Insulinlignende vækstfaktor 1 ( IGF-1 , somatomedin C , engelsk insulinlignende vækstfaktor 1, IGF1 ) er et protein fra familien af insulinlignende vækstfaktorer, der ligner insulin i struktur og funktion . Det er involveret i den endokrine, autokrine og parakrine regulering af processerne for vækst, udvikling og differentiering af celler og væv i kroppen . IGF-1 består af en enkelt polypeptidkæde på 70 aminosyrerester med tre intramolekylære disulfidbroer . Molekylvægten af IGF-1 er 7,6 kDa [1] . Det menes, at dette protein spiller en aktiv rolle i kroppens ældningsproces : mutationer i IGF-1-genet førte til en stigning i forventet levetid hos forsøgsdyr [2] .
Insulinlignende vækstfaktor 1 hos mennesker er kodet af IGF1 -genet [3] [4] .
IGF-1 er den vigtigste endokrine mediator for virkningen af somatotropt hormon , derfor kaldes det også somatomedin C. IGF-1 produceres af leverhepatocytter som reaktion på stimulering af deres somatotropinreceptorer . I perifere væv er det IGF-1, der giver næsten alle de fysiologiske virkninger af somatotropt hormon. Dets virkninger er blevet kaldt "ukontrolleret insulinlignende aktivitet"[ angiv ] .
IGF-1 giver også feedback til hypothalamus og hypofysen langs den somatotrope akse: Sekretionen af somatotropin-frigivende hormon og somatotropt hormon afhænger af niveauet af IGF-1 i blodet . Med et lavt niveau af IGF-1 i blodet stiger udskillelsen af somatotropin-frigivende hormon og somatotropin, og med et højt niveau falder det. IGF-1 regulerer også sekretionen af somatostatin : et højt niveau af IGF-1 fører til en stigning i somatostatinsekretion, et lavt niveau til dets fald. Denne mekanisme er en anden måde at regulere niveauet af væksthormon i blodet. Men handling kan hæmmes af fejlernæring, væksthormon-ufølsomhed, manglende receptorrespons eller svigt af receptorkommunikation under det påkrævede minimum for signalvej. I forsøg på rotter har plasmakoncentrationer af immunreaktivt IGF-1 vist sig at være højere hos rotter på kaseindiæt end hos rotter på sojabønne- eller proteinfri diæt [5] . Man fandt også ud af, at man ved mangel på IGF-1 i blodet kan producere det i selve musklerne.
Niveauet af IGF-1 i blodet afhænger af effekten på leveren af ikke kun væksthormon, men også kønssteroider og skjoldbruskkirtelhormoner , glukokortikoider , insulin . Samtidig øger insulin, androgener , østrogener sekretionen af IGF-1 i leveren, og glukokortikoider reducerer den. Dette er en af årsagerne til synergismen af insulin, somatotropin, køns- og skjoldbruskkirtelhormoner i forhold til processerne for vækst og udvikling af kroppen, vækst og differentiering af væv, og en af årsagerne til den karakteristiske hæmmende effekt af glukokortikoider på processerne lineær vækst, pubertet osv. IGF-1 påvirker udviklingen gennem hele livet, men dets blodniveau er ikke konstant: det laveste niveau af IGF-1-produktion i barndom og alderdom, og det højeste i ungdomsårene.
IGF-1 som sådan blev opdaget i 1978 og 10 år senere begyndte det at blive brugt af atleter som et element i træningen. Det har vundet enorm popularitet på grund af det faktum, at det slet ikke har brug for yderligere kosttilskud (steroidkurser, insulin osv.). Men for nylig er bivirkninger også blevet avlet: en stigning i leveren, milten , antallet af ondartede celler .
GR /IGF1-kaskaden er meget konserveret i forskellige grupper af dyr (hvirveldyr og hvirvelløse dyr). Generelt ligger det i, at IGF1 gennem sin receptor udløser en kaskade af reaktioner, der fører til hæmning af transkriptionsfaktorer (DAF-16 hos C. elegans eller FOXO1 hos mus). Det er sandsynligt, at disse transkriptionsfaktorer regulerer ekspressionen af gener, der forlænger levetiden [6]
Mens insulin/IGF1 hos hvirvelløse dyr er én vej, er denne vej underopdelt i to højere hvirveldyr, inklusive pattedyr. De to veje har overlappende funktioner, men insulin er primært involveret i reguleringen af stofskiftet, og GH/IGF1-vejen spiller en vigtig rolle i vækst, udvikling og muligvis levetid. [7]
Det var IGF-kaskadegenerne, der blev de første opdagede " aldringsgener " - altså gener, hvis skade førte til en stigning i den forventede levetid [8] .
