ПОДСЕМЕЙСТВО ЭПИДЕРМАЛЬНОГО РОСТОВОГО ФАКТОРА

  1. ПОДСЕМЕЙСТВО ЭПИДЕРМАЛЬНОГО РОСТОВОГО ФАКТОРА

(Epidermal Growth Factor, EGF)

К подсемейству эпидермальных ростовых факторов, помимо самого EGF, относятся Трансформирующий ростовой фактор-альфа (TGF-alpha) /см.10.1/, Гепарин-связывающий эпидермальный фактор роста (HB-EGF), Амфирегулин (Amphiregulin), Бетацеллюлин (Betacellulin) и подсемейство герегулинов (Heregulin-alpha, -beta, или Neuregulin’s); все они возникают из общего белкового предшественника. Предшественник этого семейства

подвергается протеолитическому гидролизу между трансмембранным доменом и основной EGF- подобной последовательностью в N-концевой части; образующаяся активная молекула соединяется с рецептором (или рецепторами семейства, EGFR). К последним относятся рецепторы, именуемые как HER1(human EGF receptor-1), erbB-2, erbB-3, erbB-4. Синтезируемые нейронами и глией EGF-полипептиды играют важную роль в процессах развития нервной ткани: стимулируют пролиферацию, миграцию и дифференцировку клеток. Они обладают нейротрофической активностью и способствуют выживанию клеток, тормозя развитие апоптоза в постмитотических нейронах и действуя непосредственно на нервные клетки или опосредованно, стимулируя пролиферацию и синтез в глии других трофогенов.

  1. ЭПИДЕРМАЛЬНЫЙ РОСТОВОЙ ФАКТОР

(Epidermal Growth Factor, EGF)

Структура. Общая характеристика. EGF представляет собой полипептид из 53 аминокислотных остатков, впервые выделенный из мочи человека и названный урогастроном. Сильный митоген для ряда культуральных клеток, например, фибробластов. In vivo EGF существует как комплекс двух структур: собственно EGF и двух молекул EGF- связывающего белка, последний представляет собой аргинилэстеразу, вовлекаемую в процессинг белка- предшественника. Рецептор EGF имеет гомологию с Трансформирующим ростовым фактором (TGF); обладает тирозинкиназной активностью и опосредует увеличение метаболизма полифосфоинозитида и концентрацию свободного Са++ в цитоплазме. EGF считается типичным ростостимулирующим полипептидом; связываясь как лиганд со своим рецептором, EGF вызывает его димеризацию. Передаваемый сигнал ведет к изменению функций соответствующих клеток (пролиферации, дифференцировке, секреции гормонов, регуляции гена).

Новая информация о биологических и медицинских аспектах FGFs.

  • С помощью математической модели структуры экстраклеточных доменов рецепторов FGF (erb-3) постулирован механизм связывания лиганда – FGF с рецептором и последующей димеризации и активации последнего (Klein et al. 2004).
    • Активация erbB1 тирозинкиназы обеспечивает проведение сигнала, который ведет к дизрегуляционной пролиферации, инвазии, метастазированию, ангиогенезу; его ингибирование может иметь значение для предотвращения и лечения этих проявлений. На основе информации о структуре и функции erbB1 разработана терапевтическая стратегия, включающая использование моноклональных антител к экстрацеллюлярному домену рецепторов (обзор Rowinsky, 2004).
    • Апробированы ингибиторы рецепторов (ZD1839, Iressa), блокирующие c-Src и Pak1 сигнализацию, используемые как средства монотерапии рака легких у человека (Blacklege, Averbuch, 2004; Yang еt al, 2004). Получение моноклональных антител фокусирует задачу клинического выявления клеток почечной карциномы, рака простаты и мочевого пузыря (Paule, Brion, 2003).

  • На трансгенных крысах, экспрессирующих erbB2 кДНК в сердце подтверждена роль опосредуемой этим рецептором сигнализации для предотвращения дилатационной кардиомиопатии. Результаты иллюстрируют значение системы Her2/erbB2 для развития и функции миокарда (Negro et al. 2004).
    • EGF стимулирует у молодых крыс рилизинг лютеинизирующего гормона (LH). Icv ведение EGF увеличивает активность COX-1 и COX-2, однако, эти эффекты блокируются введением этанола. В цепочку этих регуляторной зависимости оказывается вовлеченным простагландин Е2, синтез которого в гипоталамусе оказывается в этих условиях редуцированным. Данные имеют отношение к оценке роли EGF и сопряженных с ним систем гуморальной регуляции в пубертатный период (Hiney et al. 2003).
    • Увеличенный уровень EGF и TNF-alpha был выявлен в сыворотке крови пациентов с медикаментозным дерматитом (trichloroethylene dermatitis). Активный синтез EGF у таких больных способствует ускорению регенерации и заживлению эпителиальной ткани (Li et al. 2003).

