Factorul de creștere asemănător insulinei 1 ( IGF-1 , somatomedin C , în engleză factorul de creștere asemănător insulinei 1, IGF1 ) este o proteină din familia factorilor de creștere asemănătoare insulinei, similare ca structură și funcție cu insulina . Este implicat în reglarea endocrină, autocrină și paracrină a proceselor de creștere, dezvoltare și diferențiere a celulelor și țesuturilor corpului . IGF-1 constă dintr-un singur lanț polipeptidic de 70 de resturi de aminoacizi cu trei punți disulfurice intramoleculare . Greutatea moleculară a IGF-1 este de 7,6 kDa [1] . Se crede că această proteină joacă un rol activ în procesul de îmbătrânire a organismului: mutațiile genei IGF-1 au dus la creșterea speranței de viață la animalele de laborator [2] .
Factorul 1 de creștere asemănător insulinei la om este codificat de gena IGF1 [3] [4] .
IGF-1 este cel mai important mediator endocrin al acțiunii hormonului somatotrop , de aceea este numit și somatomedină C. IGF-1 este produs de hepatocitele hepatice ca răspuns la stimularea receptorilor lor de somatotropină . În țesuturile periferice, IGF-1 este cel care asigură aproape toate efectele fiziologice ale hormonului somatotrop. Efectele sale au fost numite „activitate necontrolată asemănătoare insulinei”[ specificați ] .
IGF-1 oferă, de asemenea, feedback hipotalamusului și hipofizarului de-a lungul axei somatotrope: secreția hormonului de eliberare a somatotropinei și a hormonului somatotrop depinde de nivelul de IGF-1 din sânge . Cu un nivel scăzut de IGF-1 în sânge, secreția de hormon de eliberare a somatotropinei și a somatotropinei crește, iar cu un nivel ridicat, scade. IGF-1 reglează, de asemenea, secreția de somatostatina : un nivel ridicat de IGF-1 duce la o creștere a secreției de somatostatina, un nivel scăzut la scăderea acesteia. Acest mecanism este o altă modalitate de a regla nivelul hormonului de creștere din sânge. Dar acțiunea poate fi inhibată de malnutriție, insensibilitate la hormonul de creștere, lipsa răspunsului la receptor sau eșecul comunicării receptorului sub nivelul minim necesar al căii de semnalizare. În experimente pe șobolani, concentrațiile plasmatice ale IGF-1 imunoreactiv s-au dovedit a fi mai mari la șobolani cu dietă cu cazeină decât la șobolani cu o dietă fără soia sau fără proteine [5] . De asemenea, s-a constatat că, cu o lipsă de IGF-1 în sânge, acesta poate fi produs chiar în mușchii.
Nivelul de IGF-1 din sânge depinde de efectul asupra ficatului nu numai al hormonului de creștere, ci și al steroizilor sexuali și al hormonilor tiroidieni , al glucocorticoizilor , al insulinei . În același timp, insulina, androgenii , estrogenii cresc secreția de IGF-1 de către ficat, iar glucocorticoizii o reduc. Acesta este unul dintre motivele pentru sinergismul insulinei, somatotropinei, hormonilor sexuali și tiroidieni în relație cu procesele de creștere și dezvoltare a corpului, creșterea și diferențierea țesuturilor și unul dintre motivele efectului inhibitor caracteristic al glucocorticoizilor asupra procesele de creștere liniară, pubertate etc. IGF-1 afectează dezvoltarea de-a lungul vieții, dar nivelul său sanguin nu este constant: cel mai scăzut nivel de producție de IGF-1 în copilărie și bătrânețe și cel mai ridicat în timpul adolescenței.
IGF-1 ca atare a fost descoperit în 1978 și 10 ani mai târziu a început să fie folosit de sportivi ca element de antrenament. A câștigat o popularitate imensă datorită faptului că nu are nevoie deloc de suplimente suplimentare (cursuri cu steroizi, insulină etc.). Dar recent, s-au generat și efecte secundare: creșterea ficatului, a splinei , a numărului de celule maligne. .
Cascada GR /IGF1 este foarte conservată în diferite grupuri de animale (vertebrate și nevertebrate). În termeni generali, constă în faptul că IGF1, prin receptorul său, declanșează o cascadă de reacții care conduc la inhibarea factorilor de transcripție (DAF-16 la C. elegans sau FOXO1 la șoareci). Este probabil ca acești factori de transcripție să regleze expresia genelor care măresc durata de viață [6]
În timp ce la nevertebrate insulina/IGF1 este o singură cale, la vertebratele superioare, inclusiv mamiferele, această cale este subdivizată în două. Cele două căi au funcții care se suprapun, dar insulina este implicată în primul rând în reglarea metabolismului, iar calea GH/IGF1 joacă un rol important în creștere, dezvoltare și, eventual, longevitate. [7]
Genele în cascadă IGF au fost primele „ gene de îmbătrânire ” descoperite – adică gene a căror lezare a dus la creșterea speranței de viață [8] .
