GLUT4

GLUT4, by Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki?curid=3... / CC BY SA 3.0

#膜輸送体
GLUT4 (glucose transporter type 4) は、ヒトではSLC2A4遺伝子にコードされているタンパク質である。
Solute carrier family 2, facilitated glucose transporter member 4という別名でも知られる。
GLUT4は、インスリンによって調節されるグルコーストランスポーターで、主に脂肪組織と横紋筋（骨格筋と心筋）に見つかる。
これまで知られていたグルコーストランスポーターとは別物であると確定できたという最初の報告は、1988年にDavid Jamesによってもたらされた。
GLUT4をコードする遺伝子は1989年にクローニングされ、マッピングされた。
筋細胞や脂肪細胞において、GLUT4は細胞表面で血中から細胞内へ、グルコースの濃度勾配に従った促進拡散を行う。
細胞内に入ったグルコースは、肝臓ではグルコキナーゼによって、他の組織ではヘキソキナーゼによって迅速にリン酸化され、グルコース-6-リン酸が形成される。
その後、グルコース-6-リン酸は解糖系に入るか、あるいはグリコーゲンへと多量体化される。
グルコース-6-リン酸への変換によって、細胞外へ拡散で戻ることはなくなり、GLUT4によってグルコースが細胞内に受動的に移動するために必要な濃度勾配も維持される。
GLUT4はUBXドメインも含んでいる。
このドメインはユビキチンを調節し、細胞シグナル伝達を助ける。
他の全てのタンパク質が、それぞれに独特の機能を持てる理由は、それぞれの一次配列、つまり、どのような順番でアミノ酸がアミド結合してゆくことによって、そのタンパク質ができているかということに大きく関係している。
それと同様に、GLUT4もまた独特の一次配列を持つことによって、細胞膜を越えたグルコースの輸送を行うという機能を持つことができている。
ところで、GLUT4の場合は、例えばインスリンのシグナルが入ると細胞内にあったものが細胞膜上に移動するといった、ダイナミックな動態を示す。
N末端のフェニルアラニン残基に加え、C末端の2つのロイシン残基と酸性を示す官能基が、エンドサイトーシスやエキソサイトーシスといったGLUT4の動態に重要な役割を果たすと考えられている。
14種類のGLUTタンパク質が存在し、配列の類似性に基づいて3つのクラスに分類されている。
GLUT1から4と14がクラス1に属し、GLUT5、7、9、11がクラス2に、GLUT6、8、10、12、13がクラス3に属する。
それぞれのGLUTタンパク質の配列には差異が存在するものの、基本的な構造的要素は共通である。
例えば、GLUTタンパク質のN末端とC末端は細胞質側に露出しており、全てが12箇所の膜貫通領域を持つ。
筋肉が収縮すると、ATPが消費される。
ATPを合成するのに必要なエネルギーは、解糖系や酸化的リン酸化など、さまざまな経路に由来する。
これらの経路は開始物質としてグルコースを利用する。
骨格筋の筋細胞では運動や筋収縮の結果、GLUT4は細胞膜に移行し、細胞膜上に存在するGLUT4の数が増加する。
運動中、身体はエネルギーとして利用するためにグルコースをATPへ変換する必要がある。
グルコース-6-リン酸の濃度が低下するとヘキソキナーゼの阻害が解消され、ATPの合成を行う解糖系や他の酸化的経路の進行が可能になる。
また、筋細胞内のグルコース濃度が低下するにつれ、より多くのグルコースを取り込めるようになる。
この時に細胞内のグルコース濃度を高めるために利用される主要なトランスポーターがGLUT4である。
運動と同様、筋収縮もGLUT4の細胞膜への移行を誘導するが、この2つの過程では、細胞内で異なる形態で存在するGLUT4が細胞膜へと移行される。
GLUT4を含む小胞にはトランスフェリン陽性のものと陰性のものがあり、それらは異なる刺激によって呼び寄せられる。
トランスフェリン陽性GLUT4小胞が筋収縮の際に利用されるのに対して、インスリン刺激や運動によって活性化されるのはトランスフェリン陰性小胞である 。
心筋は骨格筋とはわずかに異なる。
安静時は、心筋では主要なエネルギー源として脂肪酸が好んで利用される。
活動が増加し心拍数が増加するにつれ、心筋はより高率でグルコースの酸化を開始する。
心筋でのGLUT1とGLUT4のmRNAレベルの分析によって、心筋ではGLUT1がより大きな役割を果たしていることが示された。
しかし、グル...

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