¿Cuáles son las diferencias estructurales entre GLUT1 y GLUT4?

Fig. 1 “El diagrama muestra un gráfico de homología entre GLUT1 y GLUT4. Los residuos que son exclusivos de GLUT4 se muestran en rojo”. [Ref1]

Figura 2. Human GLUT1 [Ref4]

Secuencia de aminoácidos GLUT1 humana [Ref2] (Negrita indica dominio transmembrana)
MEPSSKKLTGRL MLAVGGAVLGSLQFGYNTGVI NAPQKVIEEFYNQTWVHRYGESILPTTLTTLWS LSVAIFSVGGMIGSFSVGLFV NRFGRRNS MLMMNLLAFVSAVLMGFSKLG KSFEMLILGR FIIGVYCGLTTGFVPMYVGEV SPTALRGA LGT LHQLGIVVGILIAQVFGL DSIMGNKDL WPLLLSIIFIPALLQCIVLPF CPESPRFLLINRNEENRAKSVLKKLRGTADVTHDLQEMKEESRQMMREKKVTILELFRSPAYRQP ILIAVVLQLSQQLSGINAVFY YSTSIFEKAGVQQP VYATIGSGIVNTAFTVVSLFV VERAGRRTLH LIGLAGMAGCAILMTIALALL EQLPWMSYLS IVAIFGFVAFFEVGPGPIPWF I VAELFSQGPRP AAIAVAGFSNWTSNFIVGMCF QYVEQLC GPYVFIIFTVLLVLFFIFTYF KVPETKGRTFDEIASGFRQGGASQSDKTPEELFHPLGADSQV

Secuencia de aminoácidos GLUT4 humana [Ref3]
MPSGFQQIGSEDGEPPQQRVTGTL VLAVFSAVLGSLQFGYNIGVI N
APQKVIEQSYNETWLGRQGPEGPSSIPPGTLTTLWA LSVAIFSVGGMISSFLIGIIS QWLGRKRA MLVNNVLAVLGGSLMGLANAA ASYEMLILGR FLIGAYSGLTSGLVPMYVGEI APTHLRGAL GTLNQLAIVIGILIAQVLGLE SLLGTASL WPLLLGLTVLPALLQLVLLPF CPESPRYLYIIQNLEGPARKSLKRLTGWADVSGVLAELKDEKRKLERERPLSLLQLLGSRTHRQP LIIAVVLQLSQQLSGINAVFY YSTSIFETAGVGQP AYATIGAGVVNTVFTLVSVLL VERAGRRTLH LLGLAGMCGCAILMTVALLLL ERVPAMSYVS IVAIFGFVAFFEIGPGPIPWFIVAE LFSQGPRP AAMAVAGFSNWTSNFIIGMGF QYVAEAM GPYVFLLFAVLLLGFFIFTFL RVPETRGRTFDQISAAFHRTPSLLEQEVKPSTELEYLGPDEND

Características de GLUT : –
– La presencia de 12 segmentos transmembrana predichos. Posiblemente creado a partir de proteína antecesora simétrica (gen ancestral) que comprende 6 dominios transmembrana.
– La aparición de un motivo de aminoácidos pentaméricos altamente conservado (RXGRR, donde X puede ser cualquier aminoácido y R puede ser reemplazado por K) que se encuentra dentro de los bucles citoplásmicos que separan los segmentos transmembrana 2-3 y 8-9. El papel de los motivos pentámeros en la función de transporte aún no se ha investigado para ningún miembro eucariótico de la superfamilia de facilitadores principales, y un papel putativo de los motivos en la estructura o biosíntesis aún no se ha abordado para ningún miembro de la superfamilia. Los motivos RXGRR probablemente no desempeñen un papel directo en el mecanismo de transporte, pero solo pueden funcionar como puntos de anclaje citoplásmicos para la generación de la topología de membrana correcta. [Ref4]

Características de GLUT1 : –
– La topología pronosticada basada en la propiedad del aminoácido es la que se muestra a continuación [Ref6]
– La estructura tridimensional, la unión del sustrato y el transporte de sustrato de GLUT no están tan bien definidos como los de la lac permeasa. Por lo tanto, solo los modelos hipotéticos están disponibles por ahora como se muestra a continuación. [Ref6] Además, la mutagénesis dirigida al sitio para varios residuos de aminoácidos se realiza para predecir la influencia del aminoácido en la estructura, las propiedades de unión del sustrato y las propiedades de transporte.

