Кіріспе
Инсулин рецепторы (IR) – инсулин, IGF I, IGF II белсендіретін трансмембраналық рецептор, ол рецепторлы тирозинкиназалардың үлкен класына жатады. Метаболизм бойынша инсулин рецепторы глюкоза гомеостазын реттеуде маңызды рөл атқарады; дегенеративті жағдайларда бұл функционалдық процесс қант диабеті мен қатерлі ісікті қоса алғанда, бірқатар клиникалық көріністерге әкелуі мүмкін. Инсулин сигналы дене клеткаларындағы қандағы глюкозаның кіруін бақылайды. Инсулин деңгейі төмендегенде, әсіресе инсулинге сезімталдығы жоғары адамдарда, дене клеткалары тек липидтерге қол жеткізе алады, олар мембрана арқылы тасымалдануды қажет етпейді. Осылайша инсулин май алмасудың да маңызды реттегіші болып табылады. Биохимиялық тұрғыдан алғанда, инсулин рецепторы бір генмен кодталады, ол транскрипция кезінде альтернативті сплайсинг нәтижесінде IR A немесе IR B изоформаларын құрайды. Кез келген изоформаның трансляциядан кейінгі процестері протеолитикалық жарылу нәтижесінде α және β суббөлімдерінің пайда болуына әкеледі, олар біріккеннен кейін гомо- немесе гетеродимеризацияға қабілетті, нәтижесінде ≈320 кДа дисульфидтік байланысқан трансмембраналық инсулин рецепторы түзіледі. Әрбір изометриялық мономер құрылымдық тұрғыдан 8 ерекше доменнен тұрады: лейцинге бай қайталану домені (L1, 1–157 қалдықтар), цистеинге бай аймақ (CR, 158–310 қалдықтар), қосымша лейцинге бай қайталану домені (L2, 311–470 қалдықтар), үш фибронектин III типтегі домен: FnIII 1 (471–595 қалдықтар), FnIII 2 (596–808 қалдықтар) және FnIII 3 (809–906 қалдықтар). Бұдан өзге, FnIII 2 доменінің ішінде кіріктірілген домен (ID, 638–756 қалдықтар) орналасқан, ол α/β фурин жарылу орнына ие, одан протеолиз IDα және IDβ домендерін құрайды. β тізбегінде, FnIII 3 доменінен кейін трансмембраналық спираль (TH) және жасушаішілік мембранаға жақын (JM) аймақ орналасқан, жасушаішілік тирозинкиназа (TK) каталитикалық доменінен жоғары, ол кейінгі жасушаішілік сигнализация жолдарына жауапты. Мономердің α және β тізбектеріне жарылуы кезінде рецептордың гетеро- немесе гомодимеризациясы тізбектер арасындағы бір дисульфидтік байланыспен және димердегі мономерлер арасындағы әр α тізбегінен созылатын екі дисульфидтік байланыс арқылы ковалентті түрде сақталады. Төрт лигандты байланыстыру орындарына ие жалпы 3D эктодомен құрылымы, әрбір мономердің шамамен 2 есе бұрылған инверттік 'V' пішініне ұқсайды, мұнда L2 және FnIII 1 домендерінен тұратын әрбір мономердің осі инверттік 'V' пішінінің шыңынан өтеді.
The insulin receptor (IR) is a transmembrane receptor that is activated by insulin, IGF I, IGF II and belongs to the large class of receptor tyrosine kinase. Metabolically, the insulin receptor plays a key role in the regulation of glucose homeostasis; a functional process that under degenerate conditions may result in a range of clinical manifestations including diabetes and cancer. Insulin signalling controls access to blood glucose in body cells. When insulin falls, especially in those with high insulin sensitivity, body cells begin only to have access to lipids that do not require transport across the membrane. So, in this way, insulin is the key regulator of fat metabolism as well. Biochemically, the insulin receptor is encoded by a single gene , from which alternate splicing during transcription results in either IR A or IR B isoforms. Downstream post translational events of either isoform result in the formation of a proteolytically cleaved α and β subunit, which upon combination are ultimately capable of homo or hetero dimerisation to produce the ≈320 kDa disulfide linked transmembrane insulin receptor. Each isometric monomer is structurally organized into 8 distinct domains consists of; a leucine rich repeat domain (L1, residues 1–157), a cysteine rich region (CR, residues 158–310), an additional leucine rich repeat domain (L2, residues 311–470), three fibronectin type III domains; FnIII 1 (residues 471–595), FnIII 2 (residues 596–808) and FnIII 3 (residues 809–906). Additionally, an insert domain (ID, residues 638–756) resides within FnIII 2, containing the α/β furin cleavage site, from which proteolysis results in both IDα and IDβ domains. Within the β chain, downstream of the FnIII 3 domain lies a transmembrane helix (TH) and intracellular juxtamembrane (JM) region, just upstream of the intracellular tyrosine kinase (TK) catalytic domain, responsible for subsequent intracellular signaling pathways. Upon cleavage of the monomer to its respective α and β chains, receptor hetero or homo dimerisation is maintained covalently between chains by a single disulphide link and between monomers in the dimer by two disulphide links extending from each α chain. The overall 3D ectodomain structure, possessing four ligand binding sites, resembles an inverted 'V', with the each monomer rotated approximately 2 fold about an axis running parallel to the inverted 'V' and L2 and FnIII 1 domains from each monomer forming the inverted 'V's apex.
