GLUT4トランスロケーションGLUT4 Translocation

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. インスリンは細胞の中に入ってはたらくと思いますか、それとも細胞の外からはたらくと思いますか。Do you think insulin works by entering the cell, or does it act from outside the cell?💡 インスリンはタンパク質でできた大きな分子です。細胞膜を通り抜けやすい物質はどんなものだったでしょうか。Insulin is a large molecule made of protein. What kinds of substances can easily pass through the cell membrane?
2. 血液中のインスリンが0になったら、細胞へのグルコースの取り込みはどうなると思いますか。If the insulin in the blood dropped to 0, what do you think would happen to glucose uptake into the cell?💡 グルコースが細胞膜を通るには、何か「通り道」が必要です。その通り道の数を決めているものは何でしょうか。Glucose needs some kind of "doorway" to cross the membrane. What might control how many doorways there are?

2動かしてみようTry it

1. 初期設定(細胞外グルコース濃度 10.0 mM、血中インスリン濃度 40 µU/mL、受容体感受性 100 %)で、黄色い粒(インスリン)が受容体に結合する様子、細胞内に伝わる桃色の信号、緑のGLUT4が下の小胞から細胞膜へ移動する様子を観察する。必要なら「停止」で止める。With the starting settings (Glucose outside cell 10.0 mM, Blood insulin level 40 µU/mL, Receptor sensitivity 100 %), watch the yellow particles (insulin) bind to receptors, the pink signals travel into the cell, and the green GLUT4 move from the vesicles below to the cell membrane. Use "Pause" to freeze if needed.
2. 「血中インスリン濃度」を100 µU/mLまで上げ、下の欄の「膜上のGLUT4数」と「細胞内グルコース量」、取り込み(個/秒)の値を読む。Raise "Blood insulin level" to 100 µU/mL and read "GLUT4 in membrane", "Glucose in cell", and the uptake rate (/s) in the panel below.
3. 「血中インスリン濃度」を0にし、数秒間でGLUT4が膜から細胞内に戻っていく様子と、「膜上のGLUT4数」がいくつまで減るかを観察する。Set "Blood insulin level" to 0 and watch, over a few seconds, the GLUT4 leave the membrane and return into the cell, and how far "GLUT4 in membrane" drops.
4. インスリンを100に戻し、「細胞外グルコース濃度」を20 mMと2 mMに変えて、取り込み(個/秒)の値を比べる。Set insulin back to 100, then change "Glucose outside cell" to 20 mM and to 2 mM, and compare the uptake rate (/s).
5. 細胞外グルコース濃度を10 mMに戻し、「受容体感受性」を0 %にする。インスリンが受容体に結合していても、信号やGLUT4数がどうなるかを観察する。次に50 %にして比べる。Set Glucose outside cell back to 10 mM and set "Receptor sensitivity" to 0 %. Watch what happens to the signals and the GLUT4 count even while insulin is bound to receptors. Then try 50 % and compare.

3確かめようCheck

1. インスリンは細胞膜を越えて細胞の中に入りましたか。インスリンが結合したのはどこでしたか。Did insulin cross the cell membrane into the cell? Where did it bind?→ 入らなかった。インスリンは細胞膜の外側にある受容体(紫色)だけに結合し、細胞内には信号(桃色の点)だけが伝わった。No. Insulin bound only to the receptors (purple) on the outside of the cell membrane, and only signals (pink dots) travelled into the cell.
2. 血中インスリン濃度を100にしたときと0にしたときで、「膜上のGLUT4数」はそれぞれいくつになりましたか。What was "GLUT4 in membrane" when Blood insulin level was 100, and when it was 0?→ 100では最大の14個(膜常在2個+信号で移動12個)になり、0にすると数秒でGLUT4が細胞内に戻り、膜常在(basal)の2個まで減った。At 100 it reached the maximum of 14 (2 always there + 12 moved by the signal). At 0, within a few seconds GLUT4 returned into the cell and it dropped to the basal 2.
3. 細胞外グルコース濃度を20 mMと2 mMにしたとき、取り込み(個/秒)はどう違いましたか。GLUT4がない場所に当たったグルコースはどうなりましたか。How did the uptake rate (/s) differ at 20 mM and 2 mM outside glucose? What happened to glucose that hit the membrane where there was no GLUT4?→ 20 mMでは毎秒約4個前後と多く、2 mMでは毎秒1個未満と少なかった(値は揺らぐ)。GLUT4のない場所に当たったグルコースは膜で跳ね返され、GLUT4を通ったものだけが細胞内に入った。At 20 mM it was high, around 4 per second, and at 2 mM it was low, under 1 per second (the value fluctuates). Glucose that hit the membrane where there was no GLUT4 bounced off; only glucose passing through GLUT4 entered the cell.
4. 受容体感受性を0 %にしたとき、GLUT4数と取り込みはどうなりましたか。What happened to the GLUT4 count and the uptake when Receptor sensitivity was 0 %?→ インスリンは受容体に結合しているのに信号が出ず、膜上のGLUT4は2個に戻り、取り込みはほぼ0個/秒になった。50 %では膜上のGLUT4は最大でも8個程度だった。Even though insulin was bound to the receptors, no signal was sent; GLUT4 in membrane went back to 2 and uptake fell to almost 0 per second. At 50 %, GLUT4 in membrane reached only about 8 at most.

4考えようThink further

1. インスリンが十分に分泌されていても血糖値が下がりにくい人がいます。このシミュレーションのどの操作がそれに当たり、なぜ血糖値が下がりにくいのか説明しよう。Some people have trouble lowering blood glucose even though they release enough insulin. Which setting in this simulation matches that, and why does blood glucose stay high?→ 「受容体感受性」を下げた状態に当たる。インスリンが受容体に結合しても細胞内に信号が十分伝わらないため、GLUT4が細胞膜に移動せず、血液中のグルコースが細胞に取り込まれにくくなる(2型糖尿病で見られるインスリン抵抗性)。It matches lowering "Receptor sensitivity". Even when insulin binds, not enough signal reaches the inside of the cell, so GLUT4 does not move to the membrane and glucose in the blood is not taken up well (insulin resistance, as seen in type 2 diabetes).
2. GLUT4をいつも細胞膜に置いておかず、インスリンが来たときだけ膜に移動させるしくみには、体にとってどんな利点があると考えられますか。What might be the advantage for the body of moving GLUT4 to the membrane only when insulin arrives, instead of keeping it in the membrane all the time?→ 血糖値が高くインスリンが分泌されたときだけ筋肉などの細胞がグルコースを多く取り込むので、取り込み量を血糖値に応じて調節でき、空腹時に血糖値が下がりすぎるのを防げる。Cells such as muscle cells take in a lot of glucose only when blood glucose is high and insulin is released, so uptake can be matched to the blood glucose level, and blood glucose does not drop too low when fasting.

よくある誤解Common misconceptions

• 「インスリンが細胞の中に入ってグルコースを運び込む」という誤解。インスリンは細胞膜の受容体に結合するだけで、グルコースを運ぶのは細胞膜のGLUT4である。Misconception: "Insulin enters the cell and carries glucose in." Insulin only binds to receptors on the membrane; it is GLUT4 in the membrane that transports glucose.
• 「グルコースは小さいので細胞膜(リン脂質二重層)をそのまま通り抜ける」という誤解。グルコースは輸送体(GLUT4など)を通らないと膜を越えられない。Misconception: "Glucose is small, so it passes straight through the phospholipid bilayer." Glucose can cross the membrane only through transporters such as GLUT4.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)