Insulinliknande tillväxtfaktor 1 ( IGF-1 , somatomedin C , engelsk insulinliknande tillväxtfaktor 1, IGF1 ) är ett protein från familjen insulinliknande tillväxtfaktorer som i struktur och funktion liknar insulin . Det är involverat i den endokrina, autokrina och parakrina regleringen av processerna för tillväxt, utveckling och differentiering av celler och vävnader i kroppen . IGF-1 består av en enda polypeptidkedja med 70 aminosyrarester med tre intramolekylära disulfidbryggor . Molekylvikten för IGF-1 är 7,6 kDa [1] . Man tror att detta protein spelar en aktiv roll i kroppens åldrandeprocess: mutationer i IGF-1-genen ledde till en ökad förväntad livslängd hos försöksdjur [2] .
Insulinlik tillväxtfaktor 1 hos människor kodas av IGF1 -genen [3] [4] .
IGF-1 är den viktigaste endokrina mediatorn för verkan av somatotropt hormon , därför kallas det också somatomedin C. IGF-1 produceras av leverhepatocyter som svar på stimulering av deras somatotropinreceptorer . I perifera vävnader är det IGF-1 som ger nästan alla fysiologiska effekter av somatotropt hormon. Dess effekter har kallats "okontrollerad insulinliknande aktivitet"[ specificera ] .
IGF-1 ger också feedback till hypotalamus och hypofysen längs den somatotropa axeln: utsöndringen av somatotropinfrisättande hormon och somatotropt hormon beror på nivån av IGF-1 i blodet . Med en låg nivå av IGF-1 i blodet ökar utsöndringen av somatotropinfrisättande hormon och somatotropin, och med en hög nivå minskar den. IGF-1 reglerar också utsöndringen av somatostatin : en hög nivå av IGF-1 leder till en ökning av utsöndringen av somatostatin, en låg nivå till dess minskning. Denna mekanism är ett annat sätt att reglera nivån av tillväxthormon i blodet. Men verkan kan hämmas av undernäring, okänslighet för tillväxthormon, avsaknad av receptorsvar eller misslyckande med receptorkommunikation under det minimum som krävs för signalvägen. I experiment på råttor har plasmakoncentrationer av immunreaktivt IGF-1 visat sig vara högre hos råttor på kaseindiet än hos råttor på sojabönor eller proteinfri diet [5] . Man fann också att med brist på IGF-1 i blodet kan det produceras i själva musklerna.
Nivån av IGF-1 i blodet beror på effekten på levern av inte bara tillväxthormon, utan även könssteroider och sköldkörtelhormoner , glukokortikoider , insulin . Samtidigt ökar insulin, androgener , östrogener utsöndringen av IGF-1 i levern och glukokortikoider minskar den. Detta är en av anledningarna till synergismen av insulin, somatotropin, kön och sköldkörtelhormoner i förhållande till processerna för tillväxt och utveckling av kroppen, tillväxt och differentiering av vävnader, och en av anledningarna till den karakteristiska hämmande effekten av glukokortikoider på processerna linjär tillväxt, pubertet etc. IGF-1 påverkar utvecklingen under hela livet, men dess blodnivå är inte konstant: den lägsta nivån av IGF-1-produktion i barndomen och hög ålder, och den högsta under tonåren.
IGF-1 som sådan upptäcktes 1978 och 10 år senare började den användas av idrottare som en del av träningen. Det har vunnit enorm popularitet på grund av det faktum att det inte alls behöver ytterligare tillskott (steroidkurser, insulin, etc.). Men nyligen har biverkningar också avlats: en ökning av levern, mjälten , antalet maligna celler .
GR /IGF1-kaskaden är mycket konserverad i olika grupper av djur (ryggradslösa och ryggradslösa djur). Generellt sett ligger det i det faktum att IGF1, genom sin receptor, utlöser en kaskad av reaktioner som leder till hämning av transkriptionsfaktorer (DAF-16 hos C. elegans eller FOXO1 hos möss). Det är troligt att dessa transkriptionsfaktorer reglerar uttrycket av gener som ökar livslängden [6]
Medan insulin/IGF1 hos ryggradslösa djur är en väg, hos högre ryggradsdjur, inklusive däggdjur, är denna väg uppdelad i två. De två vägarna har överlappande funktioner, men insulin är främst involverat i regleringen av ämnesomsättningen, och GH/IGF1-vägen spelar en viktig roll för tillväxt, utveckling och möjligen livslängd. [7]
Det var IGF-kaskadgenerna som blev de första upptäckta " åldrande generna " - det vill säga gener vars skada ledde till en ökad förväntad livslängd [8] .
