IV. сигнална трансдукция инсулин
1. Инсулин сигнал се предава към клетъчната мембрана посредством инсулиновия рецептор
Инсулин рецептор (RI) е протеин киназа тирозин, т.е. протеин киназа фосфорилиране на протеини от групата ОН на тирозинови остатъци. Това гликопротеин изградена от две субединици на (130 кД) и две б субединици (95 Ша); първи разположен изцяло извън клетката, на повърхността, а вторият проникне в плазмената мембрана:
Структурата на инсулиновия рецептор
инсулин сайт на свързване за образуване на N-терминалните домени на субединици. Катализатор Tyr протеин киназа, вниманието е насочено към вътреклетъчните домени, б субединици. При липса на инсулин не показва IR тирозин киназна активност. Свързване към центъра на инсулин свързване към субединица активира ензима, субстратът се предлага този ензим, т.е. автофосфорилиране възниква: foforiliruyutsya б субединица РИ на няколко тирозинови остатъци.
Каталитичната субединица RI (б субединица) притежава тирозин-протеин киназна активност, съдържа кратко извънклетъчен домен (О- и N-гликозилиране), трансмембранен домен (остатъци 23) и голям вътреклетъчната част. В тази част, има няколко тирозинови остатъци склонни фосфорилиране-дефосфорилиране. В обозначителен номер 1030 е лизинов остатък, принадлежи към каталитично активното място - АТР-свързващо място. Заместване на лизин с много други аминокиселини (от експерименталното мутагенеза) RI унищожава тирозин киназна активност, но не пречи на свързването на инсулин. Въпреки това, не са предвидени този инсулин присъединяване РИ няма ефект върху клетъчния метаболизъм и пролиферация.
Cascade автофосфорилиране RI включва 6 или 7 тирозинови остатъци и главен Сред тях - остатъци в позиции 1158, 1162 и 1163 (киназа регулаторен домен). Когато автофосфорилиране В-верига фосфорилира други В-верига на една и съща молекула РИ. В допълнение към б субединицата има редица центрове на Ser / Thr фосфорилиране, които остават неясни роля. Някои изследвания са установили, че Ser / Thr фосфорилиране намалява афинитета на инсулин и тирозин киназната активност на РИ на.
Фосфорилирането б субединица от своя страна води до променена субстратна специфичност на ензима: Сега е способен да фосфорилира други интрацелуларни протеини - субстрати RI: RI-C1 протеини, Shc и други. Активирането и специфика на климата, причинени от конформационни промени при свързване на РИ инсулин и автофосфорилиране.
Много модификации на субединици в експеримента (например, частично разграждане от протеази) и да доведат до Tir протеин киназна активност. Това позволява да се разгледа субединица като регулаторна субединица на ензима: липсата на инсулин в тази субединица инхибира конститутивно активна каталитична субединица (т.е. б субединица).
Рецепторните тирозин кинази - семейство на протеини, включително няколко класа. RI принадлежи към клас II, което е характерно за членовете на присъствието на богат на цистеин домейн на една верига и на хетеротетрамерни -S-S-връзки между протомерите. Към този клас принадлежи и IGF-I рецептор (IGF-I), е силно хомоложен на инсулиновия рецептор. Рецептори клас I - мономери; Класове III и IV - същите мономери, съдържащи имуноглобулин-подобни повторения в извънклетъчната част.
по този начин RI - инсулин-стимулирано тирозин, стриктно контролиран от сложна каскада на автофосфорилиране върху тирозин (положителна регулация) и серин / треонин (евентуално - подтискане). Тирозин - задължителен посредник всички (или почти всички) Плейотропните действията на инсулин, тъй като в свързващата област мутации АТФ доведе до загуба на способността за РИ автофосфорилиране и клетките по отношение на инсулин.
Инсулин свързване на рецептор, също така служи като сигнал за започване на движението на комплекса на инсулин / RI микровласинките от клетъчната повърхност в тези области, където не микровласинките. Този процес изисква лиганд-зависим автофосфорилира-б-субединици и активиране на киназата. След комплекс инсулин / RI взаимодейства с клатрин граничи ями и вътрешно. Освен RI или връща на плазмената мембрана, или включени в лизозомите и разгражда. В много видове инсулин стимулира ендоцитозата и разграждането на РИ клетки. Този процес може да се разглежда като механизъм за отрицателната регулация на действието на инсулина: загуба на РИ на мембраната и следователно отслабва signlov инициира инсулин може да бъде от съществено значение за клетката. Синтез на тетрамерна молекула, кодирана аудио иРНК RI и образува високо молекулно тегло пептидна верига в резултат на транслацията. Посттранслационни завършване започва в ендоплазмения ретикулум - гликозилиране, образуване на междуверижна и между верижни -S-S-връзки. Освен това се случи в модификация Golgi апарат протеолитично - разделяне на единична пептидна верига, формирането на тетрамерна молекула терминал гликозилиране и ацилиране с мастна киселина.
