiny GLUT2 klesají v nervových buňkách, generují pozitivní signál, který spouští sekreci glukagonu. Pamatujeme si, že glukagon je hormon, který podporuje produkci glukózy v játrech z glykogenových obchodů.

Reference

1. Burcelin R, Thorens B. Důkaz, že extrapancreatické glukózové senzory závislé na GLUT regulují sekreci glukagonu. Cukrovka. 2001; 50 (6): 1282-1289.
2. Kellett GL, Brot-Laroche E, Mace OJ, Leturque A. Absorpce cukru ve střevě: úloha GLUT2. Annu Rev Nutr. 2008; 28: 35-54.
3. Lamy CM, Sanno H, Labouèbe G, Picard A, Magnan C, Chatton JY, Thorens B. Neurony GLUT2 aktivované hypoglykémií solitárů jádra traktů stimulují vaginální aktivitu a sekreci glukagonu. Cell Metab. 2014; 19 (3): 527-538.
4. Mueckler M, Thorens B. Skupina membránových transportérů SLC2 (GLUT). Mol Aspects Med. 2013; 34 (2-3): 121-38.
5. Tarussio D, Metref S, Seyer P, Mounien L, Vallois D, Magnan C, Foretz M, Thorens B. Nervózní měření glukózy reguluje postnatální proliferaci β buněk a homeostázu glukózy. J Clin Invest. 2014; 124 (1): 413-424.
6. B. GLUT2 v pankreatické a extra-pankreatické gluko-detekci (přehled). Mol Membr Biol. 2001; 18 (4): 265-273.
7. Thorens B, Mueckler M. Transportéry glukózy v 21. století. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-E145.
8. Thorens B. GLUT2, snímání glukózy a homeostáza glukózy. Diabetologie. 2015; 58 (2): 221-232.