.
Olika djur (ryggradsdjur och ryggradslösa djur) är lämpliga modeller för studier av åldrande på grund av deras relativt korta livslängder, möjligheten till genetisk manipulation och studien av deras livslängder.
En kaskad som reglerar både livslängdsförlängning och diapaus [9] . studerades först för nematoden Caenorhabditis elegans . Som svar på ogynnsamma yttre förhållanden övergår denna mask till en juvenil form, som kallas Dauers ("sova"). I denna form av Caenorhabditis elegans förekommer inte utveckling och reproduktion. Denna form blir resistent mot oxidativ stress [10] . Kroppen lagrar fett för att lagra energi. När miljöförhållandena återställs återgår nematoden till tillståndet för fertila vuxna. Endast en ung individ som inte har nått puberteten kan övergå i dauer - formen.
Återställande av miljöförhållanden stimulerar aktiveringen av insulin/IGF-1-signalvägen. Om insulin/IGF-1-receptorn, daf-2 (eller de senare komponenterna i kaskaden, PI3-kinas / PDK / Akt ) muteras, blir Caenorhabditis elegans dauer även under tillfredsställande miljöförhållanden. Insulin/IGF-1-kaskaden syftar till att hämma proteinet DAF-16, som är en transkriptionsfaktor för ett block av gener som stimulerar övergången till dauerformen [9] . Vägmutationer som leder till ökad livslängd bör vara svaga. Med starka mutationer och otillräcklig aktivitet av insulin/IGF1-kaskaden kan en ung individ "fastna" i dauerformen.
Det visades att förutom livslängden påverkar den beskrivna reaktionskaskaden också individers fertilitet och rörelse. Vissa daf-2-mutanter gick över i den unga formen och förlorade förmågan att röra sig. Sådana manifestationer kan dock inte associeras med livslängd, eftersom det finns långlivade daf-2-mutanter vars rörlighet och fertilitet är normal (jämfört med vildtypen). Insulin/IGF1-vägen kan reglera kroppens hormonella signalering. Organismer som endast bär på daf-2-genmutationer i vissa stammar har observerats ha en ökad livslängd för hela kroppen. [10] [11]
Drosophila (fruktfluga) har ett antal fördelar för studien av åldrande: detta djur är en välstuderad modellorganism med utvecklade metoder för genteknik för att arbeta med det, såväl som ett bra föremål för genetisk knockout . Fruktflugor har fler likheter med människor (däggdjur) än Caenorhabditis elegans (nematod) - de har en hjärna, hjärta, njurhomologer. Drosophila har också ettkomplext beteende. De flesta biologiska processer har dock studerats i embryonalstadiet och före metamorfos. Den vuxna flugan, ett modellobjekt för gerontologi, har studerats mindre väl än embryonalstadiet. Trots detta är Drosophila en av huvudmodellorganismerna i studiet av åldrande.
Som med Caenorhabditis elegans , i Drosophila , leder mutationer som minskar effektiviteten av IGF1-kaskaden till ökad livslängd. Detta har visats genom att minska mängden insulinliknande proteiner och genom att slå ut IGF-receptorsubstrat (chico och Lnk) [2] . Samtidigt leder en ökning av uttrycket av DAF-16- homologen FOXO ( en transkriptionsfaktor som regleras av IGF - kaskaden) också till en ökning av flugornas livslängd. Med en minskning av uttrycket av en annan invers regulator FOXO (14-3-3ε), ökar också varaktigheten av flugorna.
Nervsystemet och den feta kroppen av Drosophila är involverade i regleringen av livslängden. Således produceras vissa insulinliknande proteiner (IPP) av neurosekretoriska celler. Under stress aktiveras det Jun-N-terminala kinaset ( kinas ), vilket leder till en minskning av uttrycket av vissa av dessa proteiner (IPB2 och IPB5), och, som ett resultat, till en minskning av effektiviteten av IGF1 kaskad. När detta kinas aktiveras med molekylära metoder observeras en ökning av flugornas livslängd.
