Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1, соматомедин С, англ. 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[1]. Считается, что этот белок играет активную роль в процессах старения организма: мутации гена ИФР-1 приводили к увеличению продолжительности жизни у лабораторных животных[2].
Инсулиноподобный фактор роста 1 у человека кодируется геном IGF1[3][4].
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].
ИФР-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 обнаружено, что количество ИФР-1 и РНК в печени положительно связано с недостатком казеина и отрицательно связано с недостатком белка в пище[5]. 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.
ИФР-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 991 день].
ГР/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[6]
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.[7]
Именно гены ИФР-каскада стали первыми открытыми «генами старения» — то есть генами, повреждение которых привело к увеличению продолжительности жизни[8].
.
Различные 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.
Каскад, который регулирует как увеличение продолжительности жизни, так и диапаузу[9]. был впервые исследован для нематоды Caenorhabditis elegans. В ответ на неблагоприятные внешние условия этот червь переходит в ювенильную форму, которая называется дауэровской[en] («спящей»). В этой форме Caenorhabditis elegans не происходит развития, размножения. Эта форма становится устойчивой к окислительному стрессу[10]. 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[en] (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 [9]. 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.[10][11]
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)[2]. 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[2].
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).[2][12]
Доказательства влияния ИФР1 каскада на продолжительность жизни были показаны на различных моделях млекопитающих. Хорошим примером могут быть карликовые мутантные мыши, дефицитные по гормону роста. Такие мыши не только долго живут, у них замедленно старение иммунной системы (клеточное старение), перекрестные сшивки коллагена, замедлено старение летальных заболеваний и случайных патологических процессов, таких как артриты.[8][13].
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 %[7]. Генетические модели также показали влияние ИФР1 каскада на продолжительность жизни.
Чтобы 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[14].
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[14].
В 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.[15]
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)[7].
Путь ИФР сигнализации имеет патогенную роль в развитии рака. Исследования показали, что при повышенном уровне ИФР усиливается рост раковых клеток.[16][17] Кроме того у людей с синдромом Ларона риск развития рака существенно меньше.[18][19] Изменения в диете, в частности, веганская диета, уменьшающие активность ИФР-1, могут быть связаны с уменьшением риска рака.[20] Однако, несмотря на значительные исследования, противораковые терапии, влияющие на ИФР-1, не показали впечатляющих результатов в клинических испытаниях.[17][21][22][23]
Была показана эффективность ИФР-1 при инсульте у мышей в комбинации с эритропоэтином. Были зафиксированы поведенческие и клеточные улучшения.[24]
Клинические испытания вещества ибутаморен, которое повышает уровень ИФР-1 у пациентов, не продемонстрировало улучшений симптомов болезни Альцгеймера.[25] 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,[26] поэтому ИФР-1 имеет потенциал для лечения БАС.[27] Однако, в целом исследования показали противоречивые результаты.[28]
Пациенты с тяжелым первичным дефицитом ИФР-1 могут лечиться либо ИФР-1, либо ИФР-1 вместе с IGFBP3 (ИФР-связывающий белок типа 3).[29] Мекасермин (выпускается под брендом Инкрелекс) — синтетический аналог ИФР-1, утверждённый для лечения нарушений роста.[29] ИФР-1 производится в промышленных масштабах с использованием дрожжей или E. coli.
Для улучшения этой статьи желательно: |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .