Az inzulinszerű növekedési faktor 1 ( IGF-1 , somatomedin C , angolul inzulinszerű növekedési faktor 1, IGF1 ) az inzulinszerű növekedési faktorok családjába tartozó fehérje, amely szerkezetében és működésében hasonló az inzulinhoz . Részt vesz a test sejtjeinek és szöveteinek növekedési, fejlődési és differenciálódási folyamatainak endokrin, autokrin és parakrin szabályozásában . Az IGF-1 egyetlen, 70 aminosavból álló polipeptidláncból áll , három intramolekuláris diszulfidhíddal . Az IGF-1 molekulatömege 7,6 kDa [1] . Úgy gondolják, hogy ez a fehérje aktív szerepet játszik a szervezet öregedési folyamatában: az IGF-1 gén mutációi a laboratóriumi állatok várható élettartamának növekedéséhez vezettek [2] .
Az emberben az inzulinszerű növekedési faktor 1-et az IGF1 gén kódolja [3] [4] .
Az IGF-1 a szomatotrop hormon hatásának legfontosabb endokrin közvetítője , ezért szomatomedin C-nek is nevezik. Az IGF-1-et a máj hepatocitái termelik szomatotropin receptoraik stimulálására válaszul . A perifériás szövetekben az IGF-1 biztosítja a szomatotrop hormon szinte valamennyi élettani hatását. Hatásait "kontrollálatlan inzulinszerű aktivitásnak" nevezik.[ adja meg ] .
Az IGF-1 visszajelzést ad a hipotalamusznak és az agyalapi mirigynek is a szomatotrop tengely mentén: a szomatotropin-releasing hormon és a szomatotrop hormon szekréciója a vér IGF-1 szintjétől függ . Alacsony IGF-1 szint mellett a szomatotropin-releasing hormon és a szomatotropin szekréciója nő, magas szint esetén pedig csökken. Az IGF-1 a szomatosztatin szekrécióját is szabályozza : az IGF-1 magas szintje a szomatosztatin szekréciójának növekedéséhez, alacsony szintje pedig csökkenéséhez vezet. Ez a mechanizmus egy másik módja a növekedési hormon szintjének szabályozására a vérben. De a hatást gátolhatja az alultápláltság, a növekedési hormon érzéketlensége, a receptorválasz hiánya vagy a receptorkommunikáció kudarca a szükséges jelátviteli útvonal minimuma alatt. Patkányokon végzett kísérletek során kimutatták, hogy az immunreaktív IGF-1 plazmakoncentrációja magasabb kazeines diétán tartó patkányokban, mint szójabab- vagy fehérjementes diétán [5] . Azt is megállapították, hogy az IGF-1 hiánya esetén magukban az izmokban is előállítható.
Az IGF-1 szintje a vérben nemcsak a növekedési hormon, hanem a nemi szteroidok és a pajzsmirigyhormonok , a glükokortikoidok és az inzulin májra gyakorolt hatásától is függ . Ugyanakkor az inzulin, az androgének , ösztrogének növelik az IGF-1 szekrécióját a májban, a glükokortikoidok pedig csökkentik. Ez az egyik oka az inzulin, a szomatotropin, a nemi és pajzsmirigyhormonok szinergizmusának a szervezet növekedési és fejlődési folyamataival, a szövetek növekedésével és differenciálódásával kapcsolatosan, és az egyik oka a glükokortikoidok jellegzetes gátló hatásának. a lineáris növekedés, a pubertás stb. folyamatai. Az IGF-1 egész életen át befolyásolja a fejlődést, de vérszintje nem állandó: gyermekkorban és időskorban a legalacsonyabb az IGF-1 termelés, a serdülőkorban a legmagasabb.
Az IGF-1-et, mint olyant, 1978-ban fedezték fel, és 10 évvel később a sportolók kezdték edzési elemként használni. Hatalmas népszerűségre tett szert, mivel egyáltalán nincs szüksége további kiegészítőkre (szteroid kúrák, inzulin stb.). A közelmúltban azonban mellékhatások is megjelentek: a máj, a lép és a rosszindulatú sejtek számának növekedése .