2. активиран инсулиновия рецептор фосфорилира някои цитоплазмени протеини - рецепторни субстрати
Няколко субстрати РИ: RI-С1, С2-RI, SHC, а също и някои протеини от семейството на STAT (сигнал трансдюсер и активатор на транскрипция, сигнални носители и активатори на транскрипцията). Те активират различни сигнални пътища. Инсулин рецептор субстрат 1 (RI-С1) - главен. Това цитоплазмен протеин е фосфорилиран на тирозинови остатъци веднага след стимулиране с инсулин. Фосфорилирането на субстрата RI води до плеиотропичен клетъчен отговор към инсулин сигнал. Степента на фосфорилиране на субстрата зависи увеличаване или намаляване на клетъчния отговор към инсулин, амплитудата промени в клетките и чувствителността към хормона. Мишките лабораторен щам липсва ген RI-С1 проявяват резистентност към инсулин и намален глюкозен толеранс при натоварване. Това показва, че увреждане RI-С1 ген може да причини INZD.
Пептид RI-верига С1 съдържа няколко повече от 1200 аминокиселинни остатъци 20 - 22 потенциални центрове fosforilirirovaniya тирозин и 40 центрове на Ser / Thr фосфорилиране:
Структурата на рецептор субстрат инсулин 1. Числа - позиции на тирозинови остатъци; в - фосфорилираните тирозинови остатъци; Стрелки - места предпочитани свързващи протеини, съдържащи SH2 домейни
В основната състояние RI-С1 фосфорилиран при серин (най-малко - треонин); след стимулиране с инсулин и степента на фосфорилиране на тирозин, серин и значително увеличава. RI е С1-добре субстрат и инсулин-подобен растежен фактор (IGF-I), която фосфорилира на същите места като RI. Рецепторите на други растежни фактори (такива като PDGF, EGF, CSF-1) не е фосфорилиран RI-С1.
RI-S1 фосфорилиране на няколко тирозинови остатъци дава възможност за свързване на множество протеини, съдържащи SH2 домейни. Тези протеини са особено NCK, тирозин фосфатаза SYP, р85-субединица на PI-3-киназа адапторен протеин Grb2, протеин тирозин фосфатаза SH-PTP2, фосфолипаза CG, GAP (активатор малки GTP-свързващи протеини). В резултат, С1-RI взаимодействие с такива протеини генерира множество сигнали по връзката надолу.
Нековалентно съединение на протеини се осъществява чрез взаимодействието с SH2 домен аминокиселинните последователности RI-C1, съдържащ фосфорилиран тирозин остатък. По този начин не всички протеини, съдържащи домени SH2, свързваща RI-С1, например, не са свързани или фосфолипаза Сб GAP. Селективността се определя от аминокиселинната последователност на асоциации в фосфорилиран тирозин остатъка (обаче, SH2 домейни се свързват с нисък афинитет и свободното фосфотирозин). По този начин, многокомпонентни комплекси могат да бъдат образувани на протеини, участващи в сигнална трансдукция. Този механизъм не е специфична характеристика на инсулин сигнализация :. В трансдукция на сигнали от рецепторите на растежния фактор, цитокини и т.н. също се образува комплекси с протеини, съдържащи SH2 домейни.
В някои протеини, съдържащи SH2 домейни, както и цитоскелетни протеини намерени SH3-домени; Тези домени могат да си взаимодействат с пролин богати последователности от други протеини.