Лигандты байлау
Инсулин рецепторларының эндогендік лигандтары инсулин, IGF I және IGF II болып табылады. Криоэлектронды микроскопияны қолдану арқылы инсулинмен байланысқандағы конформациялық өзгерістер туралы құрылымдық түсініктер алынды. Лигандтың ИР димерлі эктодоменнің α- тізбектеріне байланысуы оны кері V пішінінен Т пішініне ауыстырады, және бұл өзгеріс трансмембраналық домендерге құрылымдық тұрғыдан таралады, олар жақындасады, нәтижесінде β- тізбектің жасушаішілік TK доменіндегі әртүрлі тирозин қалдықтарының автофосфорилденуіне әкеледі. Қатаң айтқанда, ИР мен лиганд арасындағы қатынас күрделі аллостериялық қасиеттерді көрсетеді. Бұл Scatchard графиктерін пайдалану арқылы көрсетілді, онда ИР-ға байланысқан лиганд пен байланыспаған лигандтың арақатынасын өлшеу, ИР-ға байланысқан лигандтың концентрациясының өзгеруіне қатысты сызықтық қатынасты көрсетпейді, бұл ИР мен оның тиісті лигандтарының кооперативтік байланыс қатынасын бөлісетінін көрсетеді. Бұдан әрі, ИР лигандының диссоциациялану жылдамдығы байланыспаған лиганд қосылғанда үдегені байқалды, бұл осы ынтымақтастықтың теріс екенін білдіреді; яғни, лигандтың ИР-ға бастапқы байланысуы оның екінші белсенді орнына қосымша байланысуға кедергі келтіреді, бұл аллостериялық тежеудің көрінісі болып табылады.
Сигналды трандукциялау жолы
Инсулин рецепторы – тирозинкиназа рецепторларының бір түрі, онда агонистік лигандтың байланысы тирозин қалдықтарының аутофосфорилирленуін тудырады, әрбір суббұрыш өзінің әріптесін фосфорилирлейді. Фосфат топтарының қосылуы инсулин рецепторы субстратының (IRS 1) байланысу орнын жасайды, ол кейіннен фосфорилдеу арқылы белсендіріледі. Белсенді IRS 1 сигнал трандукция жолын бастайды және фосфоинозитол-3 киназаға (PI3K) байланысады, бұл оның белсендірілуіне әкеледі. Бұл фосфатидил инозитол 4,5-бисфосфатының фосфатидил инозитол 3,4,5-трисфосфатына (PIP3) айналуын катализдейді. PIP3 екінші хабаршы ретінде әрекет етеді және фосфатидил инозитолға тәуелді протеинкиназаның белсендірілуін тудырады, ол өз кезегінде бірнеше басқа киназаларды, ең бастысы – протеинкиназа B (PKB, сондай-ақ Akt деп те аталады) белсендіреді. PKB SNARE ақуыздарын белсендіре отырып, глюкоза тасымалдаушысы (GLUT4) бар көпіршіктердің жасуша мембранасына транслокациясын іске қосады, бұл глюкозаның жасушаға таралуын жеңілдетеді. Сондай-ақ, PKB гликоген синтезін тежеуші фермент – гликоген синтезасы киназасын фосфорилдеп, тежейді. Сондықтан PKB гликогенез процесін бастайды, нәтижесінде қандағы глюкоза концентрациясы төмендейді.
Гендік экспрессияны реттеу
Белсенді IRS 1 клетка ішінде екінші реттік хабаршы ретінде әрекет етеді, инсулинмен реттелетін гендердің транскрипциясын ынталандырады. Біріншіден, Grb2 ақуызы IRS 1-дің P Tyr қалдығына SH2 домені арқылы байланысады. Содан кейін Grb2 SOS-ке байланыса алады, ол өз кезегінде G белгісі Ras-тегі байланысқан GDP-нің GTP-мен алмасуын катализдейді. Бұл белок фосфорильдеу каскадын бастайды, нәтижесінде митогенді белсендіретін протеинкиназа (MAPK) белсендіріледі, ол ядроға өтіп, әртүрлі ядролық транскрипция факторларын (мысалы, Elk1) фосфорилейді.
