The Sugar is sIRVed Sorting Glut4 and its Fellow Travellers - Kandror - 2011 - Traffic - Wiley

Departamentul de Biochimie, Școala de Medicină a Universității Boston, 72 E. Concord Street, Boston, MA 02118, SUA

Departamentul de Medicină, Școala de Medicină a Universității Boston, 72 E. Concord Street, Boston, MA 02118, SUA

Departamentul de Biochimie, Școala de Medicină a Universității Boston, 72 E. Concord Street, Boston, MA 02118, SUA

Departamentul de Medicină, Școala de Medicină a Universității Boston, 72 E. Concord Street, Boston, MA 02118, SUA

Abstract

Translocarea Glut4 către membrana plasmatică a celulelor musculare grase și scheletice este mediată de vezicule receptive la insulină (IRV) specializate, a căror compoziție proteică constă în principal din izoformă transportoare de glucoză 4 (Glut4), amino peptidază receptivă la insulină (IRAP), sortilină, proteina 1 legată de receptorul lipoproteinelor (LRP1) și v - SNARE. Cum se pot găsi aceste proteine reciproc în celulă și să formeze vezicule funcționale după endocitoză din membrana plasmatică? Propunem un model conform căruia proteinele componente ale IRV sunt internalizate în sortarea endozomilor și sunt livrate compartimentului (donatorilor) IRV, reciclând endosomii și/sau trans‐Rețea Golgi (TGN), prin celugirină - vezicule de transport pozitive. Cozile citoplasmatice ale Glut4, IRAP, LRP1 și sortilină joacă un rol important de direcționare în acest proces. Odată ce aceste proteine ajung în compartimentul donator, ele interacționează între ele prin domeniile lor lumenale. Acest lucru facilitează gruparea proteinelor IRV într-un complex oligomeric, care poate fi apoi distribuit de la membranele donatorului la IRV ca o singură entitate cu ajutorul adaptorilor, cum ar fi Golgi - localizat, gamma - adaptină care conține urechi, care leagă ARF (GGA).

Reglarea nivelului de glucoză din sânge la mamifere se realizează prin translocația insulino-dependentă a transportorului de glucoză izoformă 4 (Glut4) la membrana plasmatică a grăsimilor și a celulelor musculare scheletice. Liniile multiple de dovezi independente, cum ar fi modelele de șoarece transgenic și knock-out (revizuite în 1) și studiile de rezonanță magnetică nucleară umană in vivo (revizuit în 2), demonstrează că absorbția de glucoză mediată de Glut4 reprezintă etapa limitativă a eliminării glucozei stimulată de insulină. În consecință, incapacitatea dozelor normale de insulină de a stimula translocarea Glut4, adică rezistența la insulină, poate reprezenta defectul primar în dezvoltarea diabetului zaharat de tip 2 3. Prin urmare, descifrarea etapelor mecaniciste ale reglării Glut4 va fi crucială pentru înțelegerea naturii moleculare a rezistenței la insulină și a diabetului zaharat și pentru posibilele modalități de tratament. În plus, traficul Glut4 reprezintă o paradigmă importantă pentru biologii celulari în numeroase moduri.

Rezistența la insulină în țesuturile musculare grase și scheletice poate fi cauzată de semnalizarea deficitară a insulinei, reciclarea aberantă a Glut4 sau ambele. Recent, majoritatea eforturilor de cercetare îndreptate spre înțelegerea rezistenței la insulină s-au concentrat pe potențialele defecte ale căii de semnalizare a insulinei în amonte, care constă din receptorul insulinei, substraturile sale (IRS), fosfatidilinozitol - 3 kinază (PI - 3 - kinază), PI - 3 ‐Kinază - kinază dependentă (PDK) și serină/treonin kinază, Akt 4, 5. În special, a fost observată în numeroase contexte experimentale fosforilarea contrareglatorie a IRS1 asupra reziduurilor ser/thr, care rezultă în semnalizarea tocită a insulinei, cu efectul general de a conduce mai mult la confuzie decât iluminarea mecanismelor de rezistență la insulină 6. Mai mult, aceste evenimente de fosforilare IRS din amonte nu se corelează neapărat cu scăderea absorbției de glucoză, care se poate demonstra că are loc in vitro iar la animalele transgenice in vivo într-o manieră independentă de insulină 7. Aceste descoperiri indică biologia celulară a reciclării Glut4 ca un potențial loc al anomaliilor primare legate de diabet și subliniază necesitatea descrierii multor aspecte ale traficului Glut4 care rămân necunoscute.

