Введение
Пептидный гормон, играющий роль в гликемической регуляции – полипептид амилин, или островковый амилоидный полипептид (IAPP), представляет собой пептидный гормон, состоящий из 37 аминокислотных остатков. Он косекретируется с инсулином из β-клеток поджелудочной железы в соотношении примерно 100:1 (инсулин:амилин). Амилин участвует в регуляции гликемии, замедляя опорожнение желудка и способствуя насыщению, тем самым предотвращая резкие повышения уровня глюкозы в крови после приема пищи. IAPP образуется из кодирующей последовательности, состоящей из 89 остатков. Проостровковый амилоидный полипептид (proIAPP, proamylin, proislet protein) синтезируется в β-клетках поджелудочной железы в виде пропептида, содержащего 67 аминокислот и имеющего молекулярную массу 7404 Дальтона, и подвергается посттрансляционным модификациям, включая протеолитическое расщепление, в результате чего образуется амилин.
the polypeptide
Amylin, or islet amyloid polypeptide (IAPP), is a 37 residue peptide hormone. It is co secreted with insulin from the pancreatic β cells in the ratio of approximately 100:1 (insulin:amylin). Amylin plays a role in glycemic regulation by slowing gastric emptying and promoting satiety, thereby preventing post prandial spikes in blood glucose levels. IAPP is processed from an 89 residue coding sequence. Proislet amyloid polypeptide (proIAPP, proamylin, proislet protein) is produced in the pancreatic beta cells (β cells) as a 67 amino acid, 7404 Dalton pro peptide and undergoes post translational modifications including protease cleavage to produce amylin.
Синтез
ProIAPP состоит из 67 аминокислот, за которыми следует сигнальный пептид из 22 аминокислот, который быстро отщепляется после трансляции кодирующей последовательности из 89 аминокислот. Человеческая последовательность (от N-конца к C-концу) выглядит следующим образом: (MGILKLQVFLIVLSVALNHLKA) TPIESHQVEKR^ KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTYG^ KR^ NAVEVLKREPLNYLPL. Сигнальный пептид удаляется в процессе трансляции белка и его транспорта в эндоплазматический ретикулум. Попав в эндоплазматический ретикулум, между остатками цистеина под номерами 2 и 7 формируется дисульфидная связь. В дальнейшем, на секреторном пути, прекурсор подвергается дополнительному протеолизу и посттрансляционным модификациям (обозначены символом ^). 11 аминокислот удаляются с N-конца ферментом пропротеинконвертазой 2 (PC2), а 16 – с C-конца молекулы proIAPP пропротеинконвертазой 1/3 (PC1/3). На C-конце карбоксипептидаза E затем удаляет терминальные остатки лизина и аргинина. Терминальная аминокислота глицин, образующаяся в результате этого расщепления, позволяет ферменту пептидилглицин альфа-амидирующей монооксигеназе (PAM) добавить аминогруппу. После этого завершается трансформация из белка-предшественника proIAPP в биологически активный IAPP (последовательность IAPP: KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTY). Инсулин и IAPP регулируются схожими факторами, поскольку они имеют общий регуляторный промоторный мотив. Промотор IAPP также активируется стимулами, которые не влияют на инсулин, такими как фактор некроза опухоли альфа и жирные кислоты. Одной из определяющих характеристик диабета 2 типа является инсулинорезистентность. Это состояние, при котором организм не способен эффективно использовать инсулин, что приводит к увеличению его выработки; поскольку проинсулин и proIAPP косекретируются, это также приводит к увеличению выработки proIAPP. Хотя о регуляции IAPP известно немного, его связь с инсулином указывает на то, что регуляторные механизмы, влияющие на инсулин, также влияют на IAPP. Таким образом, уровень глюкозы в крови играет важную роль в регуляции синтеза proIAPP.
(MGILKLQVFLIVLSVALNHLKA) TPIESHQVEKR^ KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTYG^ KR^ NAVEVLKREPLNYLPL. The signal peptide is removed during translation of the protein and transport into the endoplasmic reticulum. Once inside the endoplasmic reticulum, a disulfide bond is formed between cysteine residues numbers 2 and 7. Later in the secretory pathway, the precursor undergoes additional proteolysis and posttranslational modification (indicated by ^). 11 amino acids are removed from the N terminus by the enzyme proprotein convertase 2 (PC2) while 16 are removed from the C terminus of the proIAPP molecule by proprotein convertase 1/3 (PC1/3). At the C terminus Carboxypeptidase E then removes the terminal lysine and arginine residues. The terminal glycine amino acid that results from this cleavage allows the enzyme peptidylglycine alpha amidating monooxygenase (PAM) to add an amine group. After this the transformation from the precursor protein proIAPP to the biologically active IAPP is complete (IAPP sequence: KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTY). Insulin and IAPP are regulated by similar factors since they share a common regulatory promoter motif. The IAPP promoter is also activated by stimuli which do not affect insulin, such as tumor necrosis factor alpha and fatty acids. One of the defining features of Type 2 diabetes is insulin resistance. This is a condition wherein the body is unable to utilize insulin effectively, resulting in increased insulin production; since proinsulin and proIAPP are cosecreted, this results in an increase in the production of proIAPP as well. Although little is known about IAPP regulation, its connection to insulin indicates that regulatory mechanisms that affect insulin also affect IAPP. Thus blood glucose levels play an important role in regulation of proIAPP synthesis.