Гликоген синтезін ынталандыру
Гликоген синтезін инсулин рецепторы IRS 1 арқылы да ынталандырады. Бұл жағдайда, PI 3 киназасының (PI 3K) SH2 домені IRS 1-дің P Tyr тобымен байланысады. Енді белсендірілген PI 3K мембраналық липид фосфатидил инозитол 4,5-бисфосфатын (PIP2) фосфатидил инозитол 3,4,5-трифосфатына (PIP3) айналдыра алады. Бұл фосфорилдеу арқылы PKB (Akt) протеинкиназасын жанама түрде белсендіреді. Содан кейін PKB бірнеше мақсатты белоктарды, соның ішінде гликоген синтезакиназа 3 (GSK 3) фосфорилирлейді. GSK 3 гликоген синтезасын фосфорилдеу (демек, белсенділігін жоғалту) үшін жауапты. GSK 3 фосфорилделген кезде белсенділігін жоғалтады және гликоген синтезасының белсенділігін жоғалтуына кедергі келтіреді. Осылайша инсулин гликоген синтезін арттырады.
Инсулиннің ыдырауы
Инсулин молекуласы рецепторға байланысып, әсерін тигізгеннен кейін, ол клеткадан тыс ортаға қайта босатылуы немесе клетка ішінде ыдырауы мүмкін. Ыдырау процесі әдетте инсулин рецептор кешенінің эндоцитозы арқылы және одан кейін инсулинді ыдырататын фермент әрекеті арқылы жүзеге асырылады. Көптеген инсулин молекулалары бауыр жасушаларымен ыдырайды. Шамамен, бір инсулин молекуласы қан айналымына түскеннен кейін 71 минуттан соң толық ыдырайды деп есептеледі.
Иммундық жүйе
Метаболистік функциядан басқа, инсулин рецепторлары иммундық жасушаларда, мысалы макрофагтарда, В жасушаларында және Т жасушаларында да экспрессияланады. Т жасушаларында инсулин рецепторларының экспрессиясы тыныш күйде анықталмайды, бірақ Т жасуша рецепторының (ТЖР) белсендірілуі кезінде жоғарылайды. Шындығында, инсулин жануарлар моделінде сырттан берілген кезде, Т жасушаларының in vitro көбеюін күшейтетіні көрсетілген. Инсулин рецепторларының сигналдануы жедел инфекция және қабыну кезінде Т жасушаларының тиімділігін арттыру үшін маңызды.
Патология
Инсулин рецепторларын белсендірудің негізгі қызметі – глюкозаның сіңуін қамтамасыз ету болып табылады. Осы себепті "инсулинге сезімталдықтың төмендеуі" немесе инсулин рецепторларының сигнал беру қабілетінің төмендеуі 2-ші типті қант диабетіне алып келеді – жасушалар глюкозаны сіңіре алмайды, нәтижесінде гипергликемия (қандағы глюкоза деңгейінің артуы) және қант диабетінен туындайтын барлық салдар пайда болады. Инсулинге қарсылық танытқан науқастарда нигрикантты акантоз дамуы мүмкін. INSR геніндегі гомозиготалық мутацияларға байланысты Донохью синдромы немесе Лепрехонизм сипаттамасы бар бірнеше науқас анықталды. Бұл аутосомдық рецессивті ауру инсулин рецепторының толыққанды жұмыс істемеуіне әкеледі. Осындай науқастардың құлақтары төмен орналасқан, көбінесе ілгері шығыңқы, мұрын тесіктері кеңейген, еріндері қалың және өсуі айтарлықтай тежеледі. Көп жағдайда олардың өмір сүру болжамы өте нашар, көбінесе өмірінің алғашқы жылында қайтыс болады. Осы геннің басқа мутациялары Рабсон-Менденхолл синдромын тудырады, ол аздап жеңіл өтеді, онда науқастарда ерекше аномалиялы тістер, гипертрофиялық иегі (ауыз қуысының шырышы) және эпифиз безінің үлкейіп өсуі байқалады. Екі аурудың да белгілерінде глюкоза деңгейінің құбылуы көрінеді: тамақтанғаннан кейін глюкоза деңгейі бастапқыда өте жоғары болады, содан кейін тез төмендеп, қалыпты деңгейден айтарлықтай төмендейді. Инсулин рецепторы генінің басқа да генетикалық мутациялары ауыр инсулинге қарсылыққа себеп болуы мүмкін.