Инсулиноподобный фактор роста 1 Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1, соматомедин С, англ. insulin-like growth factor 1, IGF1) — белок из семейства инсулиноподобных факторов роста, по структуре и функциям похожий на инсулин. Он участвует в эндокринной, аутокринной и паракринной регуляции процессов роста, развития и дифференцировки клеток и тканей организма. ИФР-1 состоит из одной полипептидной цепи длиной 70 аминокислотных остатков с тремя внутримолекулярными дисульфидными мостиками. Молекулярная масса ИФР-1 7,6 кДа[5]. Считается, что этот белок играет активную роль в процессах старения организма: мутации гена ИФР-1 приводили к увеличению продолжительности жизни у лабораторных животных[6]. Инсулиноподобный фактор роста 1 у человека кодируется геном IGF1[7][8]. ИФР-1 является важнейшим эндокринным посредником действия соматотропного гормона, поэтому называется также соматомедином С. ИФР-1 производится гепатоцитами печени в ответ на стимуляцию их соматотропиновых рецепторов. В периферических тканях именно ИФР-1 обеспечивает практически все физиологические эффекты соматотропного гормона. Его последствия были названы «неуправляемой инсулиноподобной деятельностью»[уточнить]. ДействиеИФР-1 также обеспечивает обратную связь с гипоталамусом и гипофизом по соматотропной оси: от уровня ИФР-1 в крови зависит секреция соматотропин-рилизинг-гормона и соматотропного гормона. При низком уровне ИФР-1 в крови секреция соматотропин-рилизинг-гормона и соматотропина возрастает, при высоком — снижается. Также ИФР-1 регулирует секрецию соматостатина: высокий уровень ИФР-1 приводит к возрастанию секреции соматостатина, низкий — к её снижению. Этот механизм является ещё одним способом регуляции уровня соматотропного гормона в крови. Но действие может быть заторможено недостаточным питанием, нечувствительностью гормона роста, отсутствием реакции рецепторов, или неудачным, ниже необходимого минимума сигнального пути, сообщением рецепторов. В экспериментах на крысах было показано, что концентрация иммунореактивного ИФР-1 в плазме была выше у крыс на казеиновой диете, чем у крыс на диете из соевых бобов или безпротеиновой диете[9]. Также было установлено, что при недостатке ИФР-1 в крови он может продуцироваться в самих мышцах. Уровень ИФР-1 в крови зависит от действия на печень не только соматотропного гормона, но и половых стероидов и тиреоидных гормонов, глюкокортикоидов, инсулина. При этом инсулин, андрогены, эстрогены повышают секрецию ИФР-1 печенью, а глюкокортикоиды её снижают. Это является одной из причин синергизма инсулина, соматотропина, половых и тиреоидных гормонов в отношении процессов роста и развития организма, роста и дифференцировки тканей, и одной из причин характерного тормозящего действия глюкокортикоидов на процессы линейного роста, полового созревания и пр. ИФР-1 воздействует на развитие всю жизнь, но его уровень в крови не постоянный: наиболее низкий уровень ИФР-1 производства в детстве и в старости, а самый высокий — во время подросткового периода жизни. ИсторияИФР-1 как таковой был открыт в 1978 году и спустя 10 лет он стал использоваться спортсменами как элемент подготовки. Он обрел огромную популярность благодаря тому, что совершенно не нуждается в дополнительных подпитках (курсы стероидов, инсулин и т.п.). Но недавно были выведены и побочные эффекты: увеличение печени, селезёнки, количества злокачественных клеток[источник не указан 3325 дней]. ИФР1 каскадГР/ИФР1 каскад сильно консервативен у различных групп животных (позвоночных и беспозвоночных). В общих чертах он заключается в том, что ИФР1 через свой рецептор запускает каскад реакций, приводящих к ингибированию факторов транскрипции (DAF-16 у C.elegans или FOXO1 у мышей). Вероятно, эти факторы транскрипции регулируют экспрессию генов, которые увеличивают продолжительность жизни[10]. Если у беспозвоночных животных insulin/ИФР1 — путь один, у высших позвоночных, в том числе, млекопитающих, этот путь подразделяется на два. Эти два пути имеют перекрывающиеся функции, но инсулин главным образом участвует в регуляции метаболизма, а ГР/ИФР1 путь играет важную роль в процессах роста, развития и, возможно, длительности жизни[11]. Именно гены ИФР-каскада стали первыми открытыми «генами старения» — то есть генами, повреждение которых привело к увеличению продолжительности жизни[12].  