GLUT: FONCTIONS, PRINCIPAUX TRANSPORTEURS DE GLUCOSE - LA BIOLOGIE - 2025

Les GLUT sont une série de convoyeurs de type grille, chargés d'effectuer le transport passif du glucose dans le cytosol d'une grande variété de cellules de mammifères.

Cependant, la plupart des GLUT qui ont été identifiés à ce jour ne sont pas spécifiques du glucose. Au contraire, ils sont capables de transporter différents sucres tels que le mannose, le galactose, le fructose et la glucosamine, ainsi que d'autres types de molécules comme les urates et le mannositol.

Structure typique d'un transporteur de glucose GLUT. Par A2-33, de Wikimedia Commons.

Au moins 14 GLUT ont été identifiés à ce jour. Tous ont des caractéristiques structurelles communes et diffèrent à la fois dans la distribution tissulaire et dans le type de molécule qu'ils transportent. Par conséquent, chaque type semble être adapté à différentes conditions physiologiques où il remplit un rôle métabolique particulier.

Mobilisation du glucose dans les cellules

La plupart des cellules vivantes dépendent de l'oxydation partielle ou totale du glucose pour obtenir l'énergie nécessaire à la réalisation de leurs processus vitaux.

L'entrée de cette molécule dans le cytosol de la cellule, où elle est métabolisée, dépend de l'aide de protéines de transport, car elle est suffisamment grande et polaire pour pouvoir traverser la bicouche lipidique par elle-même.

Dans les cellules eucaryotes, deux grands types de transporteurs impliqués dans la mobilisation de ce sucre ont été identifiés: les cotransporteurs Na + / glucose (SGLT) et les uniporteurs GLUT.

Les premiers utilisent un mécanisme de transport actif secondaire, où le cotransport Na + fournit l'énergie motrice pour mener à bien le processus. Alors que ces derniers effectuent un mouvement passif facilité, un mécanisme qui ne nécessite pas d'énergie et est en faveur du gradient de concentration du sucre.

Mécanisme de transport utilisé par les transporteurs GLUT hexose. Par Emma Dittmar - Travail personnel, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

Convoyeurs GLUT

Les transporteurs GLUT, pour l'acronyme en anglais de "Glucose Transporters", sont un groupe de transporteurs de type grille chargés de réaliser le transport passif du glucose du milieu extracellulaire vers le cytosol.

Ils appartiennent à la grande superfamille des transporteurs à diffusion facilitée (MSF), constituée d'un grand nombre de transporteurs chargés d'effectuer le transport transmembranaire d'une grande variété de petites molécules organiques.

Bien que leur nom semble indiquer qu'ils ne transportent que du glucose, ces transporteurs ont des spécificités variables pour différents monosaccharides de six atomes de carbone. Par conséquent, plus que des transporteurs de glucose, ce sont des transporteurs d'hexose.

À ce jour, au moins 14 GLUT ont été identifiés et leur emplacement semble être spécifique à un tissu chez les mammifères. Autrement dit, chaque isoforme est exprimée dans des tissus très particuliers.

Dans chacun de ces tissus, les caractéristiques cinétiques de ces transporteurs varient considérablement. Ce dernier semble indiquer que chacun d'eux est conçu pour répondre à différents besoins métaboliques.

Structure

Les 14 GLUT qui ont été identifiés à ce jour ont une série de caractéristiques structurelles communes.

Toutes sont des protéines membranaires multipass intégrales, c'est-à-dire qu'elles traversent la bicouche lipidique plusieurs fois à travers des segments transmembranaires riches en acides aminés hydrophobes.

La séquence peptidique de ces transporteurs varie entre 490-500 résidus d'acides aminés et leur structure chimique tridimensionnelle est similaire à celle rapportée pour tous les autres membres de la superfamille des principaux facilitateurs (MSF).

Cette structure se caractérise par la présentation de 12 segments transmembranaires en configuration d'hélice α et d'un domaine extracellulaire hautement glycosylé qui, selon le type de GLUT, peut être localisé dans la troisième ou cinquième boucle formée.

De plus, les extrémités amino et carboxyle de la protéine sont orientées vers le cytosol et présentent un certain degré de pseudosymétrie. La manière dont ces extrémités sont disposées spatialement donne naissance à une cavité ouverte qui constitue le site de liaison du glucose ou de tout autre monosaccharide à transporter.

En ce sens, la formation du pore à travers lequel le sucre transite en aval du site de liaison est définie par un agencement central d'hélices 3, 5, 7 et 11. Tous ont une densité élevée de résidus polaires qui facilitent la formation de l'environnement hydrophile interne du pore.

Classification

Les GLUT ont été classés en trois grandes classes en fonction du degré de similitude de la séquence peptidique, ainsi que de la position du domaine glycosylé.

Les GLUT appartenant aux classes I et II limitent le domaine hautement glycosylé à la première boucle extracellulaire située entre les deux premiers segments transmembranaires. Alors qu'en classe III, il est limité à la neuvième boucle.