.
Diverse animale (vertebrate și nevertebrate) sunt modele convenabile pentru studiul îmbătrânirii datorită duratei de viață relativ scurte, a posibilității de manipulare genetică și a studiului duratei lor de viață.
O cascadă care reglează atât prelungirea duratei de viață, cât și diapauză [9] . a fost studiat mai întâi pentru nematodul Caenorhabditis elegans . Ca răspuns la condițiile externe nefavorabile, acest vierme trece într-o formă juvenilă, care se numește Dauer’s („dormit”). În această formă de Caenorhabditis elegans , dezvoltarea și reproducerea nu au loc. Această formă devine rezistentă la stresul oxidativ [10] . Corpul stochează grăsime pentru a stoca energie. Când condițiile de mediu sunt restabilite, nematodul revine la starea de adulți fertile. Doar un individ tânăr care nu a ajuns la pubertate poate trece în forma dauer.
Restaurarea condițiilor de mediu stimulează activarea căii de semnalizare a insulinei/IGF-1. Dacă receptorul de insulină/IGF-1, daf-2 (sau componentele ulterioare ale cascadei, PI3-kinaza / PDK / Akt ) este mutat, Caenorhabditis elegans devine dauer chiar și în condiții de mediu satisfăcătoare. Cascada de insulină/IGF-1 are ca scop inhibarea proteinei DAF-16, care este un factor de transcripție pentru un bloc de gene care stimulează tranziția la forma dauer [9] . Mutațiile căii care duc la creșterea duratei de viață ar trebui să fie slabe. Cu mutații puternice și activitate insuficientă a cascadei insulinei/IGF1, un individ tânăr se poate „bloca” în forma dauer.
S-a demonstrat că, pe lângă durata de viață, cascada de reacții descrisă afectează și fertilitatea și mișcarea indivizilor. Unii mutanți daf-2 au trecut în forma juvenilă și și-au pierdut capacitatea de mișcare. Cu toate acestea, astfel de manifestări nu pot fi asociate cu longevitatea, deoarece există mutanți daf-2 cu viață lungă a căror motilitate și fertilitate sunt normale (comparativ cu tipul sălbatic). Calea insulinei/IGF1 poate regla semnalizarea hormonală a organismului. S-a observat că organismele purtătoare de mutații ale genei daf-2 numai în anumite tulpini au o durată de viață crescută a întregului corp. [10] [11]
Drosophila (musca fructelor) are o serie de avantaje pentru studiul îmbătrânirii: acest animal este un organism model bine studiat, cu metode dezvoltate de inginerie genetică pentru a lucra cu el, precum și un obiect bun pentru knockout genetic . Muștele de fructe au mai multe asemănări cu oamenii (mamiferele) decât Caenorhabditis elegans (nematodul) - au omologi pentru creier, inimă, rinichi. Drosophila are, de asemenea,un comportament complex. Cu toate acestea, majoritatea proceselor biologice au fost studiate în stadiul embrionar și înainte de metamorfoză. Musca adultă, un obiect model al gerontologiei, a fost studiată mai puțin bine decât stadiul embrionar. În ciuda acestui fapt, Drosophila este unul dintre principalele organisme model în studiul îmbătrânirii.
Ca și în cazul Caenorhabditis elegans , la Drosophila , mutațiile care reduc eficiența cascadei IGF1 duc la creșterea duratei de viață. Acest lucru a fost demonstrat prin reducerea cantității de proteine asemănătoare insulinei și prin eliminarea substraturilor receptorilor IGF (chico și Lnk) [2] . În același timp, o creștere a expresiei omologului DAF-16 FOXO ( un factor de transcripție reglat de cascada IGF) duce, de asemenea, la o creștere a duratei de viață a muștelor. Odată cu scăderea expresiei unui alt regulator invers FOXO (14-3-3ε), crește și durata muștelor.
Sistemul nervos și corpul adipos al Drosophila sunt implicate în reglarea duratei de viață. Astfel, unele proteine asemănătoare insulinei (IPP) sunt produse de celulele neurosecretoare. Sub stres, kinaza Jun-N-terminală ( kinaza ) este activată, ceea ce duce la o reducere a expresiei unora dintre aceste proteine (IPB2 și IPB5) și, ca urmare, la o scădere a eficienței IGF1. cascadă. Când această kinază este activată prin metode moleculare, se observă o creștere a duratei de viață a muștelor.