– La mutagénesis dirigida al sitio para R333 es la siguiente. R333 es un componente de 330 conservados (RXGRR) 334 motivos en el bucle intracelular que conecta el dominio transmembranaTMD 8 y 9. La conservación evolutiva del residuo R333 implica la importancia funcional de esta posición. Se demostró que el sustituto de R333G suprimía por completo la actividad del transporte de glucosa como resultado de la perturbación local de la topología de la membrana. Tales observaciones indicaron que R333 podría servir como un punto de anclaje citoplásmico crítico de Glut1. En base a los hallazgos anteriores, se esperaría que la mutación R333W que sustituye la arginina cargada positivamente por un triptófano no polar destruya la topología de la membrana de Glut1 y dé como resultado defectos funcionales. [Ref5] La sustitución de lisinas por las argininas no tuvo efecto en la topología de la membrana. Concluimos que las cargas positivas en el motivo RXGRR forman puntos de anclaje citoplásmicos locales críticos implicados en la determinación de la topología de la membrana de Glut1. [Ref4]
– El efecto de cambiar el residuo de ariginina a residuo de glicina en el bucle 2 y el bucle 8 se describe a continuación. [Ref4]

– La mutagénesis dirigida al sitio para el residuo de ácido otheramino es la siguiente [Ref5] [Ref6]

Posición de AA Wild-type AA Mutant AA Effect
66 S C efecto menor en el transporte
La actividad de transporte S F es del 45%
295 T M 77% de reducción de la actividad de transporte de glucosa
126 R L Patógeno
R H Patógeno
R C Patógeno
412 W n / a Actividad de transporte deteriorada
388 W n / a Efecto moderado sobre la actividad
282 Q L Disminución de la unión del sustrato
415 N n / a Actividad reducida

– El triptófano es el residuo de aminoácido más raro y altamente conservado en proteínas solubles y con frecuencia desempeña un papel importante en la estructura y la actividad catalítica. De los seis residuos de triptófano en Glutl, tres se conservan en Glutl-5 (Trp65, Trpl86 y Trp412) y se conserva un cuarto (Trp 388)
en cuatro de estas cinco isoformas

Características de GLUT4 : –
– Una masa molecular prevista de aproximadamente 55 kDa y un punto isoeléctrico de 6,7 [Ref7]
– El dominio extracelular principal corresponde a un bucle de aproximadamente 30 aminoácidos localizado entre TMI y TMII y contiene un sitio de glicosilación pronosticado (K50)
– El extremo N del GLUT4 humano contiene el motivo F5QQI8 que se ha demostrado que es importante para su internalización desde la superficie de la célula. Además, el extremo C del GLUT4 humano contiene el grupo ácido T498ELEY502 que se ha demostrado que es importante para la retención intracelular de GLUT4 en condiciones basales. Las mutaciones de estos dos motivos en GLUT4 conducen a alteraciones en el tráfico intracelular de GLUT4 [Ref7]
– La sustitución de H7 por Q7 puede tener consecuencias funcionales para el tráfico de GLUT4 [Ref7]
– El residuo C-terminal Y502, que se cree que es importante para regular la liberación de GLUT4 desde sus compartimentos de almacenamiento intracelular [Ref7]
– Se sabe que GLUT4 está influenciado por la insulina. Sin embargo, se desconoce si la unión de insulina a GLUT4 contribuye al aumento de la actividad de transporte de glucosa o no. Aunque se sabe que se produce un aumento en la actividad de transporte de glucosa como resultado de la translocación de GLUT4. [Ref6]
– Translocación de GLUT4 – La isoforma Glut4 específica de tejido está presente en un compartimento especial de membrana intracelular en el estado basal y se recluta a la membrana plasmática en respuesta a insulina u otros estímulos que señalan la necesidad de niveles más altos de transporte celular de glucosa. (Ver la figura a continuación)
[Ref6].

Aminoácidos de las isoformas GLUT alineados [Ref6]

Más material de lectura: –
[1] Página en umassmed.edu
[2] Página en jst.go.jp

Referencias
[Ref1] – Nature Reviews Biología celular molecular
[Ref2] Página en uniprot.org
[Ref3] Página en uniprot.org
[Ref4] Un motivo conservado de aminoácidos (RXGRR) en el transportador de Glut1 Glucosa es un determinante importante de la topología de la membrana
[Ref5] Las mutaciones sustitutivas de un solo aminoácido Glut1 asociadas a la enfermedad S66F, R126C y T295M constituyen estados de deficiencia de Glut1 in vitro
[Ref6] Página en wiley.com
[Ref7] Evolución estructural y funcional del transportador de glucosa 4 (GLUT4): una mirada al GLUT4 en el pescado