The Sugar Is sIRVed Sorting Glut4 і його попутники - Kandror - 2011 - Traffic - Wiley

Кафедра біохімії Медичного факультету Бостонського університету, 72 E. Concord Street, Бостон, Массачусетс 02118, США

Медичний факультет, Медичний факультет Бостонського університету, вулиця Е. Конкорд, 72, Бостон, Массачусетс 02118, США

Кафедра біохімії, Медичний факультет Бостонського університету, 72 E. Concord Street, Бостон, Массачусетс 02118, США

Анотація

Транслокація Glut4 до плазматичної мембрани жирових клітин та клітин скелетних м’язів опосередковується спеціалізованими міхурами, що реагують на інсулін (IRV), чий білковий склад складається в основному з транспортера глюкози ізоформа 4 (Glut4), амінопептидази, що реагує на інсулін (IRAP), сортилін, пов'язаний з ліпопротеїновим рецептором білок 1 (LRP1) та v-SNARE. Як ці білки можуть знаходити один одного в клітині і утворювати функціональні пухирці після ендоцитозу з плазматичної мембрани? Ми пропонуємо модель, згідно з якою білки компонента IRV інтерналізуються в сортувальні ендосоми і доставляються в донорські відділення IRV, рециркулюючі ендосоми та/або перекладМережа Гольджі (TGN) за допомогою целюгірин-позитивних транспортних пухирців. Цитоплазматичні хвости Glut4, IRAP, LRP1 та сортиліну відіграють важливу цільову роль у цьому процесі. Як тільки ці білки надходять у донорський відділ, вони взаємодіють між собою через свої просвітні домени. Це полегшує кластеризацію білків IRV в олігомерний комплекс, який потім можна розподілити від донорських мембран до IRV як єдине ціле за допомогою адаптерів, таких як локалізований за Гольджі, гамма-адаптин, що містить вухо, ARF-зв'язуючий (GGA).

Регулювання рівня глюкози в крові у ссавців досягається шляхом інсулінозалежної транслокації транспортера глюкози ізоформи 4 (Glut4) до плазматичної мембрани жирових клітин та клітин скелетних м’язів. Кілька рядків незалежних доказів, таких як трансгенні та нокаутовані моделі миші (розглянуті в 1) та дослідження ядерного магнітного резонансу людини в природних умовах (розглянуто в 2), демонструють, що Glut4-опосередковане поглинання глюкози являє собою обмежувальну швидкість кроку утилізації стимульованої інсуліном глюкози. Отже, нездатність нормальних доз інсуліну стимулювати транслокацію Glut4, тобто резистентність до інсуліну, може представляти собою основний дефект у розвитку цукрового діабету 2 типу. Отже, розшифровка механістичних етапів регуляції Glut4 буде вирішальною для нашого розуміння молекулярної природи інсулінорезистентності та цукрового діабету та для можливих способів лікування. Крім того, торгівля Glut4 представляє важливу парадигму для клітинних біологів у багатьох аспектах.

Резистентність до інсуліну в жировій тканині та тканинах скелетних м’язів може бути спричинена дефектною сигналізацією інсуліну, аберантною переробкою Glut4 або тим і іншим. Нещодавно більшість дослідницьких зусиль, спрямованих на розуміння резистентності до інсуліну, були зосереджені на потенційних дефектах сигнального шляху до інсуліну, що складається з рецептора інсуліну, його субстратів (IRS), фосфатидилінозитол-3-кінази (PI-3-кінази), PI-3 Кіназа, залежна від кінази (PDK) та серин/треонінкіназа, Akt 4, 5. Зокрема, зустрічне регуляторне фосфорилювання IRS1 на залишках ser/thr, що призводить до притуплення сигналізації інсуліну, спостерігалось у численних експериментальних контекстах, загальний ефект призвів до більшої плутанини, ніж освітлення механізмів інсулінорезистентності 6. Більше того, ці випадки фосфорилювання IRS вище за течією не обов'язково корелюють із зменшенням споживання глюкози, що можна продемонструвати в пробірці і у трансгенних тварин в природних умовах незалежно від інсуліну 7. Ці висновки вказують на клітинну біологію рециркуляції Glut4 як потенційного місця первинних аномалій, пов'язаних з діабетом, і підкреслюють необхідність опису багатьох аспектів трафіку Glut4, які залишаються невідомими.

