GLUT1

GLUT-1
—
Größe	492 Aminosäuren
Struktur	Homotetramer; multipass (12 TMS) Membranprotein
Bezeichner
Gen-Namen	SLC2A1; GLUT1
Externe IDs	OMIM: 138140 UniProt: P11166
Transporter-Klassifikation
TCDB	2.A.1.1.28
Bezeichnung	Major-Facilitator-Superfamilie / Glucosetransporter
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon	Säugetiere

GLUT-1, auch Erythrozyten/Hirn-Hexose-Facilitator (Gen: SLC2A1) ist das Protein in der Zellmembran von Erythrozyten und Zellen der Blut-Hirn-Schranke in Säugetieren, das die Einschleusung von Glukose, aber auch anderen Pentosen und Hexosen, sowie Vitamin C ins Zellinnere erleichtert. Es handelt sich also um ein Transportprotein und es ist unentbehrlich für die Versorgung des Gehirns mit Glukose. GLUT-1 kommt aber auch in den meisten anderen Geweben vor, wo es die Glukoseversorgung unabhängig von Insulin ermöglicht. Mutationen im SLC2A1-Gen können das GLUT1-Defizit-Syndrom hervorrufen.^[1][2]

Funktion

Die Transportgleichung lautet:^[3]

Solut_außen ⇔ Solut_innen

Es handelt sich also um einen Uniport. Bevorzugte Solute sind D-Glukose, Dehydroascorbinsäure, Quercetin. Über einen parallelen Kanal kann gleichzeitig Wasser diffundieren. Für den Glukosetransport wurde ein rutschender Prozess über mehrere Bindungsstellen hinweg vorgeschlagen. Das Umschalten auf Dehydroascorbat-Transport in Erythrozyten erfolgt mittels des Membranproteins Stomatin und dieser Prozess kommt nur in denjenigen Säugetieren vor, die nicht selbst Ascorbinsäure bilden können.^[4][5]

Medizinische Bedeutung

In Tiermodellen von Diabetes mellitus ist die Expression von GLUT1 in Herzmuskelgewebe und in Gefäßen der Netzhaut (Retina) vermindert. Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 weisen in Skelettmuskelzellen eine verminderte Expression von GLUT1 und eine verminderte Glukoseaufnahme auf. Im Gegensatz dazu findet man bei Diabetikern in der Mesangiumzelle des Nierenkörperchens eine erhöhte Expression von GLUT1. Dies bewirkt in der Niere eine vermehrte Glukoseaufnahme und eine überschießende Aktivierung glukoseabhängier Stoffwechselwege. Dies führt letztendlich zu einer erhöhten Bildung von TGF-β. Diese Hochregulation von TGF-β fördert die überschießende Produktion extrazellulärer Matrix, welche als eine mögliche Ursache der diabetischen Nierenschädigung angesehen wird. Zudem fördert TGF-β wiederum die Expression von GLUT1 und unterhält so den Pathomechanismus.

Eine erhöhter Druck in den Kapillaren des Nierenkörperchens oder ein Anstieg von Angiotensin-II fördert ebenfalls die Expression von GLUT1 in der Niere. Möglicherweise ist dieser Mechanismus eine Ursache der durch Bluthochdruck oder Fettsucht verursachten Nierenschädigung (Nephrosklerose).^[6]

Ein angeborener Defekt des SLC2A1-Gens kann zu GLUT1-Mangel führen (GLUT1-Defizit-Syndrom). Es führt aufgrund einer mangelnden Versorgung des Gehirns mit Glukose als einzigem Brennstoff zu einer deutlichen Verzögerung der körperlichen und geistigen Entwicklung, einer Epilepsie und einem im Wachstum zurückbleibendem Kopfumfang (erworbener Mikrozephalus), in etwa der Hälfte der betroffenen Kinder auch zu einer Gleichgewichtsstörung (Ataxie) und einer verminderten Muskelkraft (muskuläre Hypotonie).^[7]