Deși s-au făcut pași considerabili în definirea căii de semnalizare a insulinei în amonte, acele evenimente biochimice proximale mobilizării IRV și fuziunii cu membrana plasmatică rămân neclare. Activarea Akt este esențială pentru traficul global Glut4 și, prin urmare, ținte/substraturi ale acestei proteine, cum ar fi Rab GAP (GTPase - activating protein), AS160/TBC1D4, au apărut ca jucători importanți în mobilitatea IRV (revizuită în 8). Cu toate acestea, nu este clar în ce stadiu al traficului Glut4 participă AS160/TBC1D4, deoarece eliminarea sa nu imită complet translocația Glut4 dependentă de insulină. Prin urmare, este fezabil ca AS160/TBC1D4 să nu influențeze numai translocarea IRV preformate, dar poate fi implicat și în biogeneza lor. Procesul de biogeneză 9 și formarea dependentă de diferențiere a veziculelor Glut4 10 au fost recent revizuite. În continuare, vom lua în considerare problema interesantă a modului în care celula sortează o serie de proteine de marfă IRV majore cu funcții și proprietăți biochimice foarte diferite.

Veziculele mici preformate reprezintă forma primară de stocare Glut4 în celulă

În drumul său către și de la suprafața celulei, Glut4 trece prin mai multe compartimente intracelulare distincte (Figura 1). Acestea includ endozomi timpurii, vezicule de transport intermediar și/sau endosomi de reciclare transRețeaua Golgi (TGN) și veziculele receptive la insulină (IRV) (denumite și GSV pentru veziculele de stocare a transportorului de glucoză), despre care mulți cercetători consideră că sunt ținta reglării insulinei care are ca rezultat livrarea Glut4 la membrana plasmatică.

Sortarea conținutului de proteine IRV. Pornind de la membrana plasmatică, principalele proteine de marfă IRV suferă endocitoză pe baza diverselor lor motive de internalizare (Tabelul 1). Acestea sunt transportate de la endosomi timpurii la endosomi de reciclare și/sau TGN prin vezicule de celugirină (descrise în albastru), de asemenea, pe baza acestor motive de sortare. În ultimele compartimente, încărcătura IRV este concentrată pe baza interacțiunilor din domeniul luminal și a mugurilor către IRV utilizând GGA (descris în negru).

Natura fizică a principalelor compartimente care conțin Glut4 în celulele musculare adipoase și scheletice complet diferențiate a fost demonstrată prin microscopie imunoelectronică constând în principal din vezicule mici (70-100 nm în diametru) și tubuli scurți 11; fracționarea biochimică arată că 60-75% din cantitatea totală de Glut4 este prezentă în vezicule mici (aproximativ 80–100S) care sunt ușor de detectat prin centrifugare în gradient de zaharoză și alte metode biochimice 12. Restul transportorului este prezent în membrane intracelulare mari care sedimentează rapid, care sunt susceptibile să reprezinte endozomi de reciclare și probabil structuri TGN 11 .

În celulele adipoase cultivate, majoritatea membranelor care conțin Glut4, inclusiv vezicule mici, endozomi de reciclare și TGN, sunt concentrate în regiunea perinucleară, ceea ce face dificilă disecarea naturii „căii Glut4” prin imunofluorescență convențională. În special, există dovezi incomplete și chiar controversate dacă Glut4 traficează prin reciclarea endozomilor 13, TGN 14 sau ambelor compartimente. Publicații recente demonstrează că proteinele Golgi ‘clasice’ precum p115 15 și Golgin - 160 16 sunt implicate în sortarea și traficul Glut4. Acest lucru sugerează că aparatul Golgi (inclusiv TGN) poate fi implicat mai intim în „calea Glut4” decât a fost apreciat anterior. Această idee este în concordanță cu rezultatele recente care arată că retragerea Glut4 de la endosomi la TGN poate fi un pas esențial în „calea Glut4” a miocitelor umane 17, 18 .