I fettkroppen (ekvivalenter av vit fettvävnad och lever hos däggdjur) skedde en minskning av IGF1-kaskaden. Men 2004 visades det att en ökning av FOXO-uttryck kan öka en organisms livslängd. Mekanismerna för sådan påverkan kräver ytterligare studier [2] .
I alla fall av hämning av IGF1-kaskaden noterades att aktiviteten hos generna som är involverade i kaskaderna av cellavgiftning ökar.
I de tidigare beskrivna experimenten visades det att hämning av IGF1-kaskaden ökar livslängden, men bromsar denna hämning verkligen åldrandeprocessen?
En minskning av aktiviteten hos IGF1-kaskaden leder till en minskning av kvinnlig fertilitet, vilket inte är förvånande, eftersom denna kaskad spelar en av nyckelrollerna för att reglera tillväxt, proliferation och överlevnad av stamceller , oocytprekursorer. Men när dieten av vildtypflugor är begränsad, vilket bland annat leder till att IGF1-kaskadens arbete begränsas, ökar det antalet könsceller.
Å andra sidan, med en minskning av kaskadens effektivitet (tillsammans med minskningen av TOR-signalkedjan ), saktar minskningen av hjärtfunktionerna ner, och negativ geotaxi observeras mindre ofta . För flugor som fungerar som modeller för studier av Alzheimers sjukdom visades det att minskningen av komponenterna i IGF1-vägen ledde till en minskning av sjukdomens fortskridande. Liknande resultat har visats för ett antal andra neurodegenerativa sjukdomar (t.ex. Parkinsons sjukdom). [2] [12]
Bevis för effekten av IGF1-kaskaden på livslängden har visats i olika däggdjursmodeller. Ett bra exempel skulle vara dvärgmutantmöss med brist på tillväxthormon .
Ames dvärgmöss lever 50%, 70% längre (hane, hona) än vildtypsmöss [8] . Denna modell är ett av de första exemplen på en enda gens förmåga att avsevärt förlänga livet hos däggdjur. Autosomala recessiva mutationer leder till hypopituitarism, vilket visar sig i en minskning av syntesen och utsöndringen av tillväxthormon (GH), prolaktin och sköldkörtelstimulerande hormon (TSH). Dessa möss har minskade nivåer av insulinliknande tillväxtfaktor 1 (IGF-1) och insulin i blodet, ökad insulinkänslighet och sänkt kroppstemperatur. Både han- och pygmémöss är infertila och immunsupprimerade [8] . Det visades att hos dessa möss minskade nivåerna av glutation och askorbinsyra i levern och katalasaktiviteten ökas jämfört med kontrollen, vilket manifesteras av större motståndskraft mot oxidativ stress. Incidensen av spontana tumörer hos dvärg- och normala möss är densamma. Dvärgmöss lever dock mycket längre än vanliga möss, och det är möjligt att de utvecklar tumörer senare.
Snell-dvärgmöss, som bär på en mutation i Pit1-genen (hypofysspecifik transkriptionsfaktor 1) som regleras av Prop-1-genen, lever också mycket längre än vanliga möss, vilket är förknippat med en brist i deras produktion av tillväxthormon. Tillväxthormonbrist hos Snell-pygmémöss resulterar i minskad utsöndring av insulin och IGF-1 och minskad signalering medierad av insulinreceptorgenerna InR, IRS-1 eller IRS-2 och P13K, involverade i kontrollen av livslängden. Författarna tror att Pit-1-mutationen leder till ett tillstånd av fysiologisk homeostas som bidrar till livslängden.
Homozygot tillväxthormonreceptor (GHR -/- ) knockoutmöss visar viss tillväxthämning, proportionell dvärgväxt, minskad benlängd och benmineralinnehåll, frånvaro av tillväxthormonreceptor och GH-bindande protein, en signifikant minskning av blodnivåerna av IGF-1, och dess bindande protein-3 och en ökning av serumkoncentrationen av GH. De lever betydligt längre än heterozygota (GHR +/- ) djur eller vildtypsmöss (GHR +/+ ) [13] .
Hos gnagare som sattes på en diet (begränsad föda) skedde en minskning av nivån av insulin och IGF1. Mängden lagrat fett minskade, immunförsvaret stimulerades. Den förväntade livslängden ökade med 30-40 % [7] . Genetiska modeller har också visat effekten av IGF1-kaskaden på livslängden.