Dans chacune de ces classes, les pourcentages d'homologie entre les séquences peptidiques varient entre 14 et 63% dans les régions les moins conservées et entre 30 et 79% dans les régions hautement conservées.

La classe I est constituée des transporteurs GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT 4 et GLUT14. Classe II pour GLUT5, 7, 9 et 11. Et classe III pour GLUT6, 8, 10 et 12 et 13.

Il est important de mentionner que chacun de ces transporteurs a des emplacements, des caractéristiques cinétiques, des spécificités et des fonctions de substrat différents.

Principaux transporteurs et fonctions du glucose

GLUT1

Il s'exprime principalement dans les érythrocytes, les cellules cérébrales, le placenta et les reins. Bien que sa fonction principale soit de fournir à ces cellules les niveaux de glucose nécessaires pour soutenir la respiration cellulaire, il est responsable du transport d'autres glucides tels que le galactose, le mannose et la glucosamine.

GLUT2

Bien que hautement spécifique pour le glucose, GLUT2 a une plus grande affinité pour la glucosamine. Cependant, il est également capable de transporter le fructose, le galactose et le mannose vers le cytosol des cellules hépatiques, pancréatiques et rénales de l'épithélium de l'intestin grêle.

GLUT3

Bien qu'il ait une forte affinité pour le glucose, GLUT3 se lie également et transporte le galactose, le mannose, le maltose, le xylose et l'acide déhydroascorbique avec une affinité plus faible.

Il est exprimé principalement dans les cellules embryonnaires, il maintient donc le transport continu de ces sucres du placenta vers toutes les cellules du fœtus. De plus, il a été détecté dans les cellules musculaires et testiculaires.

GLUT4

Il a une forte affinité pour le glucose et n'est exprimé que dans les tissus sensibles à l'insuline. Par conséquent, il est associé au transport du glucose stimulé par cette hormone.

GLUT8

Il transporte à la fois le glucose et le fructose à l'intérieur des cellules hépatiques, nerveuses, cardiaques, intestinales et adipeuses.

GLUT9

En plus de transporter le glucose et le fructose, il a une forte affinité pour les urates, c'est pourquoi il intervient dans leur absorption dans les cellules rénales. Cependant, il s'est avéré être également exprimé dans les leucocytes et les cellules de l'intestin grêle.

GLUT12

Dans le muscle squelettique, ce transporteur est transféré vers la membrane plasmique en réponse à l'insuline, agissant ainsi dans les mécanismes de réponse à cette hormone. Son expression a également été déterminée dans les cellules de la prostate, du placenta, des reins, du cerveau et des glandes mammaires.

GLUT13

Il effectue le transport couplé spécifique du myoinositol et de l'hydrogène. Avec cela, il contribue à abaisser le pH du liquide céphalo-rachidien à des valeurs proches de 5,0 par les cellules nerveuses qui composent le cervelet, l'hypothalamus, l'hippocampe et le tronc cérébral.

Références

1. Augustin R. Critical Review. La famille des protéines des facilitateurs de transport du glucose: il ne s'agit pas seulement de glucose après tout. IUBMB Life. 2010; 62 (5): 315-33.
2. Bell GI, Kayano T, Buse JB, Burant CF, Takeda J, Lin D, Fukumoto H, Seino S. Biologie moléculaire des transporteurs de glucose chez les mammifères. Traitements diabétiques. 1990; 13 (3): 198-208.
3. Castrejón V, Carbó R, Martínez M. Mécanismes moléculaires impliqués dans le transport du glucose. REB. 2007; 26 (2): 49-57.
4. Joost HG, Thorens B. La famille GLUT étendue des facilitateurs de transport de sucre / polyol: nomenclature, caractéristiques de séquence et fonction potentielle de ses nouveaux membres (revue). Mol Membr Biol.2001; 18 (4): 247-56.
5. Kinnamon SC, doigt TE. Un goût pour l'ATP: neurotransmission dans les papilles gustatives. Front Cell Neurosci. 2013; 7: 264.
6. Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C, Joost HG, Schürmann A. Caractérisation du gène humain SLC2A11 (GLUT11): utilisation alternative du promoteur, fonction, expression et distribution subcellulaire de trois isoformes, et manque d'orthologue de souris. Mol Membr Biol.2005; 22 (4): 339-51.
7. Schürmann A. Aperçu des transporteurs d'hexose «impairs» GLUT3, GLUT5 et GLUT7. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
8. Thorens B, Mueckler M. Les transporteurs de glucose au 21e siècle. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-145.
9. Yang H, Wang D, Engelstad K, Bagay L, Wei Y, Rotstein M, Aggarwal V, Levy B, Ma L, Chung WK, De Vivo DC. Syndrome de carence en Glut1 et test de capture du glucose dans les érythrocytes. Ann Neurol. 2011; 70 (6): 996-1005.