  1. Другие представители подсемейства EGFs

1. Амфирегулин (Amphiregulin), гликозилированный полипептид, МВ 18 кДа; аутокринный фактор кератиноцитов. Экспрессируется в опухолях (карциномы) и в эпителии пищевода, толстого кишечника, яичников, молочной железе, почках.

  1. Гепарин-связывающий эпидермальный ростовой фактор (Heparin- Binding EGF), гликопротеин с МВ 19 кДа, имеющий множество структурных модификаций. Впервые выделен из линии клеток лимфомы человека. Растворимая форма Фактора является митогеном и хемотаксическим агентом для фибробластов, кератиноцитов, гладкомышечных клеток; выявлена секреция HB-EGF из моноцитов, макрофагов, гладкомышечных клеток аорты. По-видимому, имеет отношение к патогенезу атеросклероза; эффектор Jun-индуцированной трансформации опухолевых клеток. HB-EGF придается функция антиапоптического белка, который защищает клетки от повреждающих стрессорных, оксидативных и пищевых нагрузок. Установлена защитная роль HB-EGF в ишемически-реперфузионном повреждении кишечника, которая может иметь значение для терапии некротических энтероколитов (El-Assai, Besner, 2004).
  2. Бетацеллюлин (Betacellulin), относится к семейству Heparin-Binding EGF; гликопротеин с МВ 32 кДа, впервые выделен их опухоли поджелудочной железы мыши. Стимулирует рост и дифференцировку клеток этой железы у человека. С высокой аффинностью связывается с рецептором erbB-4, стимулируя рост эндометрия аденокарциномы человека.

  1. Герегулин (Heregulin, HRG), группа пептидов, которые являются секретируемыми белками, имеющими близкую гомологию с EGF. Включают HRG-alpha и HRG-

beta изоформы, с подразделением каждой из них на последующие beta-1, -2, -3 изоформы. Связываются с erbB-3 и erbB–4 рецепторами семейства тирозинкиназы. HRGs являются сильными митогенами для Шванновских клеток в культуре и умеренными митогенами для различных видов эпителиальных клеток желудка, легких, яичников, молочных желез. Изоформы HRGs обнаруживают широкий профиль активности: как Герегулин глиального фактора (GGF), Новый фактор дифференцировки (NDF), Ростовой фактор сенсорно-моторных клеток (SMDF), Фактор, индуцирующий рецептор ацетилхолина (ARIA). Экспрессируют рецепторы ацетилхолина и проведение сигнала в нейромышечных синапсах. GGF-форма герегулина, экспрессируемая мигрирующими кортикальными нейронами, способствует их дальнейшему движению вдоль радиальных глиальных волокон и последующей миграции нейронов в кору мозга (Anton et al. 1997; Gregg, Weiss, 2003).

  1. ПОДСЕМЕЙСТВО ИНСУЛИНОПОДОБНОГО РОСТОВОГО ФАКТОРА

(Insulin-like Growth Factors, IGFs)

В сравнительном списке числа публикаций в период 1994-2004 гг. IGFs занимают высшее место среди ростовых факторов (не считая TNF-alpha) и нейротрофинов. IGFs выполняют функцию трофического, паракринного или аутокринного типа, поддерживаемую участием других гормональных и пептидных факторов. Несмотря на относительно небольшой процент публикаций, связанных с мозгом (см. табл.1), регуляторная миссия IGFs в структурах нервной системы представляется значительной.

Структура. Общая характеристика. Инсулиноподобные факторы роста (IGF-I и IGF-II) - митогенные и трофические пептиды, имеющие структурную гомологию с инсулином. Гораздо меньшие в сравнении с нейротрофическими и другими ростовыми факторами, они содержат по одной полипептидной цепи, каждая из которых включает 70 (IGF-I) и 67 (IGF-II) аминокислот; оба изотипа повторяют на 62 % и на 42 % гомологию инсулина. МВ каждого Фактора около 7,5 кДа. Структуры IGF-I и IGF-II сохраняют видовую идентичность для человека, свиньи и быка.

