GLUT 2: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

GLUT2 je transportér glukózy s nízkou afinitou, ktorý je exprimovaný v membránach pankreatických, pečeňových, obličkových a črevných buniek, ako aj v astrocytoch a tanicytoch. Okrem sprostredkovania transportu glukózy sa podieľa aj na transporte fruktózy, galaktózy a glukozamínu; takže viac ako glukózový transportér je to hexózový transportér.

Skutočnosť, že má nízku afinitu k glukóze, mu umožňuje pôsobiť ako snímací proteín na hladiny glukózy v krvi. Zúčastňuje sa preto na regulačnej kontrole mnohých fyziologických udalostí, ktoré reagujú na kolísanie koncentrácie glukózy v krvi.

Uľahčený difúzny transportér glukózy typu 2 (GLUT2) mení svoju konformáciu mobilizáciou väzbového miesta pre glukózu z vonkajšej strany na vnútornú stranu membrány (transportný proteín). Autor: LadyofHats (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], z Wikimedia Commons.

Medzi mnohými procesmi, ktoré reguluje, vynikajú nasledujúce: 1) uvoľňovanie inzulínu pankreatickými bunkami stimulované vysokými koncentráciami glukózy; 2) sekrécia glukagónu hepatocytmi na produkciu glukózy v hypoglykémii.

Uľahčený transport glukózy do bunky

Približne 75% glukózy, ktorá vstupuje do bunky, aby poháňala metabolické dráhy na výrobu energie, sa tak deje prostredníctvom mechanizmu pasívneho transportu uľahčeného integrálnymi membránovými proteínmi nazývanými transportéry.

Tento transportný mechanizmus je všeobecne známy ako uľahčovaná difúzia. Nevyžaduje sa príspevok energie a poskytuje sa v prospech koncentračného gradientu. To znamená z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou.

Doteraz bolo identifikovaných najmenej 14 izoforiem glukózou sprostredkovaných difúznych transportérov, vrátane GLUT2. Všetci patria do hlavnej nadrodiny facilitátorov (MSF) a na základe konsenzu sa nazývajú GLUT (pre skratku „Glucose Transporter“ v angličtine).

Rôzne GLUT, ktoré boli doteraz charakterizované, sú kódované génmi SLC2A a vykazujú výrazné rozdiely v sekvencii aminokyselín, preferenciách substrátov, ktoré nesú, a distribúcii buniek a tkanív.

Funkcie GLUT2

GLUT2 mobilizuje glukózu prostredníctvom transportného mechanizmu v jednom smere (uniport). Túto funkciu vykonáva aj GLUT1, najhojnejší transportér glukózy v prakticky všetkých cicavčích bunkách.

Na rozdiel od toho má však extrémne nízku afinitu k glukóze, čo znamená, že je schopný ho transportovať len vtedy, keď koncentrácie tohto cukru majú tendenciu dosiahnuť veľmi vysoké hodnoty v extracelulárnom prostredí.

Napriek nízkej afinite k glukóze má vysokú transportnú kapacitu, čo znamená, že dokáže prepravovať veľké množstvá tejto hexózy vysokou rýchlosťou. Zdá sa, že tieto dve charakteristiky súvisia s úlohou tohto transportéra pri reakcii na jemné zmeny v koncentrácii glukózy.

Štúdie molekulárnej charakterizácie tohto transportéra ukázali, že nemá jedinečnú špecificitu pre glukózu. Naopak, je schopný sprostredkovať pasívny transport fruktózy, galaktózy, manózy a glukozamínu. Vyznačujú sa nízkou afinitou pre prvé tri a vysokou afinitou ku glukozamínu.

Pretože všetky tieto molekuly sú cukry so šiestimi atómami uhlíka, možno ich považovať skôr za hexózový transportér ako za glukózový transportér.

Štruktúra GLUT2

GLUT2 má peptidovú sekvenciu 55% identickú so sekvenciou vysokoafinitného transportéra pre glukózu GLUT1.

Napriek tomuto nízkemu percentuálnemu podielu podobnosti medzi sekvenciami oboch transportérov však štúdie uskutočnené rôntgenovou kryštalografiou ukázali, že vykazujú podobnú štruktúru.

Táto štruktúra zodpovedá štruktúre multipassového transmembránového proteínu v a-helixe. To znamená, že membránu viackrát prechádza cez transmembránové segmenty, ktoré majú konfiguráciu a-špirály.

Ako vo všetkých členoch hlavnej superskupiny facilitátorov (MSF), do ktorej patrí, 12 membránových segmentov prechádza 12 skrutkových segmentov. Šesť z nich sa priestorovo preusporiada, aby vytvorilo hydrofilné póry, cez ktoré sa mobilizujú cukry.

