Белки, связывающие инсулиноподобный фактор роста (igfbp)

Биологическая активность ИФР-гормонов модулируется семейством высокочувствительных белков, связывающих инсулиноналобный фактор роста (1GFBP-1 — IGFBP-6), которые обнаруживаются в крови и других тканевых жидкостях (Jones, Clemmons, 1995). В сыворотке крови в наибольшем количестве обнаруживается IGFBP-3, и основная масса ИФР-1 и ИФР-П в системе кровообращения выявляется не в свободной форме, а в виде тройных комплексов с IGFBP-3 и еще одним белковым компонентом — кислотно-лабильной субъединицей (acid-labile subunit, ALS) в молярном соотношении 1:1:1; IGFBP-5 также образует тройные комплексы с ИФР и ALS. В то время как IGFBP-1 — IGFBP-4 обладают примерно одинаковым сродством к ИФР-1 и ИФР-П, IGFBP-5 и IGFBP-6 связывают ИФР-П в 10 и 100 раз эффективнее по сравнению с ИФР-1 соответственно; IGFBP не связываются с инсулином, но контролируют действие ИФР за счет увеличения времени существования ИФР в системе кровообращения, контроля их доступности для связывания с рецепторами и в случае мембранных IGFBP оказывают влияние непосредственно на взаимодействие ростовых факторов с рецептором. Каждый из IGFBP подвергается ограниченному и предположительно имеющему регуляторное значение протеолизу с участием различных протеаз. Таким образом, взаимодействие гормон-рецепторов в сигнальной системе ИФР является предметом сложной регуляции, в которой играют роль уровень IGFBP, характер их экспрессии, их ассоциация с клеточными мембранами, а также степень протеолиза.

Ряд исследований, проведенных в последние годы, позволил установить, что некоторые IGFBP обладают самостоятельной биологической активностью (Oh, 1998), в частности IGFBP-3 и IGFBP-5 влияют на пролиферацию, миграцию и подверженность апоптозу, независимо от их воздействия на передачу сигналов ИФР. Некоторые из этих “ИФР-независимых” эффектов все же модулируются связыванием ИФР с соответствующими IGFBP, поэтому возможно более точным названием этих функций будет термин "ИФР-рецептор-независимое действие". Мембранные и внутриклеточные молекулы, участвующие в этих взаимодействиях, плохо охарактеризованы, однако 1GFBP-3 и 1GFBP-5 были обнаружены в клеточных ядрах после инкубации клеток с экзогенными рекомбинантными белками. Этот аспект биологической активности IGFBP после его изучения может придать новый важный аспект нашему пониманию сигнальной системы ИФР в целом.

Сигнальные пути ифр-1 и инсулинового рецептора

Сигнальные пути, которые опосредуют действие ИФР, преимущественно представлены теми, которые к настоящему времени идентифицированы для IGF-IR. После связывания ИФР-1 и ИФР-П с внеклеточной а-субъединицей (связывающий участок представлен внутренней цистеинбогатой структурой и расположенным по соседству С-концевым L2-компонентом а-субъединицы) трансмембранная β-субъединица подвергается конформационным изменениям, результатом которых является трансаутофосфорилирование тирозинкиназного компонента в составе цитоплазматического участка β-субъелиницы. Этот процесс приводит к полной активации тирозинкиназы рецептора, которая авто-фосфорилирует дополнительные остатки тирозина в примембранном и С-концсвом компонентах, фланкирующих тирозинкиназный компонент. Эти остатки, в частности тирозин-950 в примембранном компоненте, который представляет собой место допинга (специфического взаимодействия) для представителей группы субстратов рецептора инсулина (insulin receptor substrate, IRS) и семейства адапторных белков She. Последующее фосфорилирование этих белков тирозинкиназой рецептора обеспечивает взаимодействие белков IRS и She с такими факторами, как Grb-2/SOS и р85 регуляторной субъединицей PI3 киназы, что приводит к активации МАР и Р13-кш1аз1юго каскадов, являющихся главными каскадами передачи сигнала от активированного IGF-IR. В число конечных мишеней МАР-киназного и Р13-киназного каскадов входят представители семейств транскрипционных факторов Ets и Forkhead, обеспечивающих механизм преобразования воздействия ИФР на поверхностный белок клетки в изменении экспрессии генов, который лежит в основе влияния ИФР на пролиферацию, дифференциацию и подверженность апоптозу.