Циркулирующие в крови IGFs секретируются печенью и действуют как дистантные гормоны; однако, они могут синтезироваться и в других клетках организма, выполняя функцию ауто - и паракринных регуляторов. IGF-I и IGF-II регулируют пролиферацию и дифференцировку большого числа клеток и оказывают инсулиноподобный эффект на жировую и мышечную ткани. IGF-II вовлечен в рост фетальных клеток, тогда как IGF-I играет важную роль в контроле постнатального роста. IGF-I стимулирует активность соматотропина.

Оба фактора связываются с высоко специфическими рецепторами - IGF-IR и IGF-IIR, но только рецептор I-го типа опознает инсулин в качестве лиганда. Рецептор (IGF-IR) гомологичен рецептору инсулина; содержит две субъединицы с МВ по 130 кДа и две трансмембранные субъединицы с МВ 95 кДа. Второй рецептор, IGF-IIR, реализует митогенный сигнал Фактора, трансформации фенотипа и антиапоптическую активность IGF-I in vitro и in vivo.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ IGF,s ПОЛИПЕПТИДОВ

  1. Инсулиноподобный ростовой фактор-I. Известен также как Соматомедин С; синтезируется в печени и секретируется под влиянием гипофизарного гормона роста. Экспрессия IGF-I в других органах зависит от вида ткани и стимулирующего стимула; синтез IGF- I в репродуктивной системе регулируется гонадотропином и стероидами, в костной ткани – паратироидным гормоном и половыми стероидами. IGF-I обладает митогенной активностью для фибробластов, остеобластов, фетальных клеток мозга, глиальных клеток, гладкомышечных клеток. Продуцируется некоторыми опухолями человека.

IGF-I присутствует в качестве основной формы в мозге и экспрессируется в нервной ткани в период развития, присутствуя в наивысших концентрациях в зрительном тракте, таламусе и мозжечке. Рецептор IGF-I присутствует в высоких концентрациях во всех отделах развивающейся нервной.

  1. Инсулиноподобный ростовой фактор-II. Сходен по спектру активности с первым фактором, однако в наибольшей степени роль IGF-II представлена как стимулятора роста и развития фетальных тканей. В этот период IGF-II проявляет наибольшую аффинность в отношении рецептора IGF-IIR. В постнатальный период экспрессия IGF-II снижается до минимального уровня и большинство его эффектов реализуется через IGF-IR. Фактор также продуцируется рядом опухолей.

  1. IGF-связывающие пептиды. Биологическая активность IGFs модулируется семейством IGF-связывающих пептидов (IGFBps), включающих, по крайней мере, десять представителей. В кровотоке, в цереброспинальной и других жидкостях IGFs в соединении с IGFBps пребывают в резервной преактивной форме. IGFBp(1-6) связываются с IGF-I и IGF-II с более высокой аффинностью, чем IGFBp(7-10). В первой группе - преимущественно белки с МВ 23-31 кДа. Наибольшее содержание IGFBp(1) установлено в амниотической жидкости, а IGFBp(2) – в цереброспинальной и семенной.

Экспрессия IGFBp(5) в мозге, выявляемая преимущественно в коре, имеет отношение к становлению структуры нейронов. Тканевая протеиназа – калликреин мозга - участвует в гидролизе IGFBp(5) (Iwadate et al. 2003).

В общей форме значение IGF-связывающих пептидов состоит: в пролонгировании периода жизни IGFs в циркуляции, лимитировании лиганд-рецепторного взаимодействия, определении тканевой или клеточной специфичности эффектов IGFs; установлено влияние связывающих белков на рост клеток независимо от активности самих IGFs.

Новая информация о биологических и медицинских аспектах IGFs.

  • IGF-I исполняет роль аутокринного или паракринного агента пролиферации нейрональных и глиальных прогениторных клеток и облегчает их дифференцировку и переживание. Эксперименты показывают, что в период развития IGF-I защищает моторные

нейроны от клеточной гибели в условиях повреждения и способствует регенерации аксонов. У взрослых животных инъекции IGF-I промотируют спроутинг нервных окончаний и увеличивают размеры нейромускулярных контактов. Эти данные указывают на возможное применение IGF-I в терапии неврологических заболеваний, включая латеральный амиотрофический склероз и периферические невропатии (Landreth et al. 1999).

