グルコーストランスポーター

グルコーストランスポーター：細胞への糖の入り口

グルコーストランスポーター（GLUT、SLC2Aとも呼ばれる）は、哺乳類の細胞膜に存在するタンパク質ファミリーです。その主な役割は、細胞にとって必須のエネルギー源であるグルコースを細胞内外に輸送することです。グルコースは極性分子であるため、細胞膜を自由に通過できず、GLUTなどの輸送体タンパク質の助けが必要です。

グルコース輸送の2つのメカニズム

グルコース輸送には、大きく分けて2つのメカニズムが存在します。

1. 能動輸送：SGLTによる輸送

小腸や腎臓の上皮細胞では、ナトリウム-グルコース共輸送体（SGLT）がグルコースの輸送を担います。SGLTは、ナトリウムイオンの濃度勾配を利用して、グルコースを細胞内に運び込みます。ナトリウムイオンの細胞外への排出は、ナトリウムポンプ（Na+/K+-ATPase）によって行われ、このポンプの活動に必要なエネルギーによって、グルコースの能動輸送が実現します。SGLTの阻害剤は、腎臓からのグルコース排泄を促進するため、糖尿病治療薬として用いられています。

2. 受動輸送（促進拡散）：GLUTによる輸送

多くの細胞では、グルコーストランスポーターファミリー（GLUT）がグルコースの受動輸送を担います。GLUTは、グルコースの濃度勾配に従って、グルコースを細胞膜内外に輸送します。この輸送にはATPなどのエネルギーは必要ありません。GLUTは促進拡散という機構で輸送を行い、グルコースの細胞膜透過性を高めます。

GLUTの構造と機能

GLUTは、12回膜貫通型タンパク質で、細胞膜を貫通するαヘリックス構造を形成しています。グルコースは、GLUTの結合部位に結合することで、輸送体の構造変化を引き起こし、膜を介した輸送が行われます。この過程は交互配座モデルで説明されています。GLUTには複数のアイソフォームが存在し、組織特異的な発現や基質特異性、輸送速度などが異なります。

GLUTのアイソフォームと役割

現在までに、14種類のGLUTアイソフォームが同定されています。これらのアイソフォームは、大きく2つのクラスに分類されます。

クラスI: GLUT1からGLUT4までが含まれ、よく研究されています。

GLUT1: 多くの細胞で発現し、恒常的にグルコースを輸送します。特に脳において重要な役割を果たしています。インスリンの影響は受けにくい。
GLUT4: 脂肪細胞、骨格筋、心筋に多く発現し、インスリンによって細胞膜への移行が促進されます。インスリン感受性グルコーストランスポーターと呼ばれ、血糖値調節において中心的な役割を果たします。運動やアディポネクチンによっても活性化されます。アディポネクチンは脂肪細胞から分泌されるホルモンで、骨格筋におけるAMPキナーゼを活性化することでGLUT4の細胞膜への移行を促進します。これはインスリンとは独立した経路です。

クラスII: GLUT5、GLUT7、GLUT9、GLUT11など、比較的最近になって発見されたアイソフォームが含まれます。これらのアイソフォームの多くは、細胞内局在性が高く、機能についてはまだ不明な点が多く残されています。一部はフルクトースや尿酸なども輸送することが知られています。インスリンによる細胞膜への移行促進は確認されていません。

グルコースの細胞内運命

細胞内に取り込まれたグルコースは、速やかにグルコキナーゼまたはヘキソキナーゼによってリン酸化され、グルコース-6-リン酸になります。これは、グルコースが細胞外に拡散するのを防ぐためです。グルコース-6-リン酸は、解糖系や糖新生系などの代謝経路に入ります。肝臓など一部の細胞では、グルコース-6-ホスファターゼによってグルコース-6-リン酸からグルコースが生成され、血中に放出されます。

ナトリウム-グルコース共輸送体の発見

SGLTの発見は、1960年にロバート・K.クレインによってなされました。この発見は、共輸送という概念を初めて生物学に導入するものでした。

まとめ

グルコーストランスポーターは、細胞がグルコースを利用するための必須のタンパク質です。様々なアイソフォームが存在し、組織や状況に応じて異なる役割を果たしています。その機能の解明は、糖尿病などの代謝疾患の治療法開発に大きく貢献しています。今後の研究により、GLUTの機能や調節機構に関する理解がさらに深まることが期待されます。

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