來自清華大學的研究人員發(fā)表了題為“Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1”的文章，報道了人類葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1的晶體結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果公布在Nature雜志上。

    文章的通訊作者是清華大學的顏寧（Nieng Yan），2007年作為普林斯頓大學博士的顏寧受聘于清華大學醫(yī)學院，成為清華最年輕的教授、博士生導師。在回國的幾年間，顏寧教授研究組主要聚焦于膜蛋白、膽固醇代謝調(diào)控通路相關(guān)因子的結(jié)構(gòu)生物學研究，在Science、Nature、Cell等雜志上發(fā)表多篇重要的論文，并榮獲了中國青年女科學家獎、HHMI國際青年科學家獎等獎勵。

    從低等微生物到高等動物如人類，葡萄糖代謝對于細胞維持正常生理功能有著至關(guān)重要的作用。但是葡萄糖無法自由通過由膦脂雙分子層構(gòu)成的疏水細胞膜，細胞對葡萄糖的攝入需要借助于細胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，其中一類屬于主要協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，簡稱MFS），是大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、紅細胞、各個器官中最重要的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（glucose transporters,簡稱GLUT）。

    GLUT1是MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白亞家族成員。GLUT1由SLC2A1編碼，廣泛表達于多種組織細胞調(diào)節(jié)葡萄糖攝取。尤其是它對葡萄糖分子具有很高的親和力，因此在相對低濃度的狀態(tài)下也能轉(zhuǎn)運葡萄糖分子，是介導葡萄糖經(jīng)過血腦屏障的主要轉(zhuǎn)運蛋白。血腦屏障內(nèi)皮細胞中的GLUT1對大腦和其他器官的葡萄糖**起至關(guān)重要的作用。

    失活性突變會導致GLUT1葡萄糖轉(zhuǎn)運活性受損，使得大腦缺乏能量**而引發(fā)相關(guān)人類疾病。GLUT1缺陷綜合征（又稱作為De Vivo綜合征）具有早發(fā)性癲癇、小頭畸形和發(fā)育遲緩等一系列的癥狀特征。由于無氧糖酵解是一種較低效率的能量獲取方式，癌細胞必須更加努力地獲取更多的食物，尤其是葡萄糖來維持生存。以往的研究在幾種癌細胞類型中均觀察到GLUT1表達水平增高，確定了GLUT1是腫瘤發(fā)生的一個重要預后指標。由于其重要的生理和病理作用，GLUT1成為了當前功能和結(jié)構(gòu)測定研究的一個熱點。

    在這篇文章中，研究人員報告了分辨率為3.2埃的人類GLUT1晶體結(jié)構(gòu)。捕獲的全長GLUT1蛋白呈現(xiàn)一種向內(nèi)開放的構(gòu)象，并表現(xiàn)出典型的MFS家族折疊方式——由12個跨膜螺旋組成N端和C端兩個以假兩次軸對稱的結(jié)構(gòu)域。這種結(jié)構(gòu)使得研究人員能夠精確地繪制出GLUT1中致病突變結(jié)構(gòu)圖譜，并闡明其潛在機制。

    在以往的研究中，顏寧課題組曾獲取了GLUT1-4在大腸桿菌中的同源蛋白XylE的結(jié)構(gòu)。XylE在腸桿菌中負責將D-木糖以質(zhì)子依賴的方式同向轉(zhuǎn)運進入細胞。在這篇文章中，研究人員將GLUT1與XylE的結(jié)構(gòu)進行了對比，從而為理解協(xié)助擴散單向轉(zhuǎn)運體及質(zhì)子驅(qū)動的協(xié)同轉(zhuǎn)運體的轉(zhuǎn)運機制奠定了基礎(chǔ)。

    獲得GLUT1、XylE和GlcP的結(jié)構(gòu)為從結(jié)構(gòu)和機制上了解參與各種生物學過程及與許多生物技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的這一MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運家族提供了重要的新見解。此外，新研究結(jié)果也為開發(fā)出靶向GLUT1和其他生理上重要的MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的潛在治療藥物提供了指導準則。