  • IGF-I рассматривается как полипептидный гормон, потенциальный нейропротектор в терапии инсульта и других форм нейрональных расстройств (см. обзор Guan et al. 2003). Относительно крупные размеры молекулы делают затруднительным прямое использование фактора в клинике; апробируются формы интраназального введения IGF-I (Liu et al. 2001) или N- концевого Gly-Pro-Glu фрагмента (Smith, 2003). Использование микросфер в качестве контейнеров IGF-I в 30 раз увеличивало терапевтическую эффективность в сравнении с подкожной аппликацией. У мутантных мышей с дегенерацией клеток Пуркинье 2-х недельное введение IGF-I-содержащих микросфер значительно снижало проявления атаксии, мышечной недостаточности и улучшало моторную координацию (Carrascosa et al. 2004). Речь идет, таким образом, о поиске новых форм использования IGF-I в терапии хронических нейродегенеративных заболеваний.
    • В экспериментах in vitro и in vivo выявлено протективное действие IGF-I и IGF-II при кислородно-глюкозной депривации культуры клеток гиппокампа и при окклюзии средней мозговой артерии крыс. Наиболее эффективным в снижении размеров кортикального ишемического инфаркта оказалось icv введение новых препаратов, лигандных ингибиторов IGFBps (Mackay et al. 2003). Позитивное действие IGF-I, вводимого крысам в разные сроки, было продемонстрировано на модели колотой травмы мозга; снижение числа Hsp70 и TUNNEL– позитивных клеток в перитравматической области сопровождалось существенным улучшением моторной активности и общего состояния животных (Kazanis et al. 2003).
    • Системное введение IGF-I крысам с модельным диабетом показало, что молекула, проходя через гематоэнцефалический барьер, приводит к существенному улучшению поведенческих и когнитивных реакций в тесте Морриса. Эти показатели обучения и памяти могли быть существенно ухудшены интрацистернальным введением антител к IGF-I. Таким образом, получены доказательства роли IGF-I в регуляции когнитивных функций у взрослых животных (Lupien et al. 2003).
    • Мышечная изоформа IGF-I (mIGF-I) оказывается стимулятором регенерационных процессов, мобилизуя клетки костного мозга к местам повреждения и усиливая активность местных репаративных механизмов (Musaro et al. 2004).
    • Функции IGF-I в развивающемся мозге сопряжены с некоторыми гормонами. Стимулируемый IGF-I нейрогенез в зубчатой извилине опосредуется эстрадиолом; антагонист эстрогеновых рецепторов ICI 182,780 блокировал функцию IGF-I в отношении нейрогенеза у взрослых крыс (Perez-Martin et al. 2003). Циркадная секреция гонадолиберина нейронами гипоталамуса совпадает с экспрессией рецепторов IGF-IR в преоптической зоне переднего гипоталамуса и в мезобазальном отделе, что свидетельствует об участии инсулиноподобных ростовых факторов в центральной регуляции репродуктивной функции (Daftary, Gore, 2004).

  • Установлены изменения синтеза и секреции IGFs при действии алкоголя; в эксперименте алкоголь снижал уровень IGF-I в сыворотке крови, печени и почках, но способствовал увеличению содержания IGF-II в крови и в почках. При этом увеличивается уровень IGFBp(1) и снижается экспрессия мРНК рецептора IGF-I в печени и почках. Таким образом, потребление алкоголя приводит к значительной метаболической дисфункции, вызванной снижением анаболической активности IGFs (Park et al. 2004).
  • Имеются данные о протективном действии IGF-I при апоптозе клеток нейробластомы (van Golen et al. 2001). На культуре гранул мозжечка выявлен ингибирующий эффект IGF-I в отношении активации р38 и c-Jun, промотирующих апоптоз; действие IGF-I было значительно большим, чем такой же антиапоптический эффект BDNF (Yamagishi et al. 2003).
  • Установлена корреляция между концентрацией IGF-I в пупочной вене и массой тела, массой жира и содержанием минеральных продуктов в неонатальный период, что оказывается существенным для оценки изменений IGF-I в процессе здоровой беременности (Javaid et al. 2004). Изменения уровня IGFs и IGFBp(3) у пациентов, длительно подверженных процедуре гемодиализа, могут служить маркером нарушений костного метаболизма, связанных с кальций-фосфатными продуктами обмена (Fiedler et al. 2004).

ПОДСЕМЕЙСТВО ЭПИДЕРМАЛЬНОГО РОСТОВОГО ФАКТОРА