Insuliinin kaltainen kasvutekijä 1 ( IGF-1 , somatomediini C , englanniksi insuliinin kaltainen kasvutekijä 1, IGF1 ) on proteiini insuliinin kaltaisten kasvutekijöiden perheestä, joka on rakenteeltaan ja toiminnaltaan samanlainen kuin insuliini . Se osallistuu kehon solujen ja kudosten kasvu-, kehitys- ja erilaistumisprosessien endokriiniseen, autokriiniseen ja parakriiniseen säätelyyn . IGF-1 koostuu yhdestä 70 aminohappotähteen polypeptidiketjusta, jossa on kolme molekyylinsisäistä disulfidisiltaa . IGF-1 :n molekyylipaino on 7,6 kDa [1] . Uskotaan, että tällä proteiinilla on aktiivinen rooli kehon ikääntymisprosessissa : IGF-1-geenin mutaatiot johtivat koe- eläinten eliniän odotteeseen [ 2] .
Ihmisen insuliinin kaltaista kasvutekijää 1 koodaa IGF1 -geeni [3] [4] .
IGF-1 on tärkein endokriininen somatotrooppisen hormonin toiminnan välittäjä , joten sitä kutsutaan myös somatomediini C:ksi. Maksan maksasolut tuottavat IGF-1 :tä vasteena niiden somatotropiinireseptorien stimulaatiolle . Ääreiskudoksissa juuri IGF-1 tarjoaa lähes kaikki somatotrooppisen hormonin fysiologiset vaikutukset. Sen vaikutuksia on kutsuttu "kontrolloimattomaksi insuliinin kaltaiseksi toiminnaksi".[ määritä ] .
IGF-1 antaa palautetta myös hypotalamukselle ja aivolisäkkeelle somatotrooppista akselia pitkin: somatotropiinia vapauttavan hormonin ja somatotrooppisen hormonin eritys riippuu IGF-1:n määrästä veressä . Kun IGF-1:n taso veressä on alhainen, somatotropiinia vapauttavan hormonin ja somatotropiinin eritys lisääntyy ja korkealla taso vähenee. IGF-1 säätelee myös somatostatiinin eritystä : korkea IGF-1-taso lisää somatostatiinin eritystä, alhainen sen vähenemiseen. Tämä mekanismi on toinen tapa säädellä kasvuhormonin tasoa veressä. Mutta aliravitsemus, kasvuhormonin herkkyys, reseptorivasteen puute tai reseptoriviestinnän epäonnistuminen alle vaaditun signaalireitin vähimmäistason voivat estää toiminnan. Rotilla tehdyissä kokeissa immunoreaktiivisen IGF-1:n plasmapitoisuuksien on osoitettu olevan korkeampia kaseiiniruokavaliota noudattavilla rotilla kuin soijapapu- tai proteiinittomalla ruokavaliolla [5] . Todettiin myös, että IGF-1:n puuttuessa verestä sitä voidaan tuottaa itse lihaksissa.
IGF-1:n taso veressä riippuu paitsi kasvuhormonin, myös sukupuolisteroidien ja kilpirauhashormonien , glukokortikoidien ja insuliinin vaikutuksesta maksaan . Samaan aikaan insuliini, androgeenit , estrogeenit lisäävät IGF-1:n eritystä maksassa ja glukokortikoidit vähentävät sitä. Tämä on yksi syistä insuliinin, somatotropiinin, sukupuoli- ja kilpirauhashormonien synergismiin suhteessa kehon kasvu- ja kehitysprosesseihin, kudosten kasvuun ja erilaistumiseen, ja yksi syy glukokortikoidien tyypilliseen estovaikutukseen lineaarisen kasvun, murrosiän jne. prosesseja. IGF-1 vaikuttaa kehitykseen läpi elämän, mutta sen taso veressä ei ole vakio: alhaisin IGF-1-tuotannon taso lapsuudessa ja vanhuudessa ja korkein murrosiässä.
IGF-1 sellaisenaan löydettiin vuonna 1978 ja 10 vuotta myöhemmin urheilijat alkoivat käyttää sitä harjoittelun osana. Se on saavuttanut valtavan suosion, koska se ei tarvitse lainkaan lisäravinteita (steroidikurssit, insuliini jne.). Mutta viime aikoina on myös kasvatettu sivuvaikutuksia: maksan, pernan , pahanlaatuisten solujen määrän lisääntyminen .