3. инсулин сигнал активира фосфатидилинозитол 3-киназа
RI, медиирано от инсулин-С1 активира фосфатидилинозитол 3-киназа (PI-3-киназа). PI 3-киназа катализира фосфорилирането на PI, PI-4-P и PI-4,5-P2 за позиция 3; оформен съответно PI-3-P. PI-3,4-Р2 и PI-3,4,5-P3:
Ензимът е хетеродимер, включващ регулиране (р85) и каталитични (р110) субединици. Регулаторният субединица има два SH2-SH3 домен и домен обаче PI 3-киназа с висок афинитет се присъединява към RI-С1. Изолиран домени SH2, получен от р85 (регулаторна субединица) да инхибира образуването на комплекс с цялата PI-3-киназа. От това следва, че ензимът отдава RI-С1 на своята регулаторна субединица. При образуването на комплекс PI 3-киназа е активирана.
Активирането на PI 3-киназа сигналния път е връзка, който стимулира GLUT-4 транслокация от цитозола към плазмената мембрана и следователно - и трансмембранен транспорт на глюкоза в мускулните и мастните клетки. Инхибитори на PI 3-киназа и инхибират базалната и инсулин-стимулирано поглъщането на глюкоза; в последния случай се инхибира транслокацията на GLUT-4 към мембраната. При проучвания с култури от клетки, получени резултати позволяват да се предположи следната поредица от събития при стимулиране на поглъщането на глюкоза от инсулин: RI-С1 ® PI 3-киназа ® PK-C ® GLUT-4 транслокация. Протеин киназа С в витро директно активиран polifosfoinozitidami. Механизмът на активиране ин виво не е известна.
В мастните клетки, активиране на PI 3-киназа инсулин причинява инхибиране на липолизата. Етапът на ограничаване на липолизата в адипоцити е реакция катализирана gormonchuvstvitelnoy липаза, която е активна в фосфорилираната форма (сАМР-зависимо фосфорилиране). При стимулация с концентрация инсулин сАМР в адипоцити се намалява в резултат на следните каскада от реакции: фосфорилиран (и активиран) протеин киназа В (PP-B), която фосфорилира (и също така активира) сАМР фосфодиестераза:
При ниска концентрация на цАМФ в липаза е нефосфорилиран неактивно състояние. Накратко сигналния път от инсулин fofodiesterazy могат да бъдат представени като: инсулин / PI-3-киназа /. / PC-B / PDE. Не са проучвани Междинните връзки между PI-3-киназа и PC-B.
Много растежни фактори стимулират PI-3-киназа, но нямат ефект върху метаболизма на глюкозата. Това показва, че различни входове сигнал са специфични механизми за използването на PI-3-киназа система за генериране на специфичен краен отговор.
Инсулин и растежни фактори, които действат чрез Tyr-киназни рецептори, активирани от PI 3-киназа клас 1, изработена от 110 Ша каталитична субединица и р85 субединица на адаптер. r110a и r110b - инсулин-зависими тъкани в двете форми на каталитичната субединица намерен. Известен също са две форми на адаптерни субединици и r85a r85b с висока хомоложност с аминокиселинната последователност и пространствената структура на: всеки от тях се състои от две SH-домейн, богати два пролинови домени, SH3 домен, и Bcr-хомоложен домен. В допълнение, няколко скъсени форми намерени адаптер субединица те не съдържат SH3 домен, Bcr-хомоложен домен и един от богат на пролин домен. В човешките адипоцити ekpressiruetsya само адаптер подразделение r85a, докато в клетките на скелетните мускули са 7 възможности: r85a, r85b и пет пресечен. Различни изпълнения на адапторни протеини не еднакво включени в фосфотирозин комплекси с инсулинова стимулация. Тези резултати показват възможността за разклоняване на пътя на сигнала поради специфичен вариант за селективно мобилизация адапторен протеин (или определен набор от адапторни протеини), в зависимост от естеството на основния стимул.
4. инсулин активира сигнализиране пътека Ras
Ras протеини принадлежат към суперфамилията на малки GTP-свързващи протеини. Това са малки протеини (молекулно тегло 21 Ша, около 190 аминокиселинни остатъци), съдържащ С-терминално ковалентно свързан фарнезил или геранил Остатъкът:
Чрез използването на такова хидрофобен край Ras протеини (p21ras), прикрепен към вътрешната повърхност на плазмената мембрана. Ras участват в различни клетъчни процеси, включително транспорт везикуларен, чаперони функция, пролиферация.
Както всички GTP-свързващи протеини, Ras GTP цикъл регулирана протеин (активна форма) U GDF протеин (неактивна форма). В тези трансформации са включени други протеини: GAP (GTPase активиращ фактор), GEF (GTF обменен фактор) и SOS; последните две протеини осигуряват разделяне на БВП от Ras GTP и присъединяване.