Malo by sa poznamenať, že hexózové väzobné miesto je definované orientáciou a pseudopsymetriou prezentovanou karboxylovými a amino koncovými koncami proteínu. Obidve exponované tej istej strane membrány vytvárajú dutinu, v ktorej je rozpoznané usporiadanie šiestich atómov cukru, čo uľahčuje ich spojenie.

Zmena v štruktúre transportéra súvisí s mechanizmom, ktorý používa na transport cukrov z jednej strany membrány na druhú. Táto štrukturálna deformácia umožňuje mobilizovať väzobné miesto smerom k cytoplazmatickej strane, kde dochádza k rýchlemu transportu molekuly, ktorá bola transportovaná.

Funkcie GLUT2

Popri sprostredkovaní sekvestrácie glukózy, manózy, galaktózy a glukozamínu v bunke sa expresii tohto transportéra v rôznych bunkových typoch pripisujú mnohé fyziologické funkcie.

Mnohé z týchto funkcií boli stanovené pomocou techník potlačenia génov. Posledné uvedené spočíva v zabránení expresie génu, ktorého funkcia sa má študovať v bunkách špecifického tkaniva alebo kompletného organizmu.

V tomto zmysle blokovanie expresie GLUT2 u myší odhalilo, že tento proteín predstavuje hlavný prostriedok prenosu glukózy v obličkových aj pečeňových bunkách. Transport galaktózy a fruktózy navyše nesúvisí s tvorbou glukózy z týchto cukrov prostredníctvom glukoneogenézy.

Ďalej sa ukázalo, že má regulačnú úlohu pri rôznych fyziologických funkciách, pretože jeho nízka afinita k glukóze mu umožňuje zistiť, kedy sú koncentrácie tohto cukru vysoké.

Úloha GLUT2 pri udržiavaní homeostázy buniek

Pretože plní kritickú funkciu pri vytváraní energie všetkými bunkami, najmä nervovými bunkami, musí byť jej koncentrácia v krvi udržiavaná blízko hodnoty 5 mmol / l. Variácie v tejto koncentrácii sú vždy monitorované regulačnými proteínmi prostredníctvom mechanizmov detekcie glukózy.

Tieto mechanizmy pozostávajú z molekulárnych stratégií, ktoré umožňujú rýchlu reakciu na náhle zmeny v koncentrácii glukózy. V tomto zmysle mu expresia GLUT2 v membráne buniek, ktorých funkcie sú aktivované hyperglykémiou, udeľuje regulačnú úlohu.

V skutočnosti sa ukázalo, že sekrécia inzulínu pankreatickými bunkami je vyvolaná detekciou glukózy pomocou GLUT2.

Vylučovanie inzulínu pankreatickými bunkami je vyvolané detekciou glukózy pomocou GLUT2. Autor: Joshua J Reed, z Wikimedia Commons.

Okrem toho sprostredkúva autonómnu nervovú kontrolu príjmu potravy, termoreguláciu a fungovanie pankreatických buniek stimulovaných detekciou glukózy.

Keď hladiny GLUT2 klesajú v nervových bunkách, generujú pozitívny signál na spustenie sekrécie glukagónu. Pamätajúc na to, že glukagón je hormón, ktorý podporuje tvorbu glukózy v pečeni z glykogénových zásob.

Referencie

1. Burcelin R, Thorens B. Dôkaz, že mimopankreatické glukózové senzory závislé od GLUT regulujú sekréciu glukagónu. Diabetes. 2001; 50 (6): 1282 - 1289.
2. Kellett GL, Brot-Laroche E, Mace OJ, Leturque A. Absorpcia cukru v čreve: úloha GLUT2. Annu Rev Nutr. 2008; 28: 35-54.
3. Lamy CM, Sanno H, Labouèbe G, Picard A, Magnan C, Chatton JY, Thorens B. Neuróny GLUT2 aktivované hypoglykémiou solitárov nukleárneho traktu stimulujú vaginálnu aktivitu a sekréciu glukagónu. Cell Metab. 2014; 19 (3): 527 - 538.
4. Mueckler M, Thorens B. Skupina membránových transportérov 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. Nervová detekcia glukózy reguluje postnatálnu proliferáciu P buniek a homeostázu glukózy. J Clin Invest. 2014; 124 (1): 413 - 424.
6. B. GLUT2 v pankreatickej a extra-pankreatickej gluko-detekcii (prehľad). Mol Membr Biol. 2001; 18 (4): 265 - 273.
7. Thorens B, Mueckler M. Transportéry glukózy v 21. storočí. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-E145.
8. Thorens B. GLUT2, snímanie glukózy a homeostáza glukózy. Diabetológia. 2015; 58 (2): 221 - 232.