GLUT-1 ist eine Andockstelle für das HTLV.^[8][9] Varianten von GLUT-1 sind assoziiert mit diabetischer Nephropathie bei Diabetes mellitus.^[10] GLUT-1 wird in mehreren Krebszelllinien überexprimiert.^[11][12]

Regulation

Bei der Regulation der Glukoseaufnahme sowie der Expression von GLUT-1 ist offensichtlich GSK-3 involviert, via Modulation durch TSC2 und mTOR. ^[13]

Einzelnachweise

1. ↑ UniProt P11166
2. ↑ Suls A, Dedeken P, Goffin K, et al: Paroxysmal exercise-induced dyskinesia and epilepsy is due to mutations in SLC2A1, encoding the glucose transporter GLUT1. In: Brain. 131, Nr. Pt 7, July 2008, S. 1831–44. doi:10.1093/brain/awn113. PMID 18577546
3. ↑ TCDB: 2.A.1
4. ↑ Cunningham P, Afzal-Ahmed I, Naftalin RJ: Docking studies show that D-glucose and quercetin slide through the transporter GLUT1. In: J. Biol. Chem.. 281, Nr. 9, March 2006, S. 5797–803. doi:10.1074/jbc.M509422200. PMID 16407180
5. ↑ Montel-Hagen A, Kinet S, Manel N, et al: Erythrocyte Glut1 triggers dehydroascorbic acid uptake in mammals unable to synthesize vitamin C. In: Cell. 132, Nr. 6, March 2008, S. 1039–48. doi:10.1016/j.cell.2008.01.042. PMID 18358815
6. ↑ Luigi Gnudi et al.:: „Mechanical Forces in Diabetic Kidney Disease: A Trigger for Impaired Glucose Metabolism.“ J Am Soc Nephrol 2007; 18: S. 2226-2232 Abstract
7. ↑ Kepler et al.: Angeborene Störungen des Glucosetransports. In: Monatsschrift Kinderheilkunde 2000 148:2–11
8. ↑ Manel N, Kim FJ, Kinet S, Taylor N, Sitbon M, Battini JL: The ubiquitous glucose transporter GLUT-1 is a receptor for HTLV. In: Cell. 115, Nr. 4, November 2003, S. 449–59. PMID 14622599
9. ↑ Afonso PV, Ozden S, Cumont MC, et al: Alteration of blood-brain barrier integrity by retroviral infection. In: PLoS Pathog.. 4, Nr. 11, November 2008, S. e1000205. doi:10.1371/journal.ppat.1000205. PMID 19008946
10. ↑ Makni K, Jarraya F, Rebaï M, et al: Risk genotypes and haplotypes of the GLUT1 gene for type 2 diabetic nephropathy in the Tunisian population. In: Ann. Hum. Biol.. 35, Nr. 5, 2008, S. 490–8. doi:10.1080/03014460802247142. PMID 18821326
11. ↑ Ahrens WA, Ridenour RV, Caron BL, Miller DV, Folpe AL: GLUT-1 expression in mesenchymal tumors: an immunohistochemical study of 247 soft tissue and bone neoplasms. In: Hum. Pathol.. 39, Nr. 10, October 2008, S. 1519–26. doi:10.1016/j.humpath.2008.03.002. PMID 18620729
12. ↑ Li J, Yang SJ, Zhao XL, et al: [Significant increase of glucose transport activity in breast cancer]. In: Zhonghua Bing Li Xue Za Zhi. 37, Nr. 2, February 2008, S. 103–8. PMID 18681321
13. ↑ Buller CL, Loberg RD, Fan MH, et al: A GSK-3/TSC2/mTOR pathway regulates glucose uptake and GLUT1 glucose transporter expression. In: Am. J. Physiol., Cell Physiol.. 295, Nr. 3, September 2008, S. C836–43. doi:10.1152/ajpcell.00554.2007. PMID 18650261

Weblinks

• reactome.org: alpha-D-glucose (extracellular) <=> alpha-D-glucose (cytosol) |GLUT1|