Promena strukture i reaktivnosti vezujućeg proteina 1 za faktore rasta slične insulinu kao posledica metabolizma glukoze
Alternation of the structure and reactivity of the insulin-like growth factor binding protein 1 due to glucose metabolism.
Doktorand
Lagundžin, DraganaMentor
Mandić, LjubaČlanovi komisije
Nedić, OlgicaGavrović Jankulović, Marija
Metapodaci
Prikaz svih podataka o disertacijiSažetak
Vezujući proteini za faktore rasta slične insulinu (IGFBP), zajedno sa IGF
ligandima i IGF receptorima (IGF-1R i IGF-2R) čine sistem koji utiče na rast i razvoj
skoro svake ćelije, tkiva i organa. IGFBP-1 je jedini od šest IGFBP molekula čija se
koncentracija menja na dnevnoj bazi, u zavisnosti od koncentracije insulina u krvi,
odnosno od metaboličkih potreba vezanih za potrošnju glukoze. Kod zdravih osoba je
konstatovano postojanje direktne negativne sprege između koncentracije IGFBP-1 i
insulina, 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 posttranslaciono
i da li interaguje sa drugim proteinima iz okruženja, što bi moglo doprineti
efektima uočenim na nivou ose IGFBP-1/IGF/insulin kod osoba sa nepravilnim
metabolizmom glukoze ili osoba izloženih metaboličkom opterećenju.
Eksperimentalno je utvrđeno postojanje monomera, nekoliko fragmenata,
oligomera i kompleksa IGFBP-1. Rezu...ltati su dalje pokazali da se kod osoba sa
poremećajem u metabolizmu glukoze, kao što su diabetes mellitus ili hipoglikemija,
menjaju koncentracije i strukturne karakteristike IGFBP-1. Najintenzivnije posttranslacione
promene IGFBP-1 se javljaju kod pacijenata sa dijabetesom tipa 2.
Prisutnost većeg broja različitih molekulskih formi IGFBP-1 kod ovih pacijenata, pre
svega multimera, ukazuje na potencijalno veće učečće IGF sistema u regulaciji
koncentracije 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-1
fragmenata. Glavni fragment IGFBP-1 u serumu sportista je mase 9 kDa i, verovatno,
nastaje kao posledica povećane aktivnosti matriksne metaloproteaze 9. Primenom
masene spektrometrije, kod sportista je ustanovljena izmenjena reaktivnost IGFBP-1 na
čipovima sa različitim jonoizmenjivačkim površinama, ukazujući na promenu u fizičkohemijskim
karakteristikama IGFBP-1, pre svega u naelektrisanju. Pušenje, kao uzročnik
stvaranja slobodnih radikala i dodatni faktor rizika od vaskularnih komplikacija kod
dijabetičara, 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 obzira
da li su izazvane poremećajima ili povećanom potrebom za glukozom, dovode do
promene u koncentraciji i strukturi IGFBP-1, što se u najvećoj meri iskazuje kroz
izmenjen stepen oligomerizacije i proteolize IGFBP-1. Proces stvaranja kompleksa
IGFBP-1 sa α2-makroglobulinom je najotporniji na uticaje. Pošto oligomeri i fragmenti
IGFBP-1 uglavnom ne vezuju IGF ligande, redistribucijom IGFBP-1 između više
različitih molekulskih formi, u uslovima izmenjenog metabolizma glukoze, može se
znatno uticati na stepen vezivanja, odnosno biodostupnosti IGF peptida.
The insulin-like growth factor binding proteins (IGFBPs), IGF ligands and IGF
receptors (IGF-1R i IGF-2R) comprise a system involved in growth and development of
almost evey cell, tissue and organ. Among six IGFBPs, IGFBP-1 is the only one that
exhibits 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 this
study was to examine whether and to what extent IGFBP-1 changes post-translationally
and whether IGFBP-1 interacts with other proteins in the surrounding that could
contribute to the effects detected in the IGFBP-1/IGF/insulin axis in persons with
impaired glucose metobolism or in those with hypermetabolism.
The existance of IGFBP-1 monomer, several fragments, oligomers and
complexes was confirmed experimentally. The results have further shown that IGFBP-1
concentration and structure undergo certai...n changes in patients with impaired glucose
metabolism, as in the case of diabetes mellitus and hypoglicemia. The most pronounced
post-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, especially
oligomeric, in these patients suggests possibly greater involvement of the IGF system in
glucose regulation in the state of diabetes. Professional physical training may also lead
to alterations in the concentration and structure of IGFBP-1. The total concentration of
IGFBP-1 increases in athletes, however, due to extensive proteolysis, the concentration
of IGFBP-1 fragments increases significantly. The main IGFBP-1 fragment in the sera
of athletes is of 9 kDa, and it is most likely produced by the increased activity of matrix
metalloproteinase 9. Altered reactivity of IGFBP-1 in athletes was detected by using
mass spectrometry and chips with different ion-exchange surfaces, suggesting changes
in physico-chemical characteristics of IGFBP-1, namely charge density. According to
our findings, cigarette smoking, known to cause free radical generation and
cardiovascular 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 the
concentration and structure of IGFBP-1. These alterations are mostly expressed though
modified oligomerization and proteolysis of IGFBP-1. The formation of complexes
between IGFBP-1 and α2-macroglobulin seems to resist changes. Since oligomers and
fragments of IGFBP-1 mostly do not bind IGF molecules, redistribution of IGFBP-1
between several molecular forms, in the case of altered glucose metabolism, can affect
degree of IGF binding or its bioavailability