グルコースの代謝と細胞シグナル伝達

グルコースの代謝と細胞シグナル伝達に関連する分子

グルコースの代謝と細胞シグナル伝達

哺乳動物細胞は、静止状態を脱して細胞周期に入るために細胞外成長因子によって開始される受容体媒介シグナル伝達を必要とする。 細胞増殖および分裂の開始は、増殖する細胞に必要な新しいタンパク質、脂質、および核酸の合成を支持するのに十分な炭素、窒素、および自由エネルギーのための代謝要件を導入する。

グルコースの代謝における Aktシグナル の役割
Akt過剰活性化は、腫瘍細胞において観察されるグルコース代謝速度の増加と関連していると考えられている。Aktシグナルは、いくつかのメカニズムによって癌細胞における解糖に直接影響を与える。AktはグルコーストランスポーターGLUT1 の細胞膜への局在を調節し、そしてヘキソキナーゼの発現、活性、ミトコンドリア相互作用を調節することが証明されている。さらに、Aktはホスホフルクトキナーゼ2 (PFK2)を直接リン酸化することによって、解糖の速度を制御する酵素ホスホフルクトキナーゼ1(PFK1)を間接的に活性化する可能性がある。ホスホフルクトキナーゼ2はPFK1の最も強力なアロステリック・アクティベーターであるフルクトース 2,6-ビスリン酸(Fru-1,6-P2)を生成する。これらの発見の裏付けとして、Aktの活性が神経膠芽腫細胞における解糖の程度と相関することが見出され、すなわち、Akt活性が高いほど、解糖の速度が高い。

グルコースの代謝における EGFRシグナル の役割

EGFR とグルコースの代謝の間にも強い関係がある。EGFRはさらにグルコースの代謝に影響を及ぼす可能性がある。なぜなら、膜内のEGFRの物理的存在がナトリウム・グルコース共輸送体(SGLT1)を安定化することが見出され、そしてSGLT1はEGFRシグナル伝達開始とは無関係に、EGFR過剰発現によるグルコース消費の増加を引き起こすかもしれないからである。

グルコースの代謝におけるHIF1シグナルの役割
HIF1(低酸素誘導因子1)シグナル経路もまた、細胞グルコースの代謝の調節において中心的な役割を果たす。HIF1は転写因子であり、低酸素(低い酸素分圧)に対する適応的細胞応答におけるその役割を通して最初に同定された。酸素が制限されている場合、ATPが酸化的リン酸化のみによって産生され続けると、ミトコンドリアにおけるクエン酸回路がミトコンドリアのレドックスストレスを引き起こす。これらの条件下で、HIF1はその産物が嫌気性解糖に関与する遺伝子の発現を促進する。これは、グルコースからピルビン酸へ変換するサイトゾルにおけるATPの生成の増加をもたらす。

グルコースの代謝と細胞シグナル伝達に関連する参考文献

• Ward P S, Thompson C B. Signaling in control of cell growth and metabolism[J]. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2012, 4(7): a006783.
• Simons A L, et al. The role of Akt pathway signaling in glucose metabolism and metabolic oxidative stress[M]//Oxidative Stress in Cancer Biology and Therapy. Humana Press, 2012: 21-46.