Promena strukture i reaktivnosti vezujućeg proteina 1 za faktore rasta slične insulinu kao posledica metabolizma glukoze

Abstract

Vezujući proteini za faktore rasta slične insulinu (IGFBP), zajedno sa IGFligandima i IGF receptorima (IGF-1R i IGF-2R) čine sistem koji utiče na rast i razvojskoro svake ćelije, tkiva i organa. IGFBP-1 je jedini od šest IGFBP molekula čija sekoncentracija menja na dnevnoj bazi, u zavisnosti od koncentracije insulina u krvi,odnosno od metaboličkih potreba vezanih za potrošnju glukoze. Kod zdravih osoba jekonstatovano postojanje direktne negativne sprege između koncentracije IGFBP-1 iinsulina, dok se kod osoba sa izmenjenim metabolizmom glukoze ta sprega često gubi.Cilj ovog istraživanja je bio da se ispita da li se i u kojoj meri IGFBP-1 menja posttranslacionoi da li interaguje sa drugim proteinima iz okruženja, što bi moglo doprinetiefektima uočenim na nivou ose IGFBP-1/IGF/insulin kod osoba sa nepravilnimmetabolizmom glukoze ili osoba izloženih metaboličkom opterećenju.Eksperimentalno je utvrđeno postojanje monomera, nekoliko fragmenata,oligomera i kompleksa IGFBP-1. Rezultati su dalje pokazali da se kod osoba saporemećajem u metabolizmu glukoze, kao što su diabetes mellitus ili hipoglikemija,menjaju koncentracije i strukturne karakteristike IGFBP-1. Najintenzivnije posttranslacionepromene IGFBP-1 se javljaju kod pacijenata sa dijabetesom tipa 2.Prisutnost većeg broja različitih molekulskih formi IGFBP-1 kod ovih pacijenata, presvega multimera, ukazuje na potencijalno veće učečće IGF sistema u regulacijikoncentracije glukoze u stanju dijabetesa. Profesionalno bavljenje sportom, takođe,dovodi do promene u koncentraciji i strukturi IGFBP-1. Koncentracija ukupnog IGFBP-1 raste kod sportista ali, usled povećane proteolize, značajno se uvećava udeo IGFBP-1fragmenata. Glavni fragment IGFBP-1 u serumu sportista je mase 9 kDa i, verovatno,nastaje kao posledica povećane aktivnosti matriksne metaloproteaze 9. Primenommasene spektrometrije, kod sportista je ustanovljena izmenjena reaktivnost IGFBP-1 načipovima sa različitim jonoizmenjivačkim površinama, ukazujući na promenu u fizičkohemijskimkarakteristikama IGFBP-1, pre svega u naelektrisanju. Pušenje, kao uzročnikstvaranja slobodnih radikala i dodatni faktor rizika od vaskularnih komplikacija koddijabetičara, prema dobijenim rezultatima, nije od uticaja na oligomerizaciju(oksidaciju) IGFBP-1 u cirkulaciji.Na kraju, opšti zaključak bi bio da promene u metabolizmu glukoze, bez obzirada li su izazvane poremećajima ili povećanom potrebom za glukozom, dovode dopromene u koncentraciji i strukturi IGFBP-1, što se u najvećoj meri iskazuje krozizmenjen stepen oligomerizacije i proteolize IGFBP-1. Proces stvaranja kompleksaIGFBP-1 sa α2-makroglobulinom je najotporniji na uticaje. Pošto oligomeri i fragmentiIGFBP-1 uglavnom ne vezuju IGF ligande, redistribucijom IGFBP-1 između višerazličitih molekulskih formi, u uslovima izmenjenog metabolizma glukoze, može seznatno uticati na stepen vezivanja, odnosno biodostupnosti IGF peptida.

The insulin-like growth factor binding proteins (IGFBPs), IGF ligands and IGFreceptors (IGF-1R i IGF-2R) comprise a system involved in growth and development ofalmost evey cell, tissue and organ. Among six IGFBPs, IGFBP-1 is the only one thatexhibits diurnal variation and correlates with the level of insulin in blood.Concentrations of IGFBP-1 and insulin are inversely proportional in healthy people.That correlation could be lost in the case of altered glucose metabolism. The aim of thisstudy was to examine whether and to what extent IGFBP-1 changes post-translationallyand whether IGFBP-1 interacts with other proteins in the surrounding that couldcontribute to the effects detected in the IGFBP-1/IGF/insulin axis in persons withimpaired glucose metobolism or in those with hypermetabolism.The existance of IGFBP-1 monomer, several fragments, oligomers andcomplexes was confirmed experimentally. The results have further shown that IGFBP-1concentration and structure undergo certain changes in patients with impaired glucosemetabolism, as in the case of diabetes mellitus and hypoglicemia. The most pronouncedpost-translational modifications of IGFBP-1 were seen in patients with diabetes type 2.The presence of the greatest number of different forms of IGFBP-1, especiallyoligomeric, in these patients suggests possibly greater involvement of the IGF system inglucose regulation in the state of diabetes. Professional physical training may also leadto alterations in the concentration and structure of IGFBP-1. The total concentration ofIGFBP-1 increases in athletes, however, due to extensive proteolysis, the concentrationof IGFBP-1 fragments increases significantly. The main IGFBP-1 fragment in the seraof athletes is of 9 kDa, and it is most likely produced by the increased activity of matrixmetalloproteinase 9. Altered reactivity of IGFBP-1 in athletes was detected by usingmass spectrometry and chips with different ion-exchange surfaces, suggesting changesin physico-chemical characteristics of IGFBP-1, namely charge density. According toour findings, cigarette smoking, known to cause free radical generation andcardiovascular complications in diabetes, had no effect on oligomerisation (oxidation)of IGFBP-1 in the circulation.In conclusion, changes in glucose metabolism lead to alterations in theconcentration and structure of IGFBP-1. These alterations are mostly expressed thoughmodified oligomerization and proteolysis of IGFBP-1. The formation of complexesbetween IGFBP-1 and α2-macroglobulin seems to resist changes. Since oligomers andfragments of IGFBP-1 mostly do not bind IGF molecules, redistribution of IGFBP-1between several molecular forms, in the case of altered glucose metabolism, can affectdegree of IGF binding or its bioavailability