În corpul adipos (echivalenți de țesut adipos alb și ficat la mamifere) a existat o reducere a cascadei IGF1. Cu toate acestea, în 2004 s-a demonstrat că o creștere a expresiei FOXO poate crește durata de viață a unui organism. Mecanismele unei astfel de influențe necesită studii suplimentare [2] .
În toate cazurile de inhibare a cascadei IGF1, s-a observat că activitatea genelor implicate în cascadele de detoxifiere celulară crește.
În experimentele descrise mai devreme, s-a arătat că inhibarea cascadei IGF1 crește speranța de viață, totuși, această inhibiție încetinește cu adevărat procesul de îmbătrânire?
O scădere a activității cascadei IGF1 duce la o scădere a fertilității feminine, ceea ce nu este surprinzător, deoarece această cascadă joacă unul dintre rolurile cheie în reglarea creșterii, proliferării și supraviețuirii celulelor stem , precursori de ovocite. Cu toate acestea, atunci când dieta muștelor de tip sălbatic este limitată, ceea ce duce, printre altele, la limitarea activității cascadei IGF1, crește numărul de celule germinale.
Pe de altă parte, odată cu scăderea eficienței cascadei (împreună cu reducerea lanțului de semnal TOR ), scăderea funcțiilor inimii încetinește, iar geotaxia negativă este observată mai rar . Pentru muștele care servesc drept modele pentru studiul bolii Alzheimer, s-a demonstrat că reducerea componentelor căii IGF1 a dus la o scădere a progresiei bolii. Rezultate similare au fost demonstrate pentru o serie de alte boli neurodegenerative (de exemplu, boala Parkinson). [2] [12]
Dovezi pentru efectul cascadei IGF1 asupra longevității au fost demonstrate în diferite modele de mamifere. Un bun exemplu ar fi șoarecii mutanți pitici cu deficit de hormon de creștere .
Șoarecii pitici Ames trăiesc cu 50%, cu 70% mai mult (masculi, femele) decât șoarecii de tip sălbatic [8] . Acest model este unul dintre primele exemple ale capacității unei singure gene de a prelungi semnificativ viața la mamifere. Mutațiile autozomale recesive duc la hipopituitarism, care se manifestă printr-o scădere a sintezei și secreției hormonului de creștere (GH), prolactinei și hormonului de stimulare a tiroidei (TSH). Acești șoareci au niveluri reduse de factor de creștere asemănător insulinei 1 (IGF-1) și de insulină în sânge, au crescut sensibilitatea la insulină și au scăzut temperatura corpului. Atât șoarecii pigmei masculi, cât și femele sunt infertili și imunodeprimați [8] . S-a demonstrat că la acești șoareci nivelurile de glutation și acid ascorbic din ficat sunt reduse și activitatea catalazei este crescută față de martor, ceea ce se manifestă prin rezistență mai mare la stresul oxidativ. Incidența tumorilor spontane la șoarecii pitici și normali este aceeași. Cu toate acestea, șoarecii pitici trăiesc mult mai mult decât șoarecii normali și este posibil să dezvolte tumori mai târziu.
Șoarecii pitici Snell, care poartă o mutație în gena Pit1 (factor de transcripție 1 specific hipofizarului), reglată de gena Prop-1, trăiesc, de asemenea, mult mai mult decât șoarecii normali, ceea ce este asociat cu o deficiență în producția lor de hormon de creștere. Deficiența hormonului de creștere la șoarecii pigmei Snell are ca rezultat scăderea secreției de insulină și IGF-1 și o semnalizare redusă mediată de genele receptorilor de insulină InR, IRS-1 sau IRS-2 și P13K, implicate în controlul duratei de viață. Autorii cred că mutația Pit-1 duce la o stare de homeostazie fiziologică care este favorabilă longevității.
Șoarecii knockout cu receptor homozigot al hormonului de creștere (GHR -/- ) prezintă o oarecare întârziere a creșterii, nanism proporțional, scăderea lungimii osoase și a conținutului de minerale osoase, absența receptorului hormonului de creștere și a proteinei de legare a GH, o scădere semnificativă a nivelurilor sanguine de IGF-1, și proteina sa de legare-3 și o creștere a concentrației serice de GH. Ei trăiesc semnificativ mai mult decât animalele heterozigote (GHR +/- ) sau șoarecii de tip sălbatic (GHR +/+ ) [13] .
De asemenea, la rozătoarele care au fost puse la dietă (hrană restricționată), a existat o scădere a nivelului de insulină și IGF1. Cantitatea de grăsime stocată a fost redusă, sistemul imunitar a fost stimulat. Speranța de viață a crescut cu 30-40% [7] . Modelele genetice au arătat, de asemenea, efectul cascadei IGF1 asupra duratei de viață.