Роль каскада в старении различных животныхРазличные животные (позвоночные и беспозвоночные) являются удобными моделями для изучения старения, в связи с их относительно недолгой продолжительностью жизни, возможностью генетических манипуляций и изучением длин их жизни. Caenorhabditis elegansКаскад, который регулирует как увеличение продолжительности жизни, так и диапаузу[13], был впервые исследован для нематоды Caenorhabditis elegans. В ответ на неблагоприятные внешние условия этот червь переходит в ювенильную форму, которая называется дауэровской[англ.] («спящей»). В этой форме Caenorhabditis elegans не происходит развития, размножения. Эта форма становится устойчивой к окислительному стрессу[14]. В организме накапливается жир для запасания энергии. Когда условия среды восстанавливаются, нематода возвращается в состояние фертильных взрослых особей. В dauer — форму может перейти только молодая особь, которая не достигла половой зрелости. Восстановление условий окружающей среды стимулирует активацию инсулин/ИФР-1 сигнального пути. Если мутировать рецептор инсулина/ИФР-1, daf-2[англ.] (или более поздние компоненты каскада, PI3-kinase/PDK/Akt), то Caenorhabditis elegans переходит в dauer-форму даже в удовлетворительных условиях окружающей среды. Инсулин/ИФР-1 каскад направлен на ингибирование белка DAF-16, который является фактором транскрипции блока генов, стимулирующих переход в dauer-форму[13]. Мутации пути, которые приводят к увеличению продолжительности жизни, должны быть слабыми. При сильных мутациях и недостаточной активности инсулин/ИФР1 каскада молодая особь может «застрять» в dauer-форме. Было показано, что помимо продолжительности жизни, описываемый каскад реакций влияет также на фертильность и движение особей. Некоторые мутанты по daf-2 переходили в ювенильную форму, теряли способность к движению. Однако такие проявления нельзя связывать с продолжительностью жизни, так как существуют долгоживущие мутанты по daf-2, чья подвижность и фертильность нормальна (по сравнению с диким типом). Инсулин/ИФР1 путь может регулировать гормональную сигнализацию организма. У организмов, имеющих мутации гена daf-2 только в определенных линиях, наблюдалась увеличенная продолжительность жизни всего организма[14][15]. Drosophila sp.Drosophila (плодовая мушка) имеет ряд преимуществ для изучения старения: это животное — хорошо изученный модельный организм с разработанными методами генной инженерии по работе с ним, а также хороший объект для генетического нокаута. Плодовые мушки имеют больше сходных черт с человеком (с млекопитающими), чем Caenorhabditis elegans (нематода), — у них есть головной мозг, сердце, гомологи почек. Также у Drosophila сложное поведение. Однако большинство биологических процессов изучено на эмбриотической стадии и до метаморфоза. Взрослая мушка, модельный объект геронтологии, изучена хуже, чем эмбриональная стадия. Несмотря на это, Drosophila является одним из основных модельных организмов в изучении старения. Как и для Caenorhabditis elegans, для Drosophila мутации, снижающие эффективность ИФР1 каскада, приводят к увеличению продолжительности жизни. Это было показано путём уменьшения количества инсулин-подобных белков и нокаутом субстратов ИФР — рецептора (chico и Lnk)[6]. В то же время увеличение экспрессии гомолога DAF-16 FOXO(транскрипционного фактора, регулируемого ИФР-каскадом) тоже приводит к увеличению продолжительности жизни мушек. При уменьшении экспрессии другого обратного регулятора FOXO (14-3-3ε) продолжительность мушек также растет. Нервная система и жировое тело дрозофил вовлечены в регуляцию продолжительности жизни. Так, нейросекреторными клетками вырабатываются некоторые инсулин-подобные белки (ИПБ). При стрессе активируется Jun-N-terminal kinase (киназа), что приводит