運動、GLUT4、および骨格筋のグルコース取り込み

Exercise, GLUT4, and skeletal muscle glucose uptake.

抄録

グルコースは筋肉を収縮させるための重要な燃料であり、正常なグルコース代謝は健康維持に不可欠である。グルコースは、グルコーストランスポーターGLUT4を通じて拡散し、筋収縮に伴って細胞内貯蔵庫から細胞膜とT字管に移動して筋細胞に入る。ここでは、運動による筋グルコース取り込みがどのように制御されているかについての現在の理解について述べる。グルコースの供給と代謝の役割を簡単に説明し、GLUT4トランスロケーションと筋収縮時にこれを動かす分子シグナル伝達を中心に説明する。筋収縮による分子シグナル伝達は複雑で、シグナル伝達カスケードの近位部にはAMPK、Ca(2+)、NOS、遠位部にはGTPases、Rab、SNAREタンパク質や細胞骨格成分など様々なシグナル伝達分子が関与しています。筋のグルコース取り込みの急性制御はGLUT4のトランスロケーションに依存しているが、グルコースの取り込みは、運動後に増加する筋GLUT4の発現にも依存している。AMPKとCaMKIIは、HDAC4/5-MEF2軸とMEF2-GEF相互作用を介してGLUT4の発現を制御する主要なシグナル伝達キナーゼであり、HDAC4/5の核外輸送をもたらし、その結果GLUT4プロモーター上のヒストンの過アセチル化とGLUT4転写の増大をもたらすようである。運動トレーニングは、骨格筋のGLUT4発現を増加させる最も強力な刺激であり、この効果は、健康および疾患における運動トレーニング後のインスリン作用およびグルコース処理の改善、筋グリコーゲン貯蔵量の増加に一部寄与していると考えられる。

Glucose is an important fuel for contracting muscle, and normal glucose metabolism is vital for health. Glucose enters the muscle cell via facilitated diffusion through the GLUT4 glucose transporter which translocates from intracellular storage depots to the plasma membrane and T-tubules upon muscle contraction. Here we discuss the current understanding of how exercise-induced muscle glucose uptake is regulated. We briefly discuss the role of glucose supply and metabolism and concentrate on GLUT4 translocation and the molecular signaling that sets this in motion during muscle contractions. Contraction-induced molecular signaling is complex and involves a variety of signaling molecules including AMPK, Ca(2+), and NOS in the proximal part of the signaling cascade as well as GTPases, Rab, and SNARE proteins and cytoskeletal components in the distal part. While acute regulation of muscle glucose uptake relies on GLUT4 translocation, glucose uptake also depends on muscle GLUT4 expression which is increased following exercise. AMPK and CaMKII are key signaling kinases that appear to regulate GLUT4 expression via the HDAC4/5-MEF2 axis and MEF2-GEF interactions resulting in nuclear export of HDAC4/5 in turn leading to histone hyperacetylation on the GLUT4 promoter and increased GLUT4 transcription. Exercise training is the most potent stimulus to increase skeletal muscle GLUT4 expression, an effect that may partly contribute to improved insulin action and glucose disposal and enhanced muscle glycogen storage following exercise training in health and disease.