Studiul bolii Alzheimer la șoareciPentru a crea un sistem pentru studiul bolii Alzheimer, β-amiloidul a fost exprimat la șoareci . La o persoană sănătoasă, această proteină este exprimată și, în mod normal, această proteină nu este toxică, totuși, β-amiloidul poate forma dimeri și oligomeri, care sunt neurotoxici și provoacă boala Alzheimer. Odată cu reducerea cascadei IGF1 la șoareci, s-a observat agregarea β-amiloidului în ansambluri mai mari, ceea ce a redus toxicitatea acestora și a încetinit dezvoltarea bolii [14] .
Prin analogie cu alte animale, la mamifere, cascada IGF1 reglează negativ factorii de translație ai genelor FOXO. FOXO este o familie extrem de conservată de gene la mamifere, care sunt esențiale pentru supraviețuirea unui organism în condiții stresante. Mai mult, atunci când semnalul IGF1 a fost redus, șoarecii au fost mai rezistenți la stresul oxidativ. Astfel, la șoarecii modelați pentru studiul bolii Alzheimer, a fost demonstrat efectul complex al cascadei IGF1 asupra sistemelor de apărare ale organismului [14] .
În 2009, a fost realizat un studiu pe un grup de caucazieni mai în vârstă. Am studiat 30 de gene ale căii de semnalizare a insulinei/IGF1. Acest studiu a descoperit SNP care au fost asociate semnificativ cu durata de viață. Unul dintre aceste SNP a fost găsit în gena AKT1 . Și încă două SNP din gena FOXO3A au fost asociate cu speranța de viață la femei.
AKT1 este una dintre tirozin kinazele care este capabilă să fosforileze FOXO3A. Proteina fosforilată nu poate intra în nucleu și nu poate activa genele familiei FOXO . FOXO3A este unul dintre cei trei omologi umani ai factorului de translație DAF-16 în Caenorhabditis elegans . Interesant este că SNP -urile care afectează durata de viață au fost găsite în introni ale căror funcții nu sunt încă cunoscute. [cincisprezece]
Pentru oameni, raportul GH/IGF1 joacă un rol important. Cu o cantitate relativ mare de hormon de creștere (cu o lipsă de IGF1), se pot dezvolta simptome precum obezitatea, retardul mental și intoleranța la glucoză ( sindromul Laron ) [7] .
Calea de semnalizare IGF are un rol patogen în dezvoltarea cancerului. Studiile au arătat că, cu un nivel crescut de IGF, creșterea celulelor canceroase este îmbunătățită. [16] [17] În plus, persoanele cu sindrom Laron au un risc substanțial mai scăzut de a dezvolta cancer. [18] [19] Modificările dietetice, în special o dietă vegană , care reduc activitatea IGF-1 pot fi asociate cu un risc redus de cancer. [20] Cu toate acestea, în ciuda cercetărilor semnificative, terapiile anti-cancer care afectează IGF-1 nu au arătat rezultate impresionante în studiile clinice. [17] [21] [22] [23]
S-a demonstrat că IGF-1 este eficient în accidentul vascular cerebral la șoareci în combinație cu eritropoietina . Au fost înregistrate îmbunătățiri comportamentale și celulare. [24]
Studiile clinice ale substanței ibutamoren , care crește nivelul de IGF-1 la pacienți, nu au arătat o îmbunătățire a simptomelor bolii Alzheimer . [25] Un alt studiu a demonstrat că nu încetinește progresia bolii la pacienții cu SLA , cu toate acestea, alte studii au arătat îmbunătățiri semnificative cu terapia de substituție cu IGF-1 la pacienții cu SLA, [26] prin urmare IGF-1 are potențial pentru tratamentul SLA. [27] Cu toate acestea, studiile generale au arătat rezultate contradictorii. [28]
Pacienții cu deficit primar sever de IGF-1 pot fi tratați fie cu IGF-1, fie cu IGF-1 împreună cu IGFBP3 (proteina de legare a IGF tip 3). [29] Mecasermin (marca Increlex) este un analog sintetic al IGF-1 aprobat pentru tratamentul tulburărilor de creștere. [29] IGF-1 este produs comercial folosind drojdie sau E. coli .
Dicționare și enciclopedii |
---|
Sistemul endocrin : hormoni peptidici și steroizi | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
glandele endocrine |
| ||||||||||||||||||
Non-endocrine. glandele | Sistemul endocrin gastroenteropancreatic Stomac gastrină grelină 12 inele CCK gip secretină motilină Peptidă intestinală vasoactivă (VIP) Ileum enteroglucagon Ficat /altul Factorul de creștere asemănător insulinei IGF-1 , IGF-2 Țesut adipos leptina adiponectina resistin Schelet Osteocalcina rinichi JGA renina celule peritubulare EPO calcitriol prostaglandine inima peptidă natriuretică ANP , BNP |