A GR /IGF1 kaszkád erősen konzervált különböző állatcsoportokban (gerincesek és gerinctelenek). Általánosságban elmondható, hogy ez abban rejlik, hogy az IGF1 receptorán keresztül reakciók sorozatát váltja ki, ami a transzkripciós faktorok gátlásához vezet (DAF-16 C. elegansban vagy FOXO1 egerekben). Valószínű, hogy ezek a transzkripciós faktorok szabályozzák az élettartamot növelő gének expresszióját [6]
Míg a gerincteleneknél az inzulin/IGF1 egy útvonal, a magasabb rendű gerinceseknél, beleértve az emlősöket is, ez az útvonal két részre oszlik. A két útvonalnak átfedő funkciói vannak, de az inzulin elsősorban az anyagcsere szabályozásában vesz részt, a GH/IGF1 út pedig fontos szerepet játszik a növekedésben, fejlődésben és esetleg a hosszú élettartamban. [7]
Az IGF kaszkád génjei voltak az első felfedezett „ öregedő gének ”, vagyis olyan gének, amelyek károsodása a várható élettartam növekedéséhez vezetett [8] .
.
A különböző állatok (gerincesek és gerinctelenek) viszonylag rövid élettartamuk, a genetikai manipuláció lehetősége és élethosszuk tanulmányozása miatt kényelmes modellek az öregedés tanulmányozására.
Egy kaszkád, amely szabályozza az élettartam meghosszabbítását és a diapauzát is [9] . először a Caenorhabditis elegans fonálférgére vizsgálták . A kedvezőtlen külső körülmények hatására ez a féreg fiatalkori formába kerül, amelyet Dauer -nek ("alvó") neveznek. A Caenorhabditis elegans ebben a formájában a fejlődés és a szaporodás nem fordul elő. Ez a forma ellenállóvá válik az oxidatív stresszel szemben [10] . A szervezet zsírt raktároz az energia tárolására. Amikor a környezeti feltételek helyreállnak, a fonálféreg visszatér a termékeny imágók állapotába. Csak az a fiatal egyed léphet át a dauer formába, aki még nem érte el a pubertás korát.
A környezeti feltételek helyreállítása serkenti az inzulin/IGF-1 jelátviteli útvonal aktiválását. Ha az inzulin/IGF-1 receptor, a daf-2 (vagy a kaszkád későbbi komponensei, a PI3-kináz / PDK / Akt ) mutálódik, a Caenorhabditis elegans még kielégítő környezeti feltételek mellett is dauer lesz. Az inzulin/IGF-1 kaszkád célja a DAF-16 fehérje gátlása, amely a dauer formába való átmenetet serkentő génblokk transzkripciós faktora [9] . Azok az útvonalmutációk, amelyek megnövelik az élettartamot, gyengék legyenek. Erős mutációk és az inzulin/IGF1 kaszkád elégtelen aktivitása esetén egy fiatal egyed „elakadhat” a dauer formában.
Kimutatták, hogy a leírt reakciókaszkád az élettartam mellett az egyedek termékenységét és mozgását is befolyásolja. Néhány daf-2 mutáns juvenilis formába ment át, és elvesztette mozgásképességét. Az ilyen megnyilvánulások azonban nem hozhatók összefüggésbe a hosszú élettartammal, mivel vannak olyan hosszú életű daf-2 mutánsok, amelyek mozgékonysága és termékenysége normális (a vad típushoz képest). Az inzulin/IGF1 útvonal szabályozhatja a szervezet hormonális jelátvitelét. Megfigyelték, hogy a daf-2 génmutációt csak bizonyos törzsekben hordozó szervezetek egész testük élettartama megnövekedett. [10] [11]
A Drosophila (gyümölcslégy) számos előnnyel rendelkezik az öregedés tanulmányozásában: ez az állat jól tanulmányozott modellszervezet, kifejlesztett géntechnológiai módszerekkel dolgozik vele, valamint jó tárgy a genetikai kiütéshez . A gyümölcslegyek több hasonlóságot mutatnak az emberrel (emlősökkel), mint a Caenorhabditis elegans -szal (fonálféreg) – agy, szív és vese homológjaik vannak. A Drosophila viselkedéseisA legtöbb biológiai folyamatot azonban az embrionális szakaszban és a metamorfózis előtt tanulmányozták. A gerontológia modellobjektumát, a felnőtt legyet kevésbé tanulmányozták, mint az embrionális állapotot. Ennek ellenére a Drosophila az egyik fő modellszervezet az öregedés vizsgálatában.
