LLGL1调控小GTP酶在胰岛素诱导GLUT4膜转运中的机制研究

Insulin-regulated GLUT4 translocation is a multiple trafficking steps-consisted process. The normal functions of these steps assure normal glucose uptake in fat and muscles, and eventually maintain proper glucose homeostasis. Our preliminary data demonstrates that knockdown of Rab10 in 3T3-L1 resulted in a slower initiation of GLUT4 translocation response to insulin stimulation, which was a result of the limitation on the "pre-fusion" step. This proposal aims to further address: 1) the regulation step of Rab10 in GLUT4 translocation; 2) the function of LLGL1, a protein for regulation of Rab10, in GLUT4 translocation; and 3) the mechanism of LLGL1 interaction with Rab10 in regulation of the process. Our goal is for better understanding the insulin-regulated GLUT4 translocation in adipocytes and providing fundamental guidance for cure diabetes in the future.

胰岛素诱导脂肪和肌肉细胞中的葡萄糖转运体4（GLUT4）向细胞膜转运是一个多步骤的过程。其各个步骤的正常运转是细胞正常摄取血糖和维持机体葡萄糖稳态平衡的关键环节。我们的初期结果显示沉默3T3-L1脂肪细胞的小GTP酶（small GTPase）-Rab10，能延迟胰岛素诱导的GLUT4膜转运的启动，该效应可能是因为沉默Rab10抑制了GLUT4与细胞膜的 "融合前"（pre-fusion）过程。基于上述工作基础，本项目旨在通过生化、分子、细胞生物学的方法，在3T3-L1脂肪细胞进一步研究：1）Rab10在GLUT4膜转运中的调控步骤；2）Rab10的调控蛋白LLGL1在脂肪细胞GLUT4膜转运中的作用；以及3）LLGL1与Rab10相互作用共同调控GLUT4膜转运的分子机制。本项目将加深对胰岛素诱导的GLUT4膜转运的认识，为了解胰岛素抵抗和治疗糖尿病提供理论基础。

胰岛素诱导脂肪和肌肉细胞中的葡萄糖转运体4（GLUT4）向细胞膜转运是一个多步骤的过程。其各个步骤的正常运转是细胞正常摄取血糖和维持机体葡萄糖稳态平衡的关键环节。..本研究中，我们完成了以下研究工作：.1、确定了Rab10参与了胰岛素调控的GLUT4膜转运过程的“融合前”步骤。通过监测胰岛素刺激后不同时间点GLUT4的膜转运情况发现，沉默Rab10后减缓了胰岛素刺.激初期GLUT4向细胞膜的转运，利用本实验室自行搭建的TIRFM显微镜平台进一步证明了沉默Rab10减少了GLUT4蛋白在细胞膜附近的累积，说明Rab10参与了GLUT4转运的“融合前”步骤；.2、初步确定了LLGL1蛋白是通过激活Rab10参与GLUT4向细胞膜的转运。我们发现在永久沉默Rab10稳定株细胞中过表达LGL1可提高静息状态下GLUT4的膜转运，同.时过表达LLGL1蛋白可使活性形式的Rab10增加约20%，初步说明LLGL1蛋白在3T3-L1脂肪细胞中仍具有Rab10活性调节功能，并且通过调节Rab10活性进而对GLUT4膜转运也具有一定调节作用；.3、此外，我们还在本课题研究过程中利用已搭建好的显微镜平台开展了一些额外的工作并取得了出乎预料但同样很重要的结果，即：我们利用直接随机光学重建显微技术（dSTORM）对不同状态下脂肪细胞质膜上GLUT4的分布模式进行观察和统计分析，从单分子水平解析了脂肪细胞质膜表面GLUT4在不同生理状态下的具体分布，首次发现胰岛素抵抗会导致细胞膜上的GLUT4的分布模式变得更加聚集，同时我们发现GLUT4 N-端F5QQI序列以及脂筏与细胞膜上GLUT4的分布模式存在直接联系。..本研究确定了Rab10参与GLUT4膜转运“融合前”步骤，首次确认了LLGL1在GLUT4膜转运中的功能并初步确认LLGL1是通过激活Rab10参与GLUT4膜转运的，另外我们还首次发现胰岛素抵抗除了影响GLUT4膜转运之外对GLUT4在细胞膜上的分布模式也有影响。本研究得到的结果促进了人们对于GLUT4膜转运信号途径有课新的认识，同时也从全新的角度重新认识了胰岛素抵抗的发病机制。..除此之外，在资助项目执行期间共培养硕士博士研究生共4人，参加2次国内学术会议,并与中国科学院长春应用化学研究所王宏达课题组建立了良好的合作关系。