GR /IGF1-kaskadi on erittäin konservoitunut eri eläinryhmissä (selkärankaiset ja selkärangattomat). Yleisesti ottaen se johtuu siitä, että IGF1 laukaisee reseptorinsa kautta reaktiosarjan, joka johtaa transkriptiotekijöiden (DAF-16 C. elegansissa tai FOXO1 hiirissä) estoon. On todennäköistä, että nämä transkriptiotekijät säätelevät elinikää pidentävien geenien ilmentymistä [6]
Kun selkärangattomilla insuliini/IGF1 on yksi reitti, korkeammilla selkärankaisilla, mukaan lukien nisäkkäät, tämä reitti on jaettu kahteen osaan. Näillä kahdella reitillä on päällekkäiset toiminnot, mutta insuliini osallistuu ensisijaisesti aineenvaihdunnan säätelyyn, ja GH/IGF1-reitillä on tärkeä rooli kasvussa, kehityksessä ja mahdollisesti pitkäikäisyydessä. [7]
Juuri IGF-kaskadigeeneistä tuli ensimmäiset löydetyt " ikääntymisgeenit " - toisin sanoen geenit, joiden vaurioituminen johti elinajanodotteen pidentymiseen [8] .
.
Erilaiset eläimet (selkärankaiset ja selkärangattomat) ovat käteviä malleja ikääntymisen tutkimukseen suhteellisen lyhyen elinkaarensa, geenimanipulaatiomahdollisuuksiensa ja eliniän tutkimisen vuoksi.
Kaskadi, joka säätelee sekä käyttöiän pidentämistä että diapauusia [9] . tutkittiin ensin sukkulamato Caenorhabditis elegans . Reaktiona epäsuotuisiin ulkoisiin olosuhteisiin tämä mato siirtyy nuoruusmuotoon, jota kutsutaan Dauerin ("nukkuminen"). Tässä Caenorhabditis elegansin muodossa kehitystä ja lisääntymistä ei tapahdu. Tämä muoto tulee vastustuskykyiseksi oksidatiiviselle stressille [10] . Keho varastoi rasvaa energian varastointiin. Kun ympäristöolosuhteet palautuvat, sukkulamato palaa hedelmällisten aikuisten tilaan. Vain nuori yksilö, joka ei ole saavuttanut murrosikää, voi siirtyä dauer-muotoon.
Ympäristöolosuhteiden palauttaminen stimuloi insuliini/IGF-1-signalointireitin aktivoitumista. Jos insuliini/IGF-1-reseptori daf-2 (tai kaskadin myöhemmät komponentit, PI3-kinaasi / PDK / Akt ) mutatoituu, Caenorhabditis elegans muuttuu dauer-bakteeriksi jopa tyydyttävissä ympäristöolosuhteissa. Insuliini/IGF-1-kaskadi on tarkoitettu estämään DAF-16-proteiinia, joka on transkriptiotekijä geenilohkolle, joka stimuloi siirtymistä dauer-muotoon [9] . Reittimutaatioiden, jotka pidentävät elinikää, tulee olla heikkoja. Voimakkaiden mutaatioiden ja insuliini/IGF1-kaskadin riittämättömän aktiivisuuden vuoksi nuori yksilö voi "jumiutua" dauer-muotoon.
Osoitettiin, että kuvattu reaktiosarja vaikuttaa eliniän lisäksi myös yksilöiden hedelmällisyyteen ja liikkuvuuteen. Jotkut daf-2-mutantit siirtyivät nuoruusmuotoon ja menettivät kykynsä liikkua. Tällaisia ilmenemismuotoja ei kuitenkaan voida yhdistää pitkäikäisyyteen, koska on pitkäikäisiä daf-2-mutantteja, joiden liikkuvuus ja hedelmällisyys ovat normaaleja (villityyppiin verrattuna). Insuliini/IGF1-reitti voi säädellä kehon hormonaalista signalointia. Organismeilla, jotka kantavat daf-2-geenimutaatioita vain tietyissä kannoissa, on havaittu pidentävän koko kehon elinikää. [10] [11]
Drosophila (hedelmäkärpäs) tarjoaa useita etuja ikääntymisen tutkimuksessa: tämä eläin on hyvin tutkittu malliorganismi, jolla on kehitetty geenitekniikan menetelmiä sen kanssa työskennellä, sekä hyvä kohde geneettiseen poistoon . Hedelmäkärpäsillä on enemmän yhtäläisyyksiä ihmisten (nisäkkäiden) kanssa kuin Caenorhabditis elegansilla (sukkulamaatilla) - niillä on aivojen, sydämen ja munuaisten homologit. Drosophila käyttäytyy myösmonimutkaisesti. Suurin osa biologisista prosesseista on kuitenkin tutkittu alkiovaiheessa ja ennen metamorfoosia. Gerontologian malliobjektia, aikuista kärpästä on tutkittu vähemmän kuin alkiovaihetta. Tästä huolimatta Drosophila on yksi tärkeimmistä malliorganismeista ikääntymisen tutkimuksessa.
