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TUhjnbcbe - 2025/6/12 6:26:00

GLUT4是脂肪和骨骼肌组织中的主要葡萄糖转运蛋白。它的细胞运输受胰岛素信号传导的调节。GLUT4的质膜定位失败或减少与糖尿病有关。

年5月13日,清华大学闫创业和普林斯顿大学颜宁共同通讯在NatureCommunications在线发表题为“Cryo-EMstructureofhumanglucosetransporterGLUT4”的研究论文,该研究报告了在洗涤剂胶束和脂质纳米圆盘中以3.3的分辨率与小分子抑制剂细胞松弛素B(CCB)结合的人GLUT4的冷冻电镜结构。CCB结合的GLUT4表现出向内开放的构象。

尽管跨膜结构域与GLUT1的构象几乎相同,但冷冻电镜结构揭示了一个细胞外糖基化位点和一个在GLUT1的晶体结构中不可见的细胞内螺旋。这里介绍的结构研究为进一步研究GLUT4运输的调节机制奠定了基础。该研究对GLUT4进行冷冻EM分析的方法也将有助于许多其他小尺寸溶质载体的结构测定。

另外,年5月12日,普林斯顿大学颜宁及清华大学JiangXin共同通讯在NatureCommunications在线发表题为“Molecularbasisforinhibitinghumanglucosetransportersbyexofacialinhibitors”的研究论文,该研究报告了一种GLUT3变体的工程,称为GLUT3exo,可用于筛选和验证外表面抑制剂。该研究鉴定了一种外表面GLUT3抑制剂SA47,并通过SA47结合的GLUT3的2.3分辨率晶体结构阐明其作用方式。该研究为发现用于治疗开发的GLUTs表面抑制剂提供了一个框架。

葡萄糖作为主要燃料、多功能生物前体和信号分子,通过各种机制(例如胰岛素和胰高血糖素的激素调节)严格控制代谢稳态。胰岛素通过触发细胞摄取葡萄糖来降低血糖水平。主要促进子超家族(MFS)葡萄糖转运蛋白GLUT4介导脂肪细胞和肌肉细胞中的限速葡萄糖细胞摄取,因此在胰岛素反应性葡萄糖代谢中起着至关重要的作用。

在基础状态下,GLUT4主要分布在跨高尔基网络(TGN)、内体和GLUT4储存囊泡(GSV)。胰岛素刺激后,GLUT4迅速从这些细胞内结构转运到质膜,导致血液中葡萄糖的快速消耗。由于胰岛素可用性或感知受损导致细胞葡萄糖摄取受损是糖尿病的基础。因此,阐明GLUT4的结构和工作机制将有助于我们了解基本的能量代谢,并为开发潜在的疾病干预策略提供启示。

GLUT4,由SLC2A4编码,是SLC2A家族的14个成员之一。在SLC2A成员中,GLUT4与GLUT1的关系最密切,序列同一性和相似性分别为65%和79%。几年前,人类GLUT1和GLUT3的向内和向外构象的晶体结构被解析。然而,介导GLUT4膜运输能力的独特序列,包括氨基(N)末端的FQQI基序和羧基(C)末端的LL和TELEY基序,在SLC2A家族中不是保守的,需要解决GLUT4的高分辨率结构。

尽管付出了巨大的努力,但研究人员无法获得GLUT4的衍射晶体。单粒子冷冻电子显微镜(cryo-EM)在处理具有构象异质性的低产量样品方面更强大。然而,长度为个残基的GLUT4的大小是冷冻电镜分析的主要技术障碍。

事实上,在膜区域外缺乏相对刚性大结构域的小膜蛋白是冷冻电镜最具挑战性的目标之一,因为厚胶束或纳米圆盘阻碍了图像处理和分类。它们缺乏有助于区分细胞外/腔和细胞内侧的独特特征。具有伪对称性的蛋白质更具挑战性,因为在数据处理过程中,在低分辨率下无法区分膜内的重复序列。最近报道的小膜蛋白的冷冻电镜结构要么具有更高的对称性,要么由相对刚性的可溶结构域组成。为了克服这些技术障碍,必须选择抗体或纳米抗体等结合剂以促进冷冻电镜分析。

人GLUT4的结构测定(图源自NatureCommunications)

该研究报告了在洗涤剂胶束和脂质纳米圆盘中以3.3的分辨率与小分子抑制剂细胞松弛素B(CCB)结合的人GLUT4的冷冻电镜结构。CCB结合的GLUT4表现出向内开放的构象。尽管跨膜结构域与GLUT1的构象几乎相同,但冷冻电镜结构揭示了一个细胞外糖基化位点和一个在GLUT1的晶体结构中不可见的细胞内螺旋。这里介绍的结构研究为进一步研究GLUT4运输的调节机制奠定了基础。该研究对GLUT4进行冷冻EM分析的方法也将有助于许多其他小尺寸溶质载体的结构测定。

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