.
Forskellige dyr (hvirveldyr og hvirvelløse dyr) er praktiske modeller til undersøgelse af aldring på grund af deres relativt korte levetid, muligheden for genetisk manipulation og studiet af deres livslængder.
En kaskade, der regulerer både levetidsforlængelse og diapause [9] . blev først undersøgt for nematoden Caenorhabditis elegans . Som reaktion på ugunstige ydre forhold går denne orm over i en juvenil form, som kaldes Dauer's ("sovende"). I denne form for Caenorhabditis elegans forekommer udvikling og reproduktion ikke. Denne form bliver modstandsdygtig over for oxidativ stress [10] . Kroppen lagrer fedt for at lagre energi. Når miljøforholdene genoprettes, vender nematoden tilbage til tilstanden af fertile voksne. Kun et ungt individ, der ikke har nået puberteten, kan gå over i dauer - formen.
Genoprettelse af miljøforhold stimulerer aktiveringen af insulin/IGF-1-signalvejen. Hvis insulin/IGF-1-receptoren, daf-2 (eller de senere komponenter i kaskaden, PI3-kinase / PDK / Akt ) er muteret, bliver Caenorhabditis elegans dauer selv under tilfredsstillende miljøforhold. Insulin/IGF-1-kaskaden har til formål at hæmme DAF-16-proteinet, som er en transkriptionsfaktor for en blok af gener, der stimulerer overgangen til dauer-formen [9] . Stimutationer, der fører til øget levetid, bør være svage. Med stærke mutationer og utilstrækkelig aktivitet af insulin/IGF1-kaskaden kan et ungt individ "sætte sig fast" i dauer-formen.
Det blev vist, at ud over levetiden påvirker den beskrevne kaskade af reaktioner også individers fertilitet og bevægelse. Nogle daf-2 mutanter gik over i den unge form og mistede evnen til at bevæge sig. Sådanne manifestationer kan dog ikke forbindes med lang levetid, da der er langlivede daf-2-mutanter, hvis motilitet og fertilitet er normal (sammenlignet med vildtypen). Insulin/IGF1-vejen kan regulere kroppens hormonelle signalering. Organismer, der kun bærer daf-2-genmutationer i visse stammer, er blevet observeret at have en øget levetid for hele kroppen. [10] [11]
Drosophila (frugtflue) har en række fordele til studiet af aldring: dette dyr er en velundersøgt modelorganisme med udviklede metoder til genteknologi til at arbejde med det, såvel som et godt objekt til genetisk knockout . Frugtfluer har flere ligheder med mennesker (pattedyr) end Caenorhabditis elegans (nematode) - de har en hjerne, hjerte, nyrehomologer. Drosophila har ogsåkompleks adfærd. De fleste biologiske processer er dog blevet undersøgt på fosterstadiet og før metamorfose. Den voksne flue, et modelobjekt for gerontologi, er blevet undersøgt mindre godt end det embryonale stadium. På trods af dette er Drosophila en af de vigtigste modelorganismer i studiet af aldring.
Som med Caenorhabditis elegans , i Drosophila , fører mutationer, der reducerer effektiviteten af IGF1-kaskaden, til øget levetid. Dette er blevet vist ved at reducere mængden af insulinlignende proteiner og ved at slå IGF-receptorsubstrater (chico og Lnk) ud [2] . Samtidig fører en stigning i ekspressionen af DAF-16- homologen FOXO ( en transkriptionsfaktor reguleret af IGF - kaskaden) også til en stigning i fluernes levetid. Med et fald i ekspressionen af en anden invers regulator FOXO (14-3-3ε), øges varigheden af fluerne også.
Nervesystemet og den fede krop af Drosophila er involveret i reguleringen af levetiden. Nogle insulinlignende proteiner (IPP'er) produceres således af neurosekretoriske celler. Under stress aktiveres den Jun-N-terminale kinase ( kinase ), hvilket fører til en reduktion i ekspressionen af nogle af disse proteiner (IPB2 og IPB5), og som følge heraf til et fald i effektiviteten af IGF1. kaskade. Når denne kinase aktiveres ved molekylære metoder, observeres en stigning i fluernes levetid.