В покой клетъчни r21ras е предимно в неактивния БВП-формата. Стимулиране на клетки с инсулин (както и други растежни фактори и митогени) води до бързо нарастване на броя на активното GTP-образна форма. Това се получава, както следва. Малък цитозолен протеин Grb-2 (рецептор на растежен фактор, свързан протеин), съдържащ SH2- и SH3-домени могат да се присъединят към ковалентно RI фосфорилиран в някои фосфотирозин остатъци:
Активирането на инсулин сигналния път на Ras / MAPK. Не всички протеини са посочени в текста. Пространственото подреждане на протеини "клъстери" на равнината на езика не е възможно: например, активните Raf-1-к контактите не само с Ras-GTP, но също така и с плазмената мембрана, с инсулиновия рецептор и някои други протеини.
Това взаимодействие допринася за един от субстратите на РИ, а именно Shc. След това, полученият комплекс взаимодейства с друг комплекс, съдържащ Ras (r21ras) протеин. Grb2 и SHC протеини са посочени като адапторни протеини, тъй като те се свързват тирозин киназа рецептори (в този случай, RI) с Ras протеин. Комплексът включва протеини, които осигуряват обмен на БВП / GTP и активиране на Ras (SOS, GAP, GEF, OST). На цитоплазмената част на инсулиновия рецептор се образува голям куп взаимодействащи протеини. Така инсулин активира Ras протеин, пътека инсулин сигнализация и е свързан към сигнала от Ras.
активиране Ras е крайната точка на трансмембранен сигнализация и първоначалната цитоплазмен връзка и пътища ядрени сигнализация. Тези пътища включват каскада от реакции, включващи протеин киназа Raf-1 протеин киназа, МАРКК (митоген-активирана протеин киназа киназа) и МАРК (митоген-активирана протеин киназа). Активирани Ras придобива способността да комуникира с Raf-1 протеин киназа. Raf-1 се намира в цитозола във връзка с някои протеини на топлинния шок, и в това състояние не е протеин киназна активност; ензим се активира в резултат на свързване към Ras протеин. Този метод е сложен, защото пълното активиране на Raf-1 изисква нейното закрепване към плазмената мембрана, фосфорилиране на тирозин ostakam sarkokinazoy ензим (Src), фосфорилиране на серин и треонин остатъци на специфичен протеин киназа С, както и взаимодействие с инсулиновия рецептор. Така в този момент куп протеини на инсулиновия рецептор допълнително расте.
Активираните Raf-1 протеин киназа фосфорилира (активира) МАРКК че фосфорилира МАРК. Активният МАРК фосфорилира някои цитоплазмени протеини (по-специално - протеин киназа pp90S6, фосфолипаза А2 и рибозомна киназа).
Сигналът може да бъде предадена в сърцевината, давайки регулацията на транскрипцията на специфични гени: фосфорилиран МАРК foforiliruet (активира) броя на транскрипционни фактори.
На Ras активира не само на инсулин и неговия рецептор, но също така и от много други хормони, растежни фактори и техните рецептори. С тези процеси, в частност, е свързана клетъчна пролиферация и трансформация. Въпреки това, крайна клетъчна отговор на различни сигнали е различен, е специфично за първото пратеник сигнал. Това е по-специално поради наличието на протеинови варианти (семейство), които участват в сигнална трансдукция.
Активирането на резултатите от Ras инсулин в, наред с други отговори клетки на промени в гликоген метаболизъм:
Регламент на синтеза на гликоген от инсулин сигналния път чрез Ras. PFGr-1 - протеин фосфатаза гликогеновите гранули; KF - гликоген фосфорилаза киназа; GF - гликоген; GS - гликоген. Рамкирани - процеси, които, когато са стимулирани от инсулин клетки разграждат поради дефосфорилирането на гликоген фосфорилаза киназа.
Един от киназна каскада ензими протеин активен комплекс Ras, протеин киназа rr90S6 а. Този ензим катализира Ser / Thr фосфорилиране на протеин фосфатаза, свързани с гликоген гранули (PFGr-1). Фосфорилираният (активна) форма PFGr-1-P дефосфорилира (активира) гликоген синтаза (ускорено синтеза на гликоген). PFGr-1-P е също дефосфорилира фосфорилаза киназа и гликоген (мобилизация гликоген прекратява). Стига с инсулин сигнал идва на единия край, ефекторните единици.