Функция
Амилин функционирует как часть эндокринной поджелудочной железы и способствует контролю гликемии. Пептид секретируется из островков поджелудочной железы в кровоток и выводится пептидазами в почках. Он не обнаруживается в моче. Метаболическая функция амилина хорошо изучена как ингибитор поступления питательных веществ [особенно глюкозы] в плазму. Таким образом, он действует как синергист инсулина, с которым он косекретируется из бета-клеток поджелудочной железы в ответ на прием пищи. Общий эффект заключается в замедлении скорости поступления (Ra) глюкозы в кровь после еды, что достигается за счет согласованного замедления опорожнения желудка, ингибирования пищеварительной секреции [желудочной кислоты, ферментов поджелудочной железы и выброса желчи] и, как следствие, снижения потребления пищи. Поступление новой глюкозы в кровь уменьшается путем ингибирования секреции глюконеогенного гормона глюкагона. Эти действия, которые в основном осуществляются через чувствительную к глюкозе область ствола мозга – область postrema, могут быть преодолены при гипогликемии. В совокупности они снижают общую потребность в инсулине. Амилин также участвует в метаболизме костей вместе со связанными пептидами кальцитонином и пептидом, связанным с геном кальцитонина. С помощью спектроскопии твердотельного ЯМР было также показано, что фрагмент 20-29 человеческого амилина взаимодействует с мембранами. У крыс и мышей имеется шесть замен (три из которых – замены на пролин в позициях 25, 28 и 29), которые, как считается, предотвращают образование амилоидных фибрилл, хотя и не полностью, о чем свидетельствует его склонность к образованию амилоидных фибрилл in vitro. Крысиный IAPP не оказывает токсического действия на бета-клетки при сверхэкспрессии у трансгенных грызунов.
История
Еще до того, как связь амилина с диабетом была установлена, уже в 1901 году ученые описали феномен "гиалинизации островков", который наблюдался в некоторых случаях диабета. Детальное изучение этого явления стало возможным значительно позже. В 1986 году удалось выделить агрегат из инсулин-продуцирующей опухоли, был охарактеризован белок, названный IAP (пептид амилоида инсулиномы), и амилоиды были изолированы из поджелудочной железы больного диабетом, однако полученного материала было недостаточно для полной характеристики. Это удалось только через год двум исследовательским группам, чьи работы стали продолжением исследований 1986 года.
Клиническое значение
ПроIAPP связан с диабетом 2 типа и гибелью бета-клеток островков. Образование амилоидов островков, инициированное агрегацией proIAPP, может способствовать прогрессирующей потере этих клеток. Считается, что proIAPP формирует первые гранулы, позволяющие IAPP агрегировать и образовывать амилоид, что может приводить к амилоид-индуцированному апоптозу β-клеток. IAPP секретируется одновременно с инсулином. Инсулинорезистентность при диабете 2 типа увеличивает потребность в производстве инсулина, что приводит к секреции проинсулина. ProIAPP секретируется одновременно, однако ферменты, преобразующие эти предшественники в инсулин и IAPP соответственно, не успевают за высоким уровнем секреции, что в конечном итоге приводит к накоплению proIAPP. В частности, нарушение процессинга proIAPP в месте N-концевого расщепления является ключевым фактором в инициировании образования амилоида. Образование амилоида может быть основным медиатором апоптоза, или запрограммированной гибели клеток, в β-клетках островков. Исследование 2008 года показало синергетический эффект снижения веса при совместном применении лептина и амилина у крыс с ожирением, вызванным диетой, за счет восстановления чувствительности гипоталамуса к лептину. Однако в ходе клинических испытаний исследование было остановлено на 2-й фазе в 2011 году из-за проблемы с антителами, которые могли нейтрализовать эффект снижения веса метрелептином у двух пациентов, принимавших препарат в ранее завершенном клиническом исследовании. В этом исследовании были объединены метрелептин, версия человеческого гормона лептина, и прамлинтид, препарат Amylin для лечения диабета Symlin, в единую терапию ожирения. Протеомическое исследование показало, что амилин человека имеет общие мишени токсичности с бета-амилоидом (Abeta), что позволяет предположить, что диабет 2 типа и болезнь Альцгеймера имеют общие механизмы токсичности.
Фармакология
Синтетический аналог амилина человека с пролиновыми замещениями в позициях 25, 26 и 29, или прамлинтид (торговое название Symlin), был одобрен в 2005 году для применения у взрослых пациентов с сахарным диабетом 1 типа и сахарным диабетом 2 типа. Инсулин и прамлинтид, вводимые отдельно, но оба перед приемом пищи, совместно контролируют постпрандиальную гликемическую кривую. Амилин частично расщепляется инсулиндеградирующим ферментом. Другой пролонгированный аналог амилина – Cagrilintide, разрабатываемый компанией Novo Nordisk (в настоящее время находится на 3-й фазе клинических испытаний под предлагаемым торговым названием CagriSema, в комбинированной форме с семаглутидом в виде еженедельной подкожной инъекции) для лечения сахарного диабета 2 типа и ожирения.
Рецепторы
Существует, по крайней мере, три различных рецепторных комплекса, к которым амилин связывается с высокой аффинностью. Все три комплекса содержат рецептор кальцитонина в качестве основного компонента, а также один из трех белков, модифицирующих рецепторную активность: RAMP1, RAMP2 или RAMP3.