I fedtlegemet (ækvivalenter af hvidt fedtvæv og lever hos pattedyr) var der en reduktion i IGF1-kaskaden. Men i 2004 blev det vist, at en stigning i FOXO-ekspression kan øge en organismes levetid. Mekanismerne for en sådan påvirkning kræver yderligere undersøgelse [2] .
I alle tilfælde af inhibering af IGF1-kaskaden blev det bemærket, at aktiviteten af generne involveret i kaskaderne af celleafgiftning øges.
I de tidligere beskrevne eksperimenter blev det vist, at hæmning af IGF1-kaskaden øger den forventede levetid, men bremser denne hæmning virkelig ældningsprocessen?
Et fald i aktiviteten af IGF1-kaskaden fører til et fald i kvindelig fertilitet, hvilket ikke er overraskende, da denne kaskade spiller en af nøglerollerne i reguleringen af væksten, spredningen og overlevelsen af stamceller , oocytprecursorer. Men når kosten af vildtypefluer er begrænset, hvilket blandt andet fører til at begrænse IGF1-kaskadens arbejde, øger det antallet af kønsceller.
På den anden side, med et fald i effektiviteten af kaskaden (sammen med reduktionen af TOR-signalkæden ), bremses faldet i hjertefunktioner, og negativ geotaksis observeres sjældnere . For fluer, der fungerer som modeller for studiet af Alzheimers sygdom, blev det vist, at reduktionen af komponenterne i IGF1-vejen førte til et fald i sygdommens progression. Lignende resultater er blevet vist for en række andre neurodegenerative sygdomme (f.eks. Parkinsons sygdom). [2] [12]
Beviser for virkningen af IGF1-kaskaden på levetiden er blevet vist i forskellige pattedyrsmodeller. Et godt eksempel ville være væksthormonmangel dværgmutantmus .
Ames dværgmus lever 50 %, 70 % længere (han, hun) end vildtypemus [8] . Denne model er et af de første eksempler på et enkelt gens evne til signifikant at forlænge livet hos pattedyr. Autosomale recessive mutationer fører til hypopituitarisme, som viser sig i et fald i syntesen og udskillelsen af væksthormon (GH), prolaktin og thyreoidea-stimulerende hormon (TSH). Disse mus har reducerede niveauer af insulinlignende vækstfaktor 1 (IGF-1) og insulin i blodet, øget insulinfølsomhed og sænket kropstemperatur. Både han- og hun-pygmæmus er infertile og immunsupprimerede [8] . Det blev vist, at hos disse mus er niveauerne af glutathion og ascorbinsyre i leveren reduceret, og katalaseaktiviteten er øget sammenlignet med kontrollen, hvilket kommer til udtryk ved større modstand mod oxidativt stress. Forekomsten af spontane tumorer hos dværg- og normale mus er den samme. Dværgmus lever dog meget længere end normale mus, og det er muligt, at de udvikler tumorer senere.
Snell dværgmus, som bærer en mutation i Pit1 (hypofyse-specifik transkriptionsfaktor 1) genet reguleret af Prop-1 genet, lever også meget længere end normale mus, hvilket er forbundet med en mangel i deres produktion af væksthormon. Væksthormonmangel hos Snell-pygmæmus resulterer i nedsat sekretion af insulin og IGF-1 og reduceret signalering medieret af insulinreceptorgenerne InR, IRS-1 eller IRS-2 og P13K, der er involveret i kontrol af levetiden. Forfatterne mener, at Pit-1-mutationen fører til en tilstand af fysiologisk homeostase, der er befordrende for lang levetid.
Homozygot væksthormonreceptor (GHR -/- ) knockout-mus viser en vis væksthæmning, proportional dværgvækst, nedsat knoglelængde og knoglemineralindhold, fravær af væksthormonreceptor og GH-bindende protein, et signifikant fald i blodniveauer af IGF-1, og dets bindende protein-3 og en stigning i serumkoncentrationen af GH. De lever betydeligt længere end heterozygote (GHR +/- ) dyr eller vildtype mus (GHR +/+ ) [13] .
Også hos gnavere, der blev sat på diæt (begrænset mad), var der et fald i niveauet af insulin og IGF1. Mængden af lagret fedt blev reduceret, immunsystemet blev stimuleret. Den forventede levetid steg med 30-40 % [7] . Genetiske modeller har også vist effekten af IGF1-kaskaden på levetiden.
