Раскрыт секрет тройного комплекса инсулиноподобного фактора роста
Инсулиноподобный фактор роста (IGF) — это гормон, критически важный для роста плодов и детей, а также для поддержания тела и метаболизма у взрослых. Он регулирует пролиферацию, дифференцировку и выживание клеток, активируя IGF-рецепторы в мембранах клеток различных тканей. Однако IGF крайне нестабилен: период его полураспада в свободном состоянии составляет менее 10 минут.
Более 70% IGF, циркулирующего в организме, связано с IGFBP (IGF-связывающим белком) и ALS (кислотонестабильной субъединицей). Этот тройной комплекс IGF/IGFBP/ALS стабилен гораздо дольше — до 12 часов, что позволяет ему служить переносчиком IGF. Кроме того, комплекс регулирует активность IGF, позволяя ему действовать только когда это необходимо. Однако структура тройного комплекса долгое время оставалась неизученной, что затрудняло понимание его сборки и механизма активации IGF.
Команда профессора Ким Хо Мина из Центра биомолекулярной и клеточной структуры Института фундаментальных наук (IBS, Тэджон, Южная Корея) впервые определила структуру тройного комплекса IGF1/IGFBP3/ALS. Эта структурная информация может расширить понимание заболеваний, связанных с ростом, таких как дефицит гормона роста и дефицит ALS.
Стабильный тройной комплекс был успешно экспрессирован и очищен с использованием системы экспрессии в клетках животных и серии процессов очистки. Для получения его высокоразрешающей трёхмерной молекулярной структуры использовались криогенный просвечивающий электронный микроскоп (cryo-EM), центр данных и суперкомпьютерные ресурсы IBS. Было обнаружено, что IGF1 окружён IGFBP3, образуя первичный бинарный комплекс. Затем ALS, подобно парашюту, обволакивает этот бинарный комплекс, защищая IGF1 от быстрой деградации в организме.
Обладая новыми знаниями о структуре белка, исследователи смогли понять структурную основу многих заболеваний, связанных с мутациями в этих белках. В частности, многие известные точковые мутации в ALS вызывают болезнь, индуцируя неправильное сворачивание ALS и препятствуя образованию тройного комплекса. С другой стороны, известные точковые мутации в IGF, по-видимому, не влияют на способность образовывать комплекс, но вызывают заболевание, снижая сродство IGF к его рецепторам.
Исследователи также изучили, как собирается этот тройной комплекс. С помощью SDS-PAGE и хроматографии с флуоресцентной детекцией (с использованием GFP-меченого IGF1) они выяснили, что IGFBP3 или IGF1 по отдельности не могут образовать бинарный комплекс с ALS. Только после того, как IGF1 сначала образует бинарный комплекс с IGFBP, оба белка могут связаться с ALS для правильной сборки тройного комплекса.
Кроме того, учёные модифицировали IGFBP, чтобы определить роль конкретных доменов белка. Удаление N-концевого домена (NBP) делало белок неспособным связываться с IGF, что указывает на его необходимость для образования первичного бинарного комплекса. Замена центрального линкерного домена (CLD3) на различные варианты показала, что все варианты CLD позволяли образовать бинарный комплекс с IGF1. Однако некоторые варианты CLD позволяли модифицированному IGFBP связываться с ALS даже без IGF. Это означает, что образование начального комплекса IGF1/IGFBP3, вероятно, вызывает конформационные изменения в домене CLD3, которые облегчают образование тройного комплекса с ALS.
Исследователи также изучили, как комплекс может разбираться для высвобождения биодоступного IGF. Обработка как бинарного (IGF/IGFBP), так и тройного комплекса протеазой тромбином показала, что при протеолизе высвобождается C-концевой домен (CBP) IGFBP и образуется нестабильный промежуточный тройной комплекс. Этот процесс считается важным шагом в активации IGF, который остаётся неактивным, будучи связанным в комплексе.
«Первым и самым важным шагом перед исследованием дальнейших процессов является понимание структуры. Этот подход, основанный на структуре, и соответствующие биохимические анализы позволили нам раскрыть механизм образования и активации комплекса IGF», — говорит первый автор работы Ким Хё Джин.
«Эти новые знания о молекулярной структуре и механизме активации тройного комплекса IGF, как ожидается, внесут значительный вклад в разработку терапевтических средств и исследования, связанные с ростом в подростковом возрасте или заболеваниями, связанными с IGF», — поясняет профессор Ким Хо Мин, автор-корреспондент исследования.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.