Mutaciones identificadas en sujetos GLUT1-DS

GLUT1 (TC 2.A.1.1.28), codificado por el gen SLC2A1 , transporta la glucosa dentro y fuera de muchos tejidos y tumores normales, incluidos los eritrocitos (eritrocitos) y las células endoteliales cerebrales que forman la barrera hematoencefálica . GLUT1 se expresa densamente en la membrana de RBC donde se autoasocia y exhibe cinética modulada. La barrera hematoencefálica GLUT1, que media la entrada de glucosa en el sistema nervioso y, por lo tanto, suministra la mayor parte del carbono y la energía que consume el cerebro, está menos caracterizada cinéticamente

GLUT1 es aproximadamente un 80% de α-helicoidal como también se establece mediante el dicroismo circular y la espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier, y el patrón de reactividad de las cisteínas sustituidas en varios dominios transmembrana es consistente con el plegamiento helicoidal. Por lo tanto, la evidencia experimental converge en la predicción de que la estructura del núcleo transmembrana de GLUT1 se parece mucho a la de las proteínas MFS (LacY, GltP y OxlT).

Nos propusimos identificar primero los residuos esenciales para el transporte mediante la identificación y el genotipado de 100 pacientes con síndrome de deficiencia de GLUT1. Un tercio de ellos (33 de 100) portaba mutaciones sin sentido que se distribuyeron entre cualquiera de los 10 exones SLC2A1 con la peculiaridad de que, de estos, casi un tercio de los pacientes (13 de 33) tenían mutaciones en el exón IV. El resto de los pacientes (67 de 100) exhibieron una amplia variedad de variaciones de secuencia no asociadas con el reemplazo de un solo aminoácido y, por lo tanto, fueron menos informativos desde el punto de vista estructural. El exón IV es particularmente notable porque codifica el cuarto segmento transmembrana (TM4) de GLUT1, un importante dominio de las proteínas MFS dada su proximidad a la vía de transporte que, en el caso de LacY, interactúa con el sustrato. Los datos apoyan la noción de que GLUT1 TM4 existe como una hélice α porque exhibe un patrón de mutación periódico que es consistente con este plegamiento, e inferimos que el lado de la hélice donde se encuentran las mutaciones proporciona una superficie que es esencial para la catálisis.

Los ensayos de captación de glucosa de glóbulos rojos se realizaron en pacientes sospechosos con dos muestras de sangre de control, que a veces se obtuvieron de los padres normales del probando, y se extrajeron simultáneamente para evitar la variabilidad del análisis, un fenómeno que ocurre cuando la sangre se somete a un envío o almacenamiento.

De los 100 pacientes con deficiencia de GLUT1 identificados por criterios clínicos y analíticos, 91 presentaron una mutación en un alelo SLC2A1 . Un paciente, informado anteriormente , era un heterocigoto compuesto y estaba clínicamente afectado severamente. El resto de ocho pacientes no mostraron variantes de secuencia asociadas con la codificación anormal de polipéptidos u otros mecanismos patógenos obvios y, por lo tanto, pueden llevar mutaciones no detectadas en la región promotora o en el intrón I de SLC2A1 (ninguno fue secuenciado) o en otro gen no identificado que también puede causar GLUT1 deficiencia.

Un total de 21 loci de aminoácidos independientes fueron susceptibles de mutación sin sentido. Varios pacientes compartieron mutaciones sin sentido que involucraban uno de los seis residuos individuales: tres pacientes en Asn-34, tres en Gly-91, tres en Arg-93, nueve en Arg-126, tres en Arg-153, y cuatro en Arg-333. La sustitución más frecuente fue R126H, una mutación hereditaria  encontrada en cinco pacientes. El resto de las mutaciones en SLC2A1 incluían una variedad de variaciones de secuencia que no seguían un patrón discernible cuando se mapeaban en la estructura del gen (no se muestra).

Modelo topológico GLUT1. GLUT1 se representa en el contexto de la membrana plasmática ( rectángulo gris) y comprende los dominios citoplasmáticos amino ( lado izquierdo ) y carboxilo terminal ( lado derecho ). El lado extracelular de la membrana está situado en la parte superior del esquema. La longitud relativa de los TMs sigue la estructura cristalina de LacY, y la longitud de los extremos amino y carboxilo extramembranosos y los bucles interhelical también se dibujan aproximadamente a escala. Los círculos numerados que indican el número de residuo identifican la ubicación de las mutaciones sin sentido.

Todos los mutantes de GLUT1 mostraron una disminución del transporte de glucosa de RBC. Se observaron cambios tanto en V max (reducciones a 43–84% de V max normal ) como en K m(aumentos o disminuciones modestos en menos de 2 veces). Los cambios de V max fueron variables y no siempre representaron la reducción del 50% esperada de los mutantes que se comportaron como rasgos hemicigotos puros, lo que probablemente indica el transporte residual de estos mutantes.