A Caenorhabditis eleganshoz hasonlóan a Drosophila esetében is az IGF1 kaszkád hatékonyságát csökkentő mutációk megnövelik az élettartamot. Ezt az inzulinszerű fehérjék mennyiségének csökkentésével és az IGF-receptor szubsztrátok (chico és Lnk) kiiktatásával mutatták ki [2] . Ugyanakkor a DAF-16 homológ FOXO ( az IGF kaszkád által szabályozott transzkripciós faktor ) expressziójának növekedése a legyek élettartamának növekedéséhez vezet. Egy másik inverz szabályozó FOXO (14-3-3ε) expressziójának csökkenésével a legyek időtartama is megnő.
A Drosophila idegrendszere és zsírteste részt vesz az élettartam szabályozásában. Így egyes inzulinszerű fehérjéket (IPP) a neuroszekréciós sejtek termelnek. Stressz hatására a Jun-N-terminális kináz ( kináz ) aktiválódik, ami egyes fehérjék (IPB2 és IPB5) expressziójának csökkenéséhez vezet, és ennek eredményeként az IGF1 hatékonyságának csökkenéséhez. vízesés. Amikor ezt a kinázt molekuláris módszerekkel aktiválják, a legyek élettartamának növekedése figyelhető meg.
A zsírtestben (emlősökben a fehér zsírszövet és a máj megfelelője) az IGF1-kaszkád csökkenése figyelhető meg. 2004-ben azonban kimutatták, hogy a FOXO expresszió növekedése megnövelheti egy szervezet élettartamát. Az ilyen hatásmechanizmusok további tanulmányozást igényelnek [2] .
Az IGF1 kaszkád gátlásának minden esetben megfigyelhető, hogy a sejtméregtelenítés kaszkádjaiban részt vevő gének aktivitása megnő.
A korábban ismertetett kísérletekben kimutatták, hogy az IGF1 kaszkád gátlása növeli a várható élettartamot, de ez a gátlás valóban lassítja az öregedési folyamatokat?
Az IGF1 kaszkád aktivitásának csökkenése a női termékenység csökkenéséhez vezet, ami nem meglepő, mivel ez a kaszkád játssza az egyik kulcsszerepet az őssejtek , petesejtek prekurzorai növekedésének, proliferációjának és túlélésének szabályozásában. Ha azonban a vad típusú legyek étrendje korlátozott, ami többek között az IGF1 kaszkád munkájának korlátozásához vezet, az megnöveli a csírasejtek számát.
Másrészt a kaszkád hatékonyságának csökkenésével (a TOR jellánc csökkenésével együtt ) a szívfunkciók csökkenése lelassul, és ritkábban figyelhető meg negatív geotaxis . Az Alzheimer-kór vizsgálatához modellként szolgáló legyek esetében kimutatták, hogy az IGF1 útvonal komponenseinek csökkenése a betegség progressziójának csökkenéséhez vezetett. Hasonló eredményeket mutattak ki számos más neurodegeneratív betegség (pl. Parkinson-kór) esetében is. [2] [12]
Különböző emlősmodellek bizonyították az IGF1 kaszkád hosszú élettartamra gyakorolt hatását. Jó példa erre a növekedési hormon hiányos törpe mutáns egerek .
