Строение ифр-1

Белки семейства ИФР-1 представлены одной полипептидной цепью примерно из 70 аминокислотных остатков. Их стртуктура является не только результатом альтернативного синтеза мРНК гена IGF-I, как и в случае инсулина исходная структура ИФР-1 подвергается посттрансляционным изменениям. Первичная структура ИФР-1 обладает достаточным сходством с таковой проинсулина (43 % гомологии последовательности), в ее состав также входит N-концевой В-компонент, отделенный от А-компонента коротким соединительным С-компонентом. Однако в отличие от проинсулина последовательность ИФР-1 длиннее за счет размещенных на ее С-конце дополнительных компонентов D и Е (Lowe et al., 1988).

Третичная структура ИФР-1 первоначально была предсказана с помощью компьютерного моделирования. При этом в качестве основы была использовала трехмерная структура кристаллического инсулина, построенная на основании данных рентгеноструктурного анализа. Как уже отмечалось, ИФР-1 несколько длиннее инсулина, тем не менее их рецепторные компоненты обладают большим сходством и используются в качестве основы для моделирования структуры конформации белковых молекул ИФР-1 и ИФР-11. При предсказании третичной структуры ИФР-1 особенно важным фактом была консервативность цистсинового и глицинового остатков у ИФР-1 и проинсулина. В молекуле ИФР-1 также сохранен характерный гидрофобный кор инсулина: А2 Не, А16 Leu, В12 Val, В15 Leu и В24 Phe. Наиболее явные отличия между ИФР-1 и инсулином заключаются в последовательности С-компонента. Дополнительный С-концсвой участок, обеспечивающий разнообразие вариантов ИФР-1, образующихся в результате альтернативного синтеза, придает им специфические свойства, которые определяют их биологическую активность. Наряду с инсулиновым гидрофобным кором молекула ИФР-1 содержит три дисульфидных мостика, определяющих ее трехмерную структуру. Вместе с тем присутствие дисульфидных связей в молекуле ИФР-1 затрудняет искусственный химический синтез ИФР-1, поскольку для обеспечения нативной функциональной структуры и стабильности необходимо наличие всех трех S—S связей (Narhi et al., 1993).

Клеточные эффекты ифр-1 опосредуют клеточные рецепторы

Биологическая активность любого гормона зависит от способности клеток-мишеней отвечать па сигналы из внеклеточного пространства. Эту функцию обеспечивают клеточные рецепторы, а также пострецепторные механизмы. Предполагается, что молекулы ИФР-1 и ИФР-И взаимодействуют с рецептором ИФР-1 (IGF-IR), который обладает структурным и функциональным сходством с рецептором инсулина (IR), уровень которого составляет более SO % содержания аминокислотной структуры. Несмотря на такое сходство, ИФР-1 связывается с IR исключительно в фармакологических лозах. Это обусловлено главным образом различиями в степени сродства, которое у ИФР-1 для IFR-IR на два порядка выше, чем для IR. ИФР-11 помимо связывания с IFR-IR способен связываться с высокой чувствительностью с другим рецептором, имеющим название IGF-IIR.

IGF-1R представляет собой тирозин-специфическую протеинкиназу с участком связывания гормона, расположенным на внешней поверхности клеточной мембраны. Считают, что этот рецептор опосредует большую часть воздействий ИФР-1 на скелетную мышцу. Например, IGF-IR участвует в регуляции потребления аминокислот и гексоз в камбаловидной мышце крысы (Yu, Czech, 1984), мышечных клетках ВСЗН1 (De Vrocde ct al., 1984) и синтезе ДНК в миосатсллитоцитах (клетках-спутниках) цыплят (Duclos ct al., 1991). Таким образом, рецептор ИФР-1 опосредует несколько различных эффектов ИФР-1, таких, как стимуляция потребления аминокислот, пролиферация, дифференциация и подавление разрушения белков (Ewton et al., 1987).