Kuten Caenorhabditis elegansissa , Drosophilassa mutaatiot, jotka vähentävät IGF1-kaskadin tehokkuutta, pidentävät elinikää. Tämä on osoitettu vähentämällä insuliinin kaltaisten proteiinien määrää ja poistamalla IGF-reseptorisubstraatit (chico ja Lnk) [2] . Samaan aikaan DAF-16- homologin FOXO : n (IGF-kaskadin säätelemä transkriptiotekijä ) ilmentymisen lisääntyminen johtaa myös kärpästen eliniän pidentymiseen. Toisen käänteisen säätelijän FOXO:n (14-3-3ε) ilmentymisen pienentyessä myös kärpästen kesto kasvaa.
Drosophilan hermosto ja rasvavartalo ovat mukana eliniän säätelyssä. Siten joitain insuliinin kaltaisia proteiineja (IPP) tuottavat hermostoa erittävät solut. Stressin alaisena Jun-N-terminaalinen kinaasi ( kinaasi ) aktivoituu, mikä johtaa joidenkin näiden proteiinien (IPB2 ja IPB5) ilmentymisen vähenemiseen ja tämän seurauksena IGF1:n tehokkuuden heikkenemiseen. ryöpytä. Kun tämä kinaasi aktivoidaan molekyylimenetelmin, havaitaan kärpästen eliniän pidentymistä.
Rasvakehossa (vastaa valkoista rasvakudosta ja maksaa nisäkkäillä) IGF1-kaskadi väheni. Vuonna 2004 kuitenkin osoitettiin, että FOXO:n ilmentymisen lisääntyminen voi pidentää organismin elinikää. Tällaisen vaikutuksen mekanismit vaativat lisätutkimuksia [2] .
Kaikissa IGF1-kaskadin inhibitiotapauksissa havaittiin, että solujen detoksifikaation kaskadeihin osallistuvien geenien aktiivisuus lisääntyy.
Aiemmin kuvatuissa kokeissa osoitettiin, että IGF1-kaskadin estäminen pidentää elinikää, mutta hidastaako tämä esto todella ikääntymisprosessia?
IGF1-kaskadin aktiivisuuden väheneminen johtaa naisten hedelmällisyyden laskuun, mikä ei ole yllättävää, koska tällä kaskadilla on yksi avainrooleista kantasolujen , munasolujen esiasteiden, kasvun, lisääntymisen ja eloonjäämisen säätelyssä. Kuitenkin kun villiperhojen ruokavaliota rajoitetaan, mikä johtaa muun muassa IGF1-kaskadin toiminnan rajoittamiseen, se lisää sukusolujen määrää.
Toisaalta kaskadin tehokkuuden heikkeneessä (yhdessä TOR-signaaliketjun vähenemisen kanssa) sydämen toimintojen lasku hidastuu ja negatiivista geotaksia havaitaan harvemmin . Alzheimerin taudin tutkimuksessa malleina toimivien kärpästen osalta osoitettiin, että IGF1-reitin komponenttien väheneminen johti taudin etenemisen hidastumiseen. Samanlaisia tuloksia on osoitettu useille muille hermostoa rappeuttaville sairauksille (esim. Parkinsonin tauti). [2] [12]
Näyttöä IGF1-kaskadin vaikutuksesta pitkäikäisyyteen on osoitettu useissa nisäkäsmalleissa. Hyvä esimerkki olisivat kasvuhormonipuutteiset kääpiömutanttihiiret .