Az Ames törpeegerek 50%-kal, 70%-kal tovább élnek (hím, nőstény), mint a vad típusú egerek [8] . Ez a modell az egyik első példa arra, hogy egyetlen gén képes jelentősen meghosszabbítani az emlősök életét. Az autoszomális recesszív mutációk hypopituitarismushoz vezetnek, ami a növekedési hormon (GH), a prolaktin és a pajzsmirigy-stimuláló hormon (TSH) szintézisének és szekréciójának csökkenésében nyilvánul meg. Ezekben az egerekben csökkent az inzulinszerű növekedési faktor 1 (IGF-1) és az inzulin szintje a vérben, fokozott inzulinérzékenység és alacsonyabb testhőmérséklet. Mind a hím, mind a nőstény törpe egerek terméketlenek és immunszuppresszáltak [8] . Kimutatták, hogy ezeknél az egereknél a glutation és az aszkorbinsav szintje a májban lecsökken, a kataláz aktivitás pedig megnőtt a kontrollhoz képest, ami az oxidatív stresszel szembeni nagyobb ellenállásban nyilvánul meg. A spontán daganatok előfordulása törpe és normál egerekben azonos. A törpe egerek azonban sokkal tovább élnek, mint a normál egerek, és lehetséges, hogy később daganatok alakulnak ki náluk.
A Snell törpeegerek, amelyek a Prop-1 gén által szabályozott Pit1 (hipofízis-specifikus transzkripciós faktor 1) gén mutációját hordozzák, szintén sokkal tovább élnek, mint a normál egerek, ami a növekedési hormon termelésének hiányával függ össze. A Snell törpe egerek növekedési hormon hiánya az inzulin és az IGF-1 szekréciójának csökkenését, valamint az InR, IRS-1 vagy IRS-2 és P13K inzulinreceptor gének által közvetített jelátvitelt eredményez, amelyek szerepet játszanak az élettartam szabályozásában. A szerzők úgy vélik, hogy a Pit-1 mutáció a fiziológiás homeosztázis állapotához vezet, amely elősegíti a hosszú élettartamot.
A homozigóta növekedési hormon receptor (GHR -/- ) knockout egerek növekedési késleltetését, arányos törpeségét, csökkent csonthosszúságot és csont ásványianyag-tartalmát, növekedési hormon receptor és GH-kötő fehérje hiányát, az IGF-1 vérszintjének jelentős csökkenését, és a kötő fehérje-3, valamint a GH szérumkoncentrációjának növekedése. Szignifikánsan tovább élnek, mint a heterozigóta (GHR +/- ) állatok vagy a vad típusú egerek (GHR +/+ ) [13] .
Ezenkívül azoknál a rágcsálókban, amelyeket diétáztak (korlátozott élelmiszer), csökkent az inzulin és az IGF1 szintje. Csökkentett az elraktározott zsír mennyisége, élénkült az immunrendszer. A várható élettartam 30-40%-kal nőtt [7] . A genetikai modellek az IGF1 kaszkád élettartamra gyakorolt hatását is kimutatták.
Az Alzheimer-kór vizsgálata egerekenAz Alzheimer-kór tanulmányozására szolgáló rendszer létrehozásához β-amiloidot expresszáltak egerekben . Egészséges emberben ez a fehérje expresszálódik, és általában ez a fehérje nem toxikus, azonban a β-amiloid dimereket és oligomereket képezhet, amelyek neurotoxikusak és Alzheimer-kórt okoznak. Az egerekben az IGF1 kaszkád csökkenésével a β-amiloid nagyobb együttesekké való aggregációját figyelték meg, ami csökkentette toxicitásukat és lelassította a betegség kialakulását [14] .
Más állatokkal analóg módon emlősökben az IGF1 kaszkád negatívan szabályozza a FOXO gének transzlációs faktorait. A FOXO egy erősen konzervált géncsalád emlősökben, amelyek nélkülözhetetlenek egy szervezet túléléséhez stresszes körülmények között. Ezenkívül, amikor az IGF1 jel csökkent, az egerek ellenállóbbak voltak az oxidatív stresszel szemben. Így az Alzheimer-kór tanulmányozására modellezett egereken kimutatták az IGF1 kaszkád komplex hatását a szervezet védekező rendszerére [14] .
