Инсулин: от поджелудочной железы до входа в клетку - биохимическая основа действия гормона
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Journal of Biological Chemistry, раскрывает детали инновационного подхода к пониманию механизмов действия инсулина, ключевого гормона, регулирующего углеводный обмен. Исследовательская группа под руководством профессора Марии Петровой (Университет XX, страна YY) углубила свои знания о роли сигнальных путей рецепторов инсулина в регуляции клеточного метаболизма и выявила новые потенциальные мишени для терапии сахарного диабета.
В организме инсулин вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы и выделяется в кровоток после еды. Основная задача этого гормона - снижать уровень глюкозы в крови, регулируя поступление сахара в клетки. Это достигается за счет взаимодействия инсулина с его специфическим рецептором – трансмембранным белковым комплексом, локализованным на поверхности чувствительных к его воздействию клеток. Рецептор инсулина представляет собой рецепторную киназу, ассоциированную с тирозинкиназой (RTK).
Именно структурная и функциональная особенность рецептора инсулина является ключом к пониманию механизмов действия гормона. Активация рецептора начинается со связывания двух молекул инсулина с двумя субдоменными единицами внешней (α) области рецептора. Это вызывает конформационный сдвиг, в результате которого внутриклеточные домены рецептора, состоящие из тирозинкиназ (β), сближаются друг с другом и осуществляют взаимное аутофосфорилирование. Эта активация киназной активности вызывает последовательный каскад событий, началом которых является фосфорилирование остатков тирозина во внутриклеточных доменах самого рецептора, а затем фосфорилирование различных сигнальных белков, связанных с рецептором.
Последние исследования выявили новые звенья в этой цепи передачи сигналов. В частности, команда профессора Петровой подробно описала роль белка IRS-1 (субстрат рецептора инсулина-1). IRS-1 является ключевым звеном в рецепторзависимых путях, инициируемых инсулином. Активация тирозинкиназ во внутриклеточном домене рецептора приводит к фосфорилированию остаточных тирозинов в молекуле IRS-1. Это событие способствует связыванию с другими белками, PI3K (фосфоинозитол-3-киназой), образуя сигнальную молекулу PI3K/AKT, которая является основным транслятором эффекта инсулина.
Дальнейшие исследования показали, что активация PI3K/AKT путем фосфорилирования PI3P на мембранном фосфолипиде PI4.5P2 приводит к активации ряда ферментов и метаболических процессов. Среди них выделяется активация переносчиков глюкозы (GLUT4). Инсулин вызывает перемещение GLUT4 из внутренних пузырьков клетки к мембране, что значительно увеличивает всасывание глюкозы из крови.
Одновременно с активацией PI3K/AKT рецептор инсулина запускает другие сигнальные пути, например, MAPK (митоген-активируемую протеинкиназу), участвующую в регуляции синтеза белка и роста клеток. Таким образом, сложный каскад событий, вызванных связыванием инсулина с рецептором, оказывает многогранное воздействие на клеточный метаболизм и регуляцию уровня глюкозы в крови.
Исследование команды Петровой, опубликованное в журнале Journal of Biological Chemistry, предлагает новую интерпретацию взаимодействия компонентов сигнальных путей, связанных с рецептором инсулина. Полученные данные открывают новые горизонты для разработки таргетных препаратов для лечения диабета. Глубокое понимание биохимических механизмов действия инсулина является важным шагом в борьбе с этим заболеванием, способствующим разработке более эффективных и персонализированных методов лечения.