赤と白の筋肉におけるグルコーストランスポーターの存在量、局所化、およびインスリン誘発転座

細胞膜画分に結合するD-グルコース保護性サイトカラシンB（CB）を使用して、ラットの赤筋（大腿四頭筋-腓腹筋-ヒラメ筋）および白筋（大腿四頭筋-腓腹筋）のグルコーストランスポーター数を測定しました。CB結合は、白筋よりも赤筋の単離細胞膜の方が2倍高かった。対照的に、単離されたインスリン感受性細胞内膜小器官のトランスポーターの数は、2 つの筋肉グループで同様でした。抗GLUT4および抗GLUT1抗体を用いた免疫ブロッティングおよび免疫蛍光顕微鏡検査により、GLUT1およびGLUT4トランスポーターアイソフォームの両方が、白筋よりも赤筋の原形質膜におけるCB結合部位の存在量がより多いことを説明した。免疫蛍光法により、筋肉細胞の表面と内部の両方にGLUT4が局在し、タイプI（酸化遅筋）およびタイプIIa（酸化解糖速筋）線維は、タイプIIb（速筋解糖系）線維と比較してGLUT4タンパク質が豊富であることが実証されました。。対照的に、GLUT1の反応性は筋細胞の表面に限定されており、末梢神経の神経周囲鞘や赤筋と白筋の両方に存在する筋紡錘の被膜にも高度に濃縮されていました。インスリンは、赤筋または白筋の単離された原形質膜における CB 結合の 2 倍の増加を引き起こし、それに対応して単離された細胞内膜における CB 結合の 40 ～ 50% の減少を引き起こしました。CB結合におけるこれらの変化は、GLUT4グルコース輸送体アイソフォームの膜分布および後四分筋のインスリン灌流後に測定されたグルコース輸送活性における同様の変化と平行していた。対照的に、インスリンは、GLUT1 グルコーストランスポーターまたは Na(+)-K(+)-ATPase α 1-サブユニットのいずれの分布も変化させませんでした。赤筋および白筋の原形質膜におけるGLUT4とGLUT1のモル比は、基礎状態では4:1、インスリン刺激状態では7:1であることが判明した。これらの結果は、基底状態およびインスリン刺激状態では、赤筋の細胞膜に白筋よりも多量のGLUT1およびGLUT4トランスポーターが含まれているが、GLUT4の移行は筋肉の種類間で差がないことを示しています。さらに、GLUT4 発現は、骨格筋線維の収縮特性 (遅筋 vs 速筋) ではなく、骨格筋線維の代謝的性質 (酸化 vs 解糖) と相関しています。

D-Glucose protectable cytochalasin B (CB) binding to subcellular membrane fractions was used to determine glucose transporter number in red (quadriceps-gastrocnemius-soleus) and white (quadriceps-gastrocnemius) rat muscle. CB binding was twofold higher in isolated plasma membranes of red than of white muscle. In contrast, the number of transporters in an isolated insulin-sensitive intracellular membrane organelle was similar in the two muscle groups. Immunoblotting and immunofluorescence microscopy with anti-GLUT4 and anti-GLUT1 antibodies indicated that both GLUT1 and GLUT4 transporter isoforms account for the higher abundance of CB binding sites in plasma membranes of red than of white muscle. Immunofluorescence localized GLUT4 to both the surface and the interior of the muscle cell and demonstrated that type I (slow twitch oxidative) and type IIa (fast twitch oxidative-glycolytic) fibers are enriched in GLUT4 protein compared with type IIb (fast twitch glycolytic) fibers. In contrast, GLUT1 reactivity was restricted to the surface of the muscle cell and was also highly enriched in the perineurial sheaths of peripheral nerves and the capsules of muscle spindles present in both red and white muscles. Insulin caused a twofold increase in CB binding in isolated plasma membranes of red or white muscles with a corresponding 40-50% decrease in CB binding in isolated intracellular membranes. These changes in CB binding were paralleled by similar changes in the membrane distribution of the GLUT4 glucose transporter isoform and in glucose transport activity measured after insulin perfusion of hindquarter muscles. In contrast, insulin did not change the distribution of either GLUT1 glucose transporters or Na(+)-K(+)-ATPase alpha 1-subunits. The molar ratio of GLUT4 to GLUT1 in red and white muscle plasma membranes was found to be 4:1 in the basal state and 7:1 in the insulin-stimulated state. These results indicate that red muscle contains a higher amount of GLUT1 and GLUT4 transporters at the plasma membrane than white muscle in the basal and insulin-stimulated states but that GLUT4 translocation does not differ between muscle types. In addition, GLUT4 expression correlates with the metabolic nature (oxidative vs. glycolytic) of skeletal muscle fibers, rather than with their contractile properties (slow twitch vs. fast twitch).