Ames-kääpiöhiiret elävät 50 %, 70 % pidempään (uros, naaras) kuin villityypin hiiret [8] . Tämä malli on yksi ensimmäisistä esimerkeistä yhden geenin kyvystä pidentää merkittävästi nisäkkäiden elämää. Autosomaaliset resessiiviset mutaatiot johtavat hypopituitarismiin, mikä ilmenee kasvuhormonin (GH), prolaktiinin ja kilpirauhasta stimuloivan hormonin (TSH) synteesin ja erityksen vähenemisenä. Näillä hiirillä on alentuneet insuliinin kaltaisen kasvutekijän 1 (IGF-1) ja insuliinin tasot veressä, lisääntynyt insuliiniherkkyys ja alentunut ruumiinlämpö. Sekä uros- että naaraskääpiöhiiret ovat hedelmättömiä ja immuunivaste heikentyneet [8] . Osoitettiin, että näissä hiirissä glutationin ja askorbiinihapon tasot maksassa ovat alentuneet ja katalaasiaktiivisuus lisääntynyt kontrolliin verrattuna, mikä ilmenee suurempana vastustuskykynä oksidatiivista stressiä vastaan. Spontaanien kasvainten ilmaantuvuus kääpiö- ja normaalihiirillä on sama. Kääpiöhiiret elävät kuitenkin paljon pidempään kuin tavalliset hiiret, ja on mahdollista, että niille kehittyy kasvaimia myöhemmin.
Snell-kääpiöhiiret, jotka kantavat Prop-1-geenin säätelemän mutaation Pit1-geenissä (aivolisäke-spesifinen transkriptiotekijä 1), elävät myös paljon pidempään kuin normaalit hiiret, mikä liittyy niiden kasvuhormonin tuotannon puutteeseen. Kasvuhormonin puutos Snell-pygmy-hiirillä johtaa insuliinin ja IGF-1:n erittymisen vähenemiseen ja eliniän säätelyyn osallistuvien insuliinireseptorigeenien InR, IRS-1 tai IRS-2 ja P13K välittämän signaalin vähenemiseen. Kirjoittajat uskovat, että Pit-1-mutaatio johtaa fysiologiseen homeostaasin tilaan, joka edistää pitkäikäisyyttä.
Homotsygoottisia kasvuhormonireseptoreja (GHR -/- ) knockout-hiirillä on kasvun hidastuminen, suhteellinen kääpiö, vähentynyt luun pituus ja luun mineraalipitoisuus, kasvuhormonireseptorin ja GH:ta sitovan proteiinin puuttuminen, merkittävä lasku veren IGF-1-tasoissa, ja sen sitova proteiini-3 ja kasvu seerumin GH-pitoisuudessa. Ne elävät merkittävästi pidempään kuin heterotsygoottiset (GHR +/- ) eläimet tai villityypin hiiret (GHR +/+ ) [13] .
Myös jyrsijöillä, jotka joutuivat ruokavalioon (rajoitettu ruoka), insuliini- ja IGF1-taso laski. Varastoituneen rasvan määrää vähennettiin, immuunijärjestelmää stimuloitiin. Elinajanodote nousi 30–40 prosenttia [7] . Geneettiset mallit ovat myös osoittaneet IGF1-kaskadin vaikutuksen elinikään.
Alzheimerin taudin tutkimus hiirilläAlzheimerin taudin tutkimiseen tarkoitetun järjestelmän luomiseksi β-amyloidia ekspressoitiin hiirissä . Terveellä ihmisellä tämä proteiini ilmentyy, eikä tämä proteiini normaalisti ole myrkyllinen, mutta β-amyloidi voi muodostaa dimeerejä ja oligomeerejä, jotka ovat neurotoksisia ja aiheuttavat Alzheimerin tautia. IGF1-kaskadin vähentyessä hiirillä havaittiin β-amyloidin aggregoitumista suuremmiksi ryhmiksi, mikä vähensi niiden toksisuutta ja hidasti taudin kehittymistä [14] .
Analogisesti muiden eläinten kanssa nisäkkäissä IGF1-kaskadi säätelee negatiivisesti FOXO-geenien translaatiotekijöitä. FOXO on erittäin konservoitunut geeniperhe nisäkkäissä, jotka ovat välttämättömiä organismin selviytymiselle stressaavissa olosuhteissa. Lisäksi, kun IGF1-signaali väheni, hiiret olivat vastustuskykyisempiä oksidatiiviselle stressille. Siten Alzheimerin taudin tutkimusta varten mallinnetuilla hiirillä osoitettiin IGF1-kaskadin monimutkainen vaikutus kehon puolustusjärjestelmiin [14] .