к сокращению экспрессии некоторых таких белков (ИПБ2 и ИПБ5), и, как следствие, к уменьшению эффективности работы ИФР1-каскада. При активации этой киназы молекулярными методами наблюдается увеличение продолжительности жизни мушек. В жировом теле (эквиваленты белой жировой ткани и печени у млекопитающих) произошла редукция ИФР1-каскада. Однако в 2004 году было показано, что увеличение экспрессии FOXO способно увеличить продолжительность жизни организма. Механизмы такого влияния требуют дальнейшего изучения[6]. Во всех случаях ингибирования ИФР1-каскада было отмечено, что увеличивается активность генов, участвующих в каскадах клеточной детоксикации. В описанных ранее опытах было показано, что ингибирование ИФР1-каскада увеличивает продолжительность жизни, однако действительно ли это ингибирование замедляет процесс старения? Уменьшение активности ИФР1-каскада приводит к снижению фертильности самок, что неудивительно, ведь этот каскад играет одну из ключевых ролей в регуляции роста, пролифирации и выживаемости стволовых клеток — предшественниц яйцеклеток. Однако при ограничении питания мушек дикого типа, что приводит, в том числе, в ограничении работы ИФР1-каскада, увеличивает количество половых клеток. С другой стороны, при снижении эффективности работы каскада (в совокупности с редукцией TOR-сигнальной цепи) замедляется снижение функций сердца, реже наблюдается отрицательный геотаксис. Для мушек, служащих моделями для изучения болезни Альцгеймера, было показано, что редукция компонентов ИФР1-пути приводила к снижению прогрессии патологии. Аналогичные результаты были показаны для ряда других нейродегенеративных заболеваний (например, болезни Паркинсона)[6][16]. МлекопитающиеДоказательства влияния ИФР1 каскада на продолжительность жизни были показаны на различных моделях млекопитающих. Хорошим примером могут быть карликовые мутантные мыши, дефицитные по гормону роста. Карликовые мыши Эймса живут на 50 %, 70 % дольше (самцы, самки), чем мыши "дикого" типа[12]. Эта модель — один из первых примеров способности единичного гена значительно продлевать жизнь у млекопитающих. Аутосомальные рецессивные мутации ведут к гипопитуитаризму, проявляющемуся в снижении синтеза и секреции гормона роста (ГР), пролактина и тиреоидстимулирующего гормона (ТСГ). У этих мышей снижен уровень инсулинподобного фактора роста 1 (IGF-1) и инсулина в крови, повышена чувствительность к инсулину и понижена температура тела. Как самцы, так и самки карликовых мышей бесплодны, у них выражена иммунодепрессия[12]. Показано, что у этих мышей в печени снижен уровень глутатиона и аскорбиновой кислоты и увеличена активность каталазы по сравнению с контролем, что проявляется большей устойчивостью к окислительному стрессу. Частота возникновения спонтанных опухолей у карликовых и нормальных мышей одинакова. Однако карликовые мыши живут значительно дольше, чем нормальные, и возможно, что опухоли развиваются у них позднее. Карликовые мыши Снелл (Snell), у которых имеется мутация в гене Pit1 (гипофизарно-специфичный транскрипционный фактор 1), регулируемом геном Prop-1, также живут много дольше, чем нормальные мыши, что связывают с дефицитом у них продукции гормона роста. Дефицит гормона роста у карликовых мышей Снелл приводит к снижению секреции инсулина и IGF-1 и снижению передачи сигнала, опосредованного генами рецептора инсулина InR, IRS-1 или IRS-2 и Р13К, вовлеченными в контроль продолжительности жизни. Авторы полагают, что мутация Pit-1 приводит к такому состоянию физиологического гомеостаза, которое благоприятствует долголетию. У гомозиготных мышей с выключенным геном рецептора гормона роста (GHR-/-) наблюдается некоторое замедление роста, пропорциональная карликовость, уменьшение длины костей и содержания костных минералов, отсутствие рецептора гормона роста и ГР-связывающего белка, значительное уменьшение содержания в крови IGF-1 и связывающего его белка-3 и увеличение в сыворотке крови концентрации ГР. Они живут значительно дольше, чем гетерозиготные (GHR+/-) животные или мыши дикого типа (GHR+/+)[17]. Также у