Биологические эффекты различных вариантов ифр-1, образующихся в результате альтернативного синтеза

Все виды ИФР-1, образованные в результате альтернативного синтеза, имеют одинаковый компонент связывания с рецептором, который кодируют 3-й и 4-й экзоны гена IGF-I. Этот компонент, по-видимому, и является основой для анаболических эффектов ИФР-1. Это было убедительно продемонстрировано многочисленными исследованиями in vitro, в которых было показано, что воздействие ИФР-1 приводит к увеличению диаметра мышечных клеток, подавлению деградации белков, увеличению потребления аминокислот и стимуляции биосинтеза белка (Ewton et al., 1987; Vandenburg et al., 1991; Florini et al., 1996; Semsarian et al., 1999; Bodinc ct al., 2001; Rommel et al., 2001). Образование ИФР-1 во время гипертрофии мышц было показано на нескольких моделях животных, включая гипертрофию, индуцированную растягиванием мышц. Например, у крыс гипертрофия, индуцированная тенотомией (рассечением сухожилия), сопровождалась повышением образования мРНК ИФР-1 в мышцах (Schlechter et al., 1986; Czerwinski ct al., 1994), a также трехкратным ростом мРНК ИФР-1 о камбаловидной и подошвенной мышцах у крыс в возрасте 11 — 12 недель (DeVoI et al., 1990). В последней работе для исследований были использованы крысы с удаленным гипофизом, что позволило также установить СТГ-независимый характер наблюдавшегося увеличения образования мРНК ИФР-1 в мышцах. Дальнейшие исследования, в которых использовали похожую модель функциональной нагрузки мышц у нормальных крыс и крыс с удаленным гипофизом, показали, что уровень мРНК и белка ИФР-1 повышался в мышцах еще до заметного проявления гипертрофии и оставался повышенным на протяжении всего процесса гипертрофии до 28 дней (Adams, Haddad, 1996). В другом исследовании, где использовали тренировку на тредмиле крыс с подавленной секрецией СТГ, уровень мРНК и белка ИФР-1 возрастал на 55 и 250 % соответственно (Zanconato et al., 1994). Более того, чрезмерное образование (Coleman et al., 1995) или прямая инъекция (Adams, McCuc, 1998) ИФР-1 в мышцы приводила к гипертрофии, тогда как ингибирование внутриклеточных компонентов сигнальной системы, связанной с активацией эффектов ИФР-1, позволяла предотвратить такую реакцию мышц (Bodine et al., 2001). Исследование влияния сверхэкспрессии ИФР-1 в локальных тканях на процессы атрофии мышц задней конечности, индуцированные отсутствием физической нагрузки, показали, что чрезмерное образование ИФР-1 в мышцах трансгенных мышей не позволяет предотвратить атрофию, связанную с отсутствием нагрузки (Criswell et al., 1998).

Генетические манипуляции ифр-1 в мышцах

Трансгенные мыши, у которых в организме происходит чрезмерное образование гена IGF-I, были получены в нескольких лабораториях. В первых экспериментах подобного рода, где использовали мышей с чрезмерным образованием гена СТГ, сообщалось о возрастании на 30 % мышечной массы и увеличении плотности костной ткани (Mathews et al., 1988). Вначале в этих экспериментах использовали металотионеиновый стимулятор, который при активации приводил к увеличению экспрессии ИФР-1 в большинстве тканей организма. Затем для создания трансгенных животных использовали генетические конструкции на основе регуляторных элементов, активация которых специфически происходит в мышцах, в частности стимулятора а-актина (Coleman et al., 1995). Несмотря на то что у таких мышей существенного повышения уровня ИФР-1 в сыворотке крови не происходило, у них наблюдалось существенное увеличение мышечной массы. В дальнейшем той же группой исследователей было показано, что у таких мышей по сравнению с обычными, более эффективно происходит регенерация мышц и мотонейронов (Rabinovsky et al., 2003). Трудно определить, была ли использована в этих генноинженериых экспериментах полноразмерная кДНК и содержала ли вставка структуру, взаимодействующую со связывающим белком. Важно также знать, насколько специфическим для мышечной ткани является образование ИФР-1. Обычно это определяется специфичностью регуляторной последовательности, использованной для осуществления контроля образования в генетической конструкции, которая была внедрена в трансгенное животное. Помимо животных со сверхобразованием ИФР-1, были созданы мыши с отсутствием гена IGF-I, т. е. мыши, в геноме которых не содержалось этого гена. Таким образом, у них не происходило экспрессии ни одного из вариантов ИФР-1 (Baker et al., 1993). Однако такие мыши погибали вскоре после рождения из-за недоразвитости их мускулатуры. Интересно, что результаты проведенных недавно экспериментов с использованием тканеспецифической делеции генов с применением Сге-lохР модели делеции генов поставили под вопрос роль СТГ и продуцируемого в печени ИФР-1 в контроле постнатального роста и развития (Sjogren et al., 1999; Yakar et al., 1999). С помощью этой системы гомологической рекомбинации была осуществлена специфическая делеция гена ИФР-1 в печени, при этом в остальных тканях, а именно: в сердце, мышцах, жировой ткани, селезенке и почках наблюдалась нормальная экспрессия этого гена. Эффект специфической делении гена ИФР-1 в тканях печени на рост и развитие генетически модифицированных мышей проявлялся в снижении уровня ИФР-1 в крови в возрасте 6 месяцев. Интересно, что при оценке размеров тела и массы отдельных органов не было выявлено никаких различий между нокаутными и обычными мышами. Это означает, что постнатальный рост и развитие происходят без участия ИФР-1, вырабатываемого печенью (Sjogren et al., 1999), что еще раз подчеркивает роль локальной системы ИФР-1 в этих процессах.