Vuonna 2009 tutkimus tehtiin ryhmällä iäkkäitä valkoihoisia. Tutkimme insuliini/IGF1-signalointireitin 30 geeniä. Tämä tutkimus löysi SNP:t , jotka liittyivät merkittävästi elinikään. Yksi näistä SNP:istä löydettiin AKT1 -geenistä . Ja kaksi muuta SNP:tä FOXO3A -geenissä on liitetty naisten elinajanodotteeseen.
AKT1 on yksi tyrosiinikinaaseista , joka pystyy fosforyloimaan FOXO3A:ta. Fosforyloitu proteiini ei voi päästä ytimeen ja aktivoida FOXO-perheen geenejä . FOXO3A on yksi kolmesta ihmisen homologista DAF-16-translaatiotekijälle Caenorhabditis elegansissa . Mielenkiintoista on, että elinikään vaikuttavia SNP :itä on löydetty introneista , joiden toimintoja ei vielä tunneta. [viisitoista]
Ihmisille GH/IGF1-suhteella on tärkeä rooli. Suhteellisen suurella kasvuhormonimäärällä (IGF1:n puutteella) voi kehittyä oireita, kuten liikalihavuus, kehitysvammaisuus ja glukoosi-intoleranssi ( Laronin oireyhtymä ) [7] .
IGF-signalointireitillä on patogeeninen rooli syövän kehittymisessä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kohonnut IGF-taso lisää syöpäsolujen kasvua. [16] [17] Lisäksi Laronin oireyhtymää sairastavilla ihmisillä on huomattavasti pienempi riski sairastua syöpään. [18] [19] Ruokavalion muutokset, erityisesti vegaaniruokavalio , jotka vähentävät IGF-1-aktiivisuutta, voivat liittyä pienentyneeseen syöpäriskiin. [20] Merkittävästä tutkimuksesta huolimatta IGF-1:een vaikuttavat syövän vastaiset hoidot eivät kuitenkaan ole osoittaneet vaikuttavia tuloksia kliinisissä tutkimuksissa. [17] [21] [22] [23]
IGF-1:n on osoitettu olevan tehokas aivohalvauksessa hiirillä yhdessä erytropoietiinin kanssa . Käyttäytymisen ja solujen parannuksia kirjattiin. [24]
Ibutamoreenin kliiniset tutkimukset , jotka lisäävät potilaiden IGF-1-tasoja, eivät ole osoittaneet Alzheimerin taudin oireiden paranemista . [25] Toinen tutkimus ei osoittanut taudin etenemisen hidastuvan ALS -potilailla , mutta muut tutkimukset ovat osoittaneet merkittäviä parannuksia IGF-1-korvaushoidolla potilailla, joilla on ALS, [26] siksi IGF-1:llä on potentiaalia ALS:n hoitoon. [27] Yleiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet ristiriitaisia tuloksia. [28]
Potilaita, joilla on vakava primaarinen IGF-1-puutos, voidaan hoitaa joko IGF-1:llä tai IGF-1:llä yhdessä IGFBP3:n (IGF:ää sitova proteiinityyppi 3) kanssa. [29] Mekasermiini (tuotemerkki Increlex) on synteettinen IGF-1:n analogi, joka on hyväksytty kasvuhäiriöiden hoitoon. [29] IGF-1:tä tuotetaan kaupallisesti käyttämällä hiivaa tai E. colia .
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
---|
Endokriiniset järjestelmät : peptidi- ja steroidihormonit | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
endokriiniset rauhaset |
| ||||||||||||||||||
Ei-endokriininen. rauhaset | Gastroenteropankreaattinen endokriininen järjestelmä Vatsa gastriini greliini 12-renkainen CCK gip sekretiini motiliini Vasoaktiivinen suolen peptidi (VIP) Ileum enteroglukagoni Maksa / muu Insuliinin kaltainen kasvutekijä IGF-1 , IGF-2 Rasvakudos leptiini adiponektiini vastustaa Luuranko Osteokalsiini munuaiset JGA reniini peritubulaariset solut EPO kalsitrioli prostaglandiini Sydän natriureettinen peptidi ANP , BNP |