2009-ben tanulmányt végeztek egy idősebb kaukázusi csoporton. Az inzulin/IGF1 jelátviteli útvonal 30 génjét tanulmányoztuk. Ez a tanulmány olyan SNP -ket talált , amelyek szignifikánsan összefüggtek az élettartammal. Ezen SNP-k egyikét az AKT1 génben találták meg . A FOXO3A génben található két további SNP- t pedig összefüggésbe hozták a nők várható élettartamával.
Az AKT1 egyike azon tirozin kinázoknak , amelyek képesek foszforilálni a FOXO3A-t. A foszforilált fehérje nem tud bejutni a sejtmagba és aktiválni a FOXO család génjeit . A FOXO3A egyike a Caenorhabditis elegansban előforduló DAF-16 transzlációs faktor három humán homológjának . Érdekes módon az élettartamot befolyásoló SNP -ket találtak olyan intronokban , amelyek funkciója még nem ismert. [tizenöt]
Az ember számára a GH/IGF1 arány fontos szerepet játszik. Viszonylag nagy mennyiségű növekedési hormon mellett (IGF1 hiánya esetén) olyan tünetek alakulhatnak ki, mint az elhízás, a mentális retardáció és a glükóz intolerancia ( Laron-szindróma ) [7] .
Az IGF jelátviteli útvonalnak patogén szerepe van a rák kialakulásában. Tanulmányok kimutatták, hogy az IGF megnövekedett szintjével a rákos sejtek növekedése fokozódik. [16] [17] Ezenkívül a Laron-szindrómás betegeknél lényegesen kisebb a rák kialakulásának kockázata. [18] [19] Az IGF-1 aktivitást csökkentő étrendi változtatások, különösen a vegán étrend, a rák kockázatának csökkenésével járhatnak. [20] A jelentős kutatások ellenére azonban az IGF-1-et befolyásoló rákellenes terápiák nem mutattak lenyűgöző eredményeket a klinikai vizsgálatok során. [17] [21] [22] [23]
Az IGF-1 hatásosnak bizonyult egerek szélütésében eritropoetinnel kombinálva . Viselkedési és sejtszintű javulást észleltek. [24]
A betegek IGF-1 szintjét növelő ibutamoren anyag klinikai vizsgálatai nem mutattak javulást az Alzheimer-kór tüneteiben . [25] Egy másik tanulmány kimutatta, hogy ALS - ben szenvedő betegeknél nem lassul a betegség progressziója , más tanulmányok azonban jelentős javulást mutattak az IGF-1 helyettesítő terápiával az ALS-ben szenvedő betegeknél, [26] ezért az IGF-1 potenciálisan alkalmas az ALS kezelésére. [27] Az általános vizsgálatok azonban ellentmondó eredményeket mutattak. [28]
A súlyos primer IGF-1 hiányban szenvedő betegek IGF-1-gyel vagy IGF-1-gyel együtt kezelhetők IGFBP3 -mal (IGF-kötő fehérje 3-as típus). [29] A mecasermin (Increlex néven) az IGF-1 szintetikus analógja, amelyet növekedési rendellenességek kezelésére hagytak jóvá. [29] Az IGF-1-et kereskedelemben élesztő vagy E. coli segítségével állítják elő .
Szótárak és enciklopédiák |
---|
Endokrin rendszer : peptid és szteroid hormonok | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
endokrin mirigyek |
| ||||||||||||||||||
Nem endokrin. mirigyek | Gastroenteropancreas endokrin rendszer Gyomor gasztrin ghrelin 12 gyűrűs CCK gip secretin motilin Vasoaktív intestinalis peptid (VIP) Csípőbél enteroglukagon Máj / egyéb Inzulinszerű növekedési faktor IGF-1 , IGF-2 Zsírszövet leptin adiponektin rezisztin Csontváz Osteocalcin vese JGA renin peritubuláris sejtek EPO kalcitriol prosztaglandin Szív natriuretikus peptid ANP , BNP |