Undersøgelse af Alzheimers sygdom hos musFor at skabe et system til undersøgelse af Alzheimers sygdom blev β-amyloid udtrykt i mus . Hos en rask person kommer dette protein til udtryk, og normalt er dette protein ikke giftigt, dog kan β-amyloid danne dimerer og oligomerer, som er neurotoksiske og forårsager Alzheimers sygdom. Med reduktionen af IGF1-kaskaden i mus blev aggregeringen af β-amyloid i større ensembler observeret, hvilket reducerede deres toksicitet og bremsede udviklingen af sygdommen [14] .
Analogt med andre dyr, hos pattedyr, regulerer IGF1-kaskaden negativt translationsfaktorerne af FOXO-generne. FOXO er en meget konserveret familie af gener hos pattedyr, som er essentielle for en organismes overlevelse under stressende forhold. Desuden, når IGF1-signalet blev reduceret, var mus mere modstandsdygtige over for oxidativt stress. I mus modelleret til studiet af Alzheimers sygdom blev den komplekse effekt af IGF1-kaskaden på kroppens forsvarssystemer vist [14] .
I 2009 blev der udført en undersøgelse af en gruppe ældre kaukasiere. Vi studerede 30 gener af insulin/IGF1-signalvejen. Denne undersøgelse fandt SNP'er , der var signifikant forbundet med levetid. En af disse SNP'er blev fundet i AKT1 -genet . Og yderligere to SNP'er i FOXO3A -genet er blevet forbundet med forventet levetid hos kvinder.
AKT1 er en af de tyrosinkinaser, der er i stand til at fosforylere FOXO3A. Det phosphorylerede protein kan ikke trænge ind i kernen og aktivere generne i FOXO-familien . FOXO3A er en af tre humane homologer til DAF-16 translationsfaktoren i Caenorhabditis elegans . Interessant nok er SNP'er , der påvirker levetiden, blevet fundet i introner , hvis funktioner endnu ikke er kendt. [femten]
For mennesker spiller GH/IGF1-forholdet en vigtig rolle. Med en relativt stor mængde væksthormon (med mangel på IGF1) kan der udvikles symptomer som fedme, mental retardering og glukoseintolerance ( Larons syndrom ) [7] .
IGF-signalvejen har en patogen rolle i kræftudvikling. Undersøgelser har vist, at med et øget niveau af IGF øges væksten af kræftceller. [16] [17] Derudover har personer med Larons syndrom en væsentlig lavere risiko for at udvikle kræft. [18] [19] Kostændringer, især en vegansk kost, der reducerer IGF-1-aktivitet kan være forbundet med en reduceret risiko for kræft. [20] På trods af betydelig forskning har anti-kræftbehandlinger, der påvirker IGF-1, dog ikke vist imponerende resultater i kliniske forsøg. [17] [21] [22] [23]
IGF-1 har vist sig at være effektiv ved slagtilfælde hos mus i kombination med erythropoietin . Adfærdsmæssige og cellulære forbedringer blev registreret. [24]
Kliniske forsøg med stoffet ibutamoren , som øger IGF-1-niveauer hos patienter, har ikke vist forbedring af symptomer på Alzheimers sygdom . [25] En anden undersøgelse viste ingen opbremsning af sygdomsprogression hos patienter med ALS , men andre undersøgelser har vist signifikante forbedringer med IGF-1 erstatningsterapi hos patienter med ALS, [26] derfor har IGF-1 potentiale til behandling af ALS. [27] Overordnede undersøgelser har dog vist modstridende resultater. [28]
Patienter med svær primær IGF-1-mangel kan behandles med enten IGF-1 eller IGF-1 sammen med IGFBP3 (IGF-bindende protein type 3). [29] Mecasermin (mærket som Increlex) er en syntetisk analog af IGF-1 godkendt til behandling af vækstforstyrrelser. [29] IGF-1 er kommercielt fremstillet ved hjælp af gær eller E. coli .
Ordbøger og encyklopædier |
---|
Endokrine system : peptid- og steroidhormoner | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
endokrine kirtler |
| ||||||||||||||||||
Ikke-endokrine. kirtler | Gastroenteropancreatiske endokrine system Mave gastrin ghrelin 12-ringet CCK gip sekretin motilin Vasoaktivt intestinalt peptid (VIP) Ileum enteroglucagon Lever / andet Insulinlignende vækstfaktor IGF-1 , IGF-2 Fedtvæv leptin adiponectin modstå Skelet Osteocalcin nyrer JGA renin peritubulære celler EPO calcitriol prostaglandin Hjerte natriuretisk peptid ANP , BNP |