Molecularbasisofligandrecognitionandtransportbyglucosetransporters中文译版解说.doc

Molecular basis of ligand recognition and transport by glucose transporters 葡萄糖转运蛋白识别及转运配体的分子基础 转运超蛋白家族中的葡萄糖转运蛋白（GLUTs），例如人类GLUT1-4，在溶质转运的研究中至关重要。运用脂质立方相结晶法和微聚焦X射线衍射法向胞外闭合构象人GLUT3与-葡萄糖复合物的结构，分辨率达到了1.5 ?这一高分辨率的结构使得能够辨别出-葡萄糖的α和β分辨率为2.6?向胞外开放2.4 ?，向胞外闭合两种构象下的GLUT3与外表面抑制子麦芽糖复合物的结构在所有三种结构中，配体主要是由羧端结构域极性残基协调跨膜片段TM7胞外部分局部重排是从向胞外开放转变为向胞外闭合构象的必要条件面向外的GLUT3结构与向内开放GLUT1结构为GLUTs的机制及动力学提供了重要框架，并为合理设计和优化配体提供了。GLUTs有各自不同的时空分布，显示出不同的转运动力学、能力和底物选择性。 GLUT1-4是其中最明确确定特征的溶质转运蛋白。其中，GLUT1是最先被确定特征的几种溶质转运蛋白之一，为认识溶质转运提供了例GLUT1是负责红细胞葡萄糖摄入和穿越血脑屏障运输的主要葡萄糖转运蛋白，并普遍存在于多种组织细胞的葡萄糖摄取过程中。GLUT2在胰腺β细胞、肠、肾和肝中表达，响应喂食或禁食状态来控制葡萄糖的摄取和外流GLUT3因为其在神经元中发挥主要功能被称作为“神经元葡萄糖转运蛋白”GLUT4可对脂肪细胞和肌肉中的胰岛素做出响应。II型糖尿病及阿尔茨海默症。GLUT1和GLUT3会在多种不同的实体瘤中过度表达，这是因为缺氧情况下ATP的生成减少，肿瘤对葡萄糖的需求显著增高，这种现象被称为Warburg效应。基于GLUTs过度表达的癌症诊断及潜在疗法的研究，例如采用正电子发射断层扫描来监测2-脱氧-2-[18F]氟代脱氧葡萄糖的摄取，吸引了越来越多的关注。此外，还有一些研究计划利用葡萄糖转运蛋白来提高膜通透性，并开发抗癌药物的组织特异性运输。因此，确定GLUTs的结构，尤其是GLUTs与配体构成的复合物的结构是配体设计和优化的先决条件。 GLUTs以交替开放机制发挥作用，通过转运蛋白构象的周期改变，两侧膜上的底物结合位点也交替暴露。最近又发现了GLUT1的一种向内开放的构象。大肠杆菌的GLUTs同源类似物XylE的结构有三种已知状态：与配体结合同时向胞外闭合、向胞内开放和部分向胞内闭合。 这里我们展示了在向胞外闭合构象下人GLUT3与D-葡萄糖复合物分辨率达到了1.5 ?GLUT3与外表面抑制子麦芽糖复合物向胞外开放向胞外闭合两种构象下的结构?的结果。GLUT3的跨膜片段显示一个典型的转运超蛋白家族同12个跨膜片段折叠在一起，共同折入蛋白质氨基端和羧基端结构域，其中每个片段都包含“3+3”的反向重复序列。其中TM7和TM10是不连续的螺旋，因此每部分分别被称作TM7a，TM7b和 TM10a，TM10b。氨基端和羧基端结构域借助四个螺旋(IC1–4)结合，同羧基端螺旋IC5一起组成了胞内螺旋（ICH）结构域。 GLUT3多肽链被提纯之后，结合状态的D-葡萄糖的电子密度在中央腔内可以清晰地辨认出。在面向外的GLUT3结构中，配体存在于膜的内侧或外侧，并且都是闭合的。因此，这种结构代表了一种与底物结合且向外闭合的状态。除了D-葡萄糖之外，作为LCP主要组成成分三种油酸甘油酯分子也是如此。 通过GLUT3识别D-葡萄糖的α-和β-异构体 大量的域间相互作用使得细胞存在胞外和胞内的闸口以及隔绝周围环境中配体的屏障。高分辨率为GLUTs的底物识别提供了史无前例的清晰度。更加有趣的是，2FO-FC的电子密度显示出D-葡萄糖存在α-和ββ-D-葡萄糖存在，但精确结构仍显示α异构体占有优势，比例大约为69%。 D-葡萄糖在中央腔内的结合是不对称的。D-葡萄糖的定位点跨膜厚度的一半，距离羧基端结构域更近，羧基端结构域面向转运路径表面的中心部位提供了主要的底物调节位点。羧基端结构域的六个极性残基，包括TM7a的Gln280和Gln281、TM7b的Asn286、TM8的Asn315、TM10a的Glu378以及TM10b的Trp386，共同形成了8个氢键协调D-葡萄糖。 至于氨基端结构域，D-葡萄糖更靠近TM1和TM5。TM5上的Gln159是氨基端结构域中唯一一个参与D-葡萄糖氢键连接的极性残基。 D-葡萄糖的α-和βα-和β分辨率为2.6?向胞外开放2.4 ?时，向胞外闭合 ?均方根偏差来看，GLUT3与麦芽糖复合物的向胞外闭合的结构同其与葡萄糖的复合物结构几乎不可区分。当两种结构叠合时，麦芽糖的第二个葡萄糖单位（Glc2）和D-葡萄糖完全重叠。Glc2的配