Незважаючи на те, що були досягнуті значні успіхи у визначенні шляху передачі сигналу про інсулін вище, ці біохімічні події, близькі до мобілізації ІРВ та злиття з плазматичною мембраною, залишаються незрозумілими. Активація Akt є критичною для загальної торгівлі Glut4, і таким чином цілі/субстрати цього білка, такі як Rab GAP (активуючий GTPase білок), AS160/TBC1D4, стали важливими гравцями мобільності IRV (оглянуто в 8). Однак незрозуміло, на якому етапі торгівлі Glut4 бере участь AS160/TBC1D4, оскільки його нокдаун не повністю імітує інсулінозалежну транслокацію Glut4. Тому можливо, що AS160/TBC1D4 не тільки впливає на транслокацію попередньо сформованих IRV, але він також може брати участь у їх біогенезі. Нещодавно було розглянуто процес біогенезу 9 та диференційоване формування везикул 10 Glut4. Далі ми розглянемо цікаву проблему того, як клітина сортує ряд основних вантажних білків IRV з дуже різними біохімічними функціями та властивостями.

Маленькі попередньо сформовані везикули являють собою основну форму зберігання Glut4 у клітині

На шляху до і з поверхні клітини Glut4 проходить через кілька окремих внутрішньоклітинних компартментів (рис. 1). Сюди входять ранні ендосоми, проміжні транспортні везикули, ендосоми, що переробляються, та/або перекладМережа Гольджі (TGN) та міхури, що реагують на інсулін (IRV) (також звані GSV для везикул для зберігання транспортера глюкози), які, на думку багатьох дослідників, є метою регуляції інсуліну, що призводить до доставки Glut4 до плазматичної мембрани.

Сортування вмісту білка IRV. Починаючи з плазматичної мембрани, основні вантажні білки IRV зазнають ендоцитозу на основі їх різних мотивів інтерналізації (табл. 1). Вони транспортуються від ранніх ендосом до рециркулюючих ендосом та/або TGN через целюгіринові пухирці (зображені синім кольором), також на основі цих сортувальних мотивів. В останніх відділеннях вантаж IRV концентрується на основі взаємодії доменного просвіту та зародків IRV з використанням GGA (зображено чорним кольором).

Імуноелектронна мікроскопія показала, що фізична природа основних компонентів, що містять Glut4, у повністю диференційованих клітинах жирової та скелетної м’язів складається переважно з невеликих (діаметром 70–100 нм) бульбашок та коротких канальців 11; біохімічне фракціонування показує, що 60–75% від загальної кількості пулу Glut4 присутній у невеликих (приблизно 80–100 S) везикулах, які легко виявити центрифугуванням із градієнтом сахарози та іншими біохімічними методами 12. Решта транспортера присутня у великих швидко осідаючих внутрішньоклітинних мембранах, які, ймовірно, представляють рециркулюючі ендосоми та, можливо, структури TGN 11 .

У культивованих жирових клітинах більшість мембран, що містять Glut4, включаючи дрібні везикули, ендосоми, що переробляють та TGN, зосереджені в перинуклеарній області, що ускладнює аналіз природи `` шляху Glut4 '' за допомогою звичайної імунофлюоресценції. Зокрема, існують неповні та навіть суперечливі докази щодо того, чи здійснюється трафік Glut4 через переробку ендосом 13, TGN 14 або обох відсіків. Останні публікації демонструють, що «класичні» білки Гольджі, такі як p115 15 та Golgin ‐ 160 16, беруть участь у сортуванні та переміщенні Glut4. Це свідчить про те, що апарат Гольджі (включаючи TGN) може бути більш тісно залучений у «шлях Glut4», ніж раніше оцінювали. Ця ідея узгоджується з недавніми результатами, які показують, що втягнення Glut4 з ендосом у TGN може бути важливим кроком на шляху "Glut4" людських міоцитів 17, 18 .