Механизмы передачи сигнала ИФР-1 усложняются вследствие существования гибридных рецепторов, которые формируются в результате димеризации мономеров рецепторов IGF-IR и IR. Каждый гибридный рецептор содержит по одной а- и β-субъединице, которые соединены дисульфидлыми связями. В определенных условиях такие гибридные рецепторы моще превосходить по количеству гоморецепторные молекулы на поверхности клетки (см. обзор Le Roith, Roberts, 2003). Такие гибридные рецепторы IGF-IR/IR связывают с высокой степенью сродства ИФР-1, в то же время их сродство к инсулину существенно снижено. Причиной может быть способность ИФР-1 связываться с какой-либо одной а-субъединицей рецептора IGF-IR, в то время как для эффективного связывания инсулина необходимо его взаимодействие с обеими β-субъединицами рецептора IR.

Следует отметить, что среди известных мышечных ростовых факторов ИФР-1 обладает уникальной способностью стимулировать и пролиферацию и терминальную дифференциацию постмитотических мышечных клеток. Такой эффект может быть обусловлен существованием в мышечной ткани различных вариантов ИФР-1. Было также показано, что различные варианты ИФР-1 имеют различную функцию в пролиферации и дифференциации миобластов (Yang, Goldspink, 2002). Показано также, что осуществление этих различных функций альтернативных вариантов ИФР-1 происходит при участии различных рецепторов.

ИФР-1-связывающие белки

Роль специфических связывающих белков в регуляции аутокринных и паракринных эффектов системы ИФР становится все более очевидной (Florini et al., 1996; Damon et al., 1997). Среди 7 описанных к настоящему моменту ИФР-связывающих белков (IGFBP) четыре (IGFBP-2, 4, 5, 6) вырабатываются различными клеточными элементами миобластов, тогда как в скелетных мышцах человека зрелого возраста происходит экспрессия только IGFBP-4, 5, 6 (Florini et al., 1996; Putzer et al., 1998). Предполагалось, что IGFBP являются элементом общей системы регуляции ИФР, однако их экспрессия в скелетных мышцах оказывает определенный эффект на удержание ИФР-1 в тканях. В свободном состоянии ИФР-1 имеет очень небольшое время существования и IGFBP рассматривались первоначально в качестве транспортных белков для переноса ИФР в системе кровообращения. Однако при экспрессии в мышечной ткани ИФР-связывающие белки модулируют эндокринное, а также локальное действие ИФР-1 (Mohan et al., 1996). Какое действие IGFBP оказывают на тканевом уровне — точно не известно, однако предполагается, что они стабилизируют ИФР-1 и увеличивают его локальную биологическую доступность (Jones, Clemmons, 1995; Mohan et al., 1996; Clemmons et al., 1998).

Показано, что после ишемической травмы происходит повышение уровня мРНК и белка ИФР-1 и IGFBP (Jcnnische, Hall, 2000). С помощью гибридизации in situ было установлено, что экспрессия IGFBP-5 происходит только в регенерирующих мышечных клетках, в то время как IGFBP-4 экспрессируется также и в соединительной ткани (Boes et al., 1992). Показано влияние механических нагрузок либо их отсутствия на регуляцию экспрессии в мышечной ткани некоторых связывающих белков. Так, например, у мыши физические нагрузки мышц приводят к увеличению экспрессии мРНК IGFBP-4 и снижению количества мРНК IGFBP-5 (Awcde et al., 1999), и наоборот, отсутствие физической нагрузки мышц приводит к снижению уровня мРНК IGFBP-5, однако не влияет на содержание мРНК IGFBP-4. Предполагается, что эти ИФР-связывающие белки опосредуют эффекты ИФР-1 с помощью регуляции концентрации этого фактора роста в свободном состоянии, а также путем конкуренции с рецепторами ИФР-1 за связывание с фактором роста (Awede et al., 1999). В настоящее время проводятся также исследования, направленные на характеристику специфических связывающих белков для МФР, которые отличаются по своим свойствам от связывающих белков других вариантов ИФР-1.