Studie av Alzheimers sjukdom hos mössFör att skapa ett system för studier av Alzheimers sjukdom, uttrycktes β-amyloid i möss . Hos en frisk person uttrycks detta protein, och normalt är detta protein inte giftigt, men β-amyloid kan bilda dimerer och oligomerer, som är neurotoxiska och orsakar Alzheimers sjukdom. Med minskningen av IGF1-kaskaden hos möss observerades aggregationen av β-amyloid till större ensembler, vilket minskade deras toxicitet och bromsade utvecklingen av sjukdomen [14] .
I analogi med andra djur, hos däggdjur, reglerar IGF1-kaskaden negativt translationsfaktorerna för FOXO-generna. FOXO är en mycket konserverad familj av gener hos däggdjur som är nödvändiga för en organisms överlevnad under stressiga förhållanden. Dessutom, när IGF1-signalen reducerades, var mössen mer motståndskraftiga mot oxidativ stress. Således, i möss modellerade för studien av Alzheimers sjukdom, visades den komplexa effekten av IGF1-kaskaden på kroppens försvarssystem [14] .
2009 genomfördes en studie på en grupp äldre kaukasier. Vi studerade 30 gener av insulin/IGF1-signalvägen. Denna studie fann SNPs som var signifikant associerade med livslängd. En av dessa SNP hittades i AKT1 -genen . Och ytterligare två SNPs i FOXO3A -genen har associerats med förväntad livslängd hos kvinnor.
AKT1 är ett av tyrosinkinaserna som kan fosforylera FOXO3A. Det fosforylerade proteinet kan inte komma in i kärnan och aktivera generna i FOXO-familjen . FOXO3A är en av tre humana homologer till DAF-16 translationsfaktorn i Caenorhabditis elegans . Intressant nog har SNP som påverkar livslängden hittats i introner vars funktioner ännu inte är kända. [femton]
För människor spelar förhållandet GH/IGF1 en viktig roll. Med en relativt stor mängd tillväxthormon (med brist på IGF1) kan symtom som fetma, mental retardation och glukosintolerans ( Larons syndrom ) utvecklas [7] .
IGF-signalvägen har en patogen roll i cancerutveckling. Studier har visat att med en ökad nivå av IGF förstärks tillväxten av cancerceller. [16] [17] Dessutom har personer med Larons syndrom en betydligt lägre risk att utveckla cancer. [18] [19] Kostförändringar, i synnerhet en vegansk kost, som minskar IGF-1-aktiviteten kan vara associerade med en minskad risk för cancer. [20] Men trots betydande forskning har anti-cancerterapier som påverkar IGF-1 inte visat imponerande resultat i kliniska prövningar. [17] [21] [22] [23]
IGF-1 har visat sig vara effektivt vid stroke hos möss i kombination med erytropoietin . Beteendemässiga och cellulära förbättringar registrerades. [24]
Kliniska prövningar av substansen ibutamoren , som ökar IGF-1-nivåerna hos patienter, har inte visat förbättring av symtomen på Alzheimers sjukdom . [25] En annan studie visade ingen bromsning av sjukdomsprogression hos patienter med ALS , men andra studier har visat signifikanta förbättringar med IGF-1-ersättningsterapi hos patienter med ALS, [26] därför har IGF-1 potential för behandling av ALS. [27] Men övergripande studier har visat motstridiga resultat. [28]
Patienter med allvarlig primär IGF-1-brist kan behandlas med antingen IGF-1 eller IGF-1 tillsammans med IGFBP3 (IGF-bindande protein typ 3). [29] Mecasermin (märkt som Increlex) är en syntetisk analog av IGF-1 godkänd för behandling av tillväxtstörningar. [29] IGF-1 produceras kommersiellt med användning av jäst eller E. coli .
Ordböcker och uppslagsverk |
---|
Endokrina systemet : peptid- och steroidhormoner | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
endokrina körtlar |
| ||||||||||||||||||
Icke-endokrina. körtlar | Gastroenteropankreatiska endokrina systemet Mage gastrin ghrelin 12-ringad CCK gip sekretin motilin Vasoaktiv intestinal peptid (VIP) Ileum enteroglukagon Lever / annat Insulinliknande tillväxtfaktor IGF-1 , IGF-2 Fettvävnad leptin adiponektin motstå Skelett Osteocalcin njurar JGA renin peritubulära celler EPO kalcitriol prostaglandin Hjärta natriuretisk peptid ANP , BNP |