грызунов, которых посадили на диету (ограниченное питание), наблюдалось снижение уровня инсулина и ИФР1. Снижалось количество запасаемого жира, стимулировалась иммунная система. Продолжительность жизни возрастала на 30—40 %[11]. Генетические модели также показали влияние ИФР1 каскада на продолжительность жизни. Изучение болезни Альцгеймера на мышахЧтобы создать систему для изучения болезни Альцгеймера, в мышах был экспрессирован β-амилоид. У здорового человека идет экспрессия этого белка, и в норме этот белок не токсичен, однако β-амилоид может образовывать димеры и олигомеры, которые обладают нейротоксичностью и вызывают болезнь Альцгеймера. При редукции ИФР1-каскада у мышей наблюдалось агрегирование β-амилоид в более масштабные ансамбли, что уменьшало их токсичность и замедляло процесс развития болезни[18]. По аналогии с другими животными, у млекопитающих ИФР1-каскад негативно регулирует факторы трансляции генов FOXO. FOXO — это сильно консервативное у млекопитающих семейство генов, необходимых для выживания организма в стрессовых условиях. Более того, при редукции ИФР1 сигнала у мышей наблюдалась бОльшая устойчивость к оксидативному стрессу. Таким образом, на мышах, моделированных для изучения болезни Альцгеймера, было показано комплексное влияние ИФР1-каскада на защитные системы организма[18]. Роль каскада в старении человекаВ 2009 году было проведено исследование на группе пожилых европеоидов. Исследовали 30 генов insulin/ИФР1-сигнального пути. В ходе этого исследования были найдены SNP, достоверно связанные с продолжительностью жизни. Один из этих SNP был найден в гене AKT1. И еще две SNP в гене FOXO3A были связаны с продолжительностью жизни у женщин. AKT1 — это одна из тирозинкиназ, которая способна фосфорилировать FOXO3A. Фосфорилированный белок не может проникнуть в ядро и активировать гены семейства FOXO. FOXO3A — это один из трех человеческих гомологов фактору трансляции DAF-16 у Caenorhabditis elegans. Интересно, что SNP, влияющие на продолжительность жизни, были найдены в интронах, функции которых еще не известны[19]. Для человека важную роль играет соотношение ГР/ИФР1. При относительно большом количестве гормона роста (при недостатке ИФР1) могут развиться такие симптомы, как ожирение, умственная отсталость, непереносимость глюкозы (синдром Ларона)[11]. ИсследованияПредрасположенность к ракуПуть ИФР сигнализации имеет патогенную роль в развитии рака. Исследования показали, что при повышенном уровне ИФР усиливается рост раковых клеток[20][21]. Кроме того у людей с синдромом Ларона риск развития рака существенно меньше[22][23]. Изменения в диете, в частности, веганская диета, уменьшающие активность ИФР-1, могут быть связаны с уменьшением риска рака[24]. Однако, несмотря на значительные исследования, противораковые терапии, влияющие на ИФР-1, не показали впечатляющих результатов в клинических испытаниях[21][25][26][27]. ИнсультБыла показана эффективность ИФР-1 при инсульте у мышей в комбинации с эритропоэтином. Были зафиксированы поведенческие и клеточные улучшения[28]. Нейродегенеративные заболеванияКлинические испытания вещества ибутаморен, которое повышает уровень ИФР-1 у пациентов, не продемонстрировало улучшений симптомов болезни Альцгеймера[29]. Другое исследование продемонстрировало отсутствие замедления прогрессирования болезни у пациентов с БАС, однако другие исследования показали значительные улучшения при ИФР-1-заместительной терапии у пациентов с БАС[30], поэтому ИФР-1 имеет потенциал для лечения БАС[31]. Однако в целом исследования показали противоречивые результаты[32]. Фармакологическое использованиеПациенты с тяжелым первичным дефицитом ИФР-1 могут лечиться либо ИФР-1, либо ИФР-1 вместе с IGFBP3 (ИФР-связывающий белок типа 3)[33]. Мекасермин (выпускается под брендом Инкрелекс) — синтетический аналог ИФР-1, утверждённый для лечения нарушений роста[33]. ИФР-1 производится в промышленных масштабах с использованием дрожжей или E. coli. Ссылки на источники
Примечания
Литература
|
||||||||||||||||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