Существует общая точка зрения, что МАР-киназные пути участвуют в передаче сигналов, регулирующих пролиферацию, а Р13-киназные — модулируют дифференцировку и способность вступать в апоптоз. Однако, как и в случае любого другого аспекта сигнальной системы ИФР, все не так просто. В клетках опухоли молочной железы MCF-7 для стимуляции клеточных делений под влиянием ИФР-I необходим Р13-киназный путь, но не МАР-киназный (Dufoumy et al., 1997), в то время как культуре нейронов Н19—7 Р13-киназный путь также необходим для ИФР-1 индуцированного митогенеза, а MAP-киназный каскад требуется для индукции дифференциации под воздействием ИФР-1 (Morrione et al., 2000). В отношении антиапоптозных эффектов ИФР-1: для защиты фибробластов Rat-1 от апоптоза, индуцированного УФ-В-облучением, необходима активация Р13-киназного сигнального пути, но не MAP-киназного каскада (Kulik et al., 1997), в то время как опосредованная IGF-IR защита клеток РС12 от апоптоза, индуцированного выращиванием в среде без добавления сыворотки, связана с активацией обоих сигнальных путей, действующих синергичным образом (Parrizas et al., 1997). Эти и другие примеры свидетельствуют о том, что использование специфических сигнальных путей и их относительный вклад в воздействие сигналов ИФР-1 на рост, дифференциацию и апоптоз зависит от типа клетки.

Поскольку действие ИФР, очевидно, может контролироваться уровнем внеклеточного гормона и количеством (и типом) рецепторов на поверхности клетки, относительное содержание мишеней рецептора может быть важным фактором, определяющим эффекты ИФР на данную клетку-мишень. Так, существует четыре представителя семейства IRS, белки IRS-1 — IRS-4, в структуре каждого из которых обнаруживаются как сходные, так и уникальные участки. Присутствие в клетке разных белков IRS в различном количестве может приводить к различным ответам при активации IGF-IR. Последние исследования показали, что IRS-3 и IRS-4 могут подавлять процессы, которые активируются при участии IRS-1 и IRS-2 (Tsuruzoe et al., 2001). Относительное содержание белков She и IRS также может оказывать заметное влияние на степень воздействия ИФР, поскольку установлено, что они могут конкурировать за связывание с тирозином-950 активированного IGF-IR.

Общие особенности передачи сигнала и возможности регуляции, описанные выше для IGF-IR, применимы также и к IR (включая IR-А и IGF-IR/IR гибридные рецепторы, имеющие отношение к данному вопросу). Однако между IGF-IR и IR существуют важные различия, которые могут иметь серьезные последствия для дифференцированного воздействия ИФР-1 и ИФР-П. Прежде всего, кроме консервативного тирозина 950/960 в последовательности IGF-IR и IR, они отличаются положением и количеством остатков тирозина в примембранном и С-концевом компонентах, которые подвергаются аутофосфорилированию. Кроме того, IGF-IR и IR в качестве части своего сигнального пути используют различные гетеротримерные G-белки (Dalle et al., 2001; Kuemmerle, Murthy, 2001). Были идентифицированы и другие белки, которые специфически взаимодействуют только с С-концевым участком IGF-IR, но не IR. Последним отличием в передаче сигнала с IGF-IR и IR является участие в сигнальных путях, опосредуемых IGF-IR, STAT-3 (Zong et al., 1998, 2000; Prisco et al., 2001) и STAT-5 (Okajima ct al.,1998). Все эти различия в сочетании с существованием различных классов гибридных рецепторов крайне усложняют понимание процессов передачи сигналов ИФР в клетках, в которых наряду с IGF-IR происходит экспрессия IR или IRR.