научный обзор Механический фактор роста

Роль МРФ и других вариантов ИФР-1, образующихся в результате альтернативного синтеза, в поддержании объема и гипертрофии мышечной ткани

Методы молекулярной биологии существенно изменили наши взгляды на гормоны и их функцию. Классическое определение гормона — “химическое вещество, вырабатываемое специализированной железой и выделяемое в кровь, с которой оно переносится к различным тканям организма, стимулируя в них специфическую физиологическую реакцию». Сегодня нам уже известно о том, что гормоны или факторы вырабатываются во многих тканях организма, а некоторые из них оказывают аутокринный или паракриный эффект. Примером является система инсулиноподобного фактора роста I (ИФР-1) — семейства различных форм ИФР-1, каждая из которых обладает определенной биологической активностью. Они — продукт альтернативного синтеза гена IGF-I, экспрессия которого происходит под влиянием разнообразных стимулов. К настоящему времени осуществлена расшифровка последовательности генома человека и установлено, что он содержит в своем составе около 40 тыс. различных генов. Наряду с этим известно, что количество различных белков превышает это число, из чего следует, что для обеспечения такого фенотипического разнообразия часть генов должна давать белковые продукты, образующиеся в результате альтернативного синтеза мРНК. Ген ИФР, по-видимому, происходит от единственного гена инсулиноподобного белка, который содержатся у позвоночных. Похожий ген инсулиноподобного белка обнаружен в геноме нематоды C.elegans, а также у представителя хордовых — амфиокса, который связан родственными связями с общим предком позвоночных. В ходе эволюции позвоночных происходила дупликация гена, вследствие которой появились гены инсулина, ИФР-1 и ИФР-II. Эксперименты на C.elegans показали, что предковый инсулиноподобный белок предотвращает клеточную смерть и значительно продлевает срок жизни этой нематоды. Данная регуляторная система является, однако, еще более многогранной, поскольку при транскрипции генов инсулиноподобных факторов роста путем альтернативного синтеза могут образовываться различные мРНК и, соответственно, различные белки, обладающие различной биологической активностью.

ИФР-1, который первоначально называли соматомедином, рассматривался в качестве общего фактора роста, вырабатываемого печенью под влиянием соматотропного гормона (СТГ). Позднее стало очевидным, что он содержатся в большинстве тканей организма и представлен различными молекулярными формами, каждая из которых оказывает специфическое воздействие.

Система CIT—ИФР-1

Гипотеза соматомедина возникла в 1950-х годах как результат первых попыток объяснить регуляцию соматического роста гипофизарным соматотропным гормоном. Было высказано предположение, что этот гормон способствует росту тканей-мишеней не прямым путем, а опосредовано, оказывая на них воздействие с участием промежуточных веществ (Daughaday, Reeder, 1996). Позднее был принят термин “соматомедин” (Daughaday et al., 1972), отражавший стимулирующее влияние этих веществ на процессы роста, которые в последующем были идентифицированы и названы инсулиноподобными факторами роста (Rinderknccht, Humbel, 1978; Klapper et al., 1983). Однако в 1985 г. Грином с соавторами была выдвинута “гипотеза двойственного действия” (“dual effector hypothesis», Green et al., 1985), согласно которой СТГ оказывал непосредственное влияние на периферические ткани, без участия ИФР-1, а также стимулировал выработку ИФР-1 на локальном уровне. Сегодня известно, что одной из основных функций СТГ является стимуляция секреции ИФР-1 в печени, и кроме того, гормон роста стимулирует формирование тройного ИФР-связывающего комплекса, который обеспечивает стабильность ИФР-1 в сыворотке крови и содержит ИФР-связывающий белок (IGFBP-3) и кислотно-лабильную субъединицу (ALS). Секреция СТГ происходит в соматотропных клетках, расположенных в передней доле гипофиза (аденогипофизе) и имеет волнообразный характер. Самостоятельное функциональное воздействие СТГ на периферические ткани заключается в анаболическом эффекте на биосинтез белка (увеличение синтеза ДНК, РНК и белка), стимуляции роста хрящевой ткани и се кальцификации, стимуляции обменных процессов с использованием жиров и их расщепления в процессах энергообмена. Предполагается, что индуцированное физической нагрузкой повышение уровня СТГ оказывает прямое или опосредованное влияние на многие процессы соматического роста, связанные с формированием тканей (см. обзор Nindl et al., 2003).

Вне всяких сомнений важность функций, выполняемых системой СТГ-ИФР-1 в процессах постнатального роста и развития, в подростковом периоде уровень этих гормонов в организме достигает своего максимального значения. Вместе с тем с возрастом происходит последующее снижение их содержания в крови, столь существенное, что пожилых людей можно считать частично дефицитными по СТГ (Rudman et al., 1981). Взаимосвязь между возрастными изменениями функции СТГ-ИФР-1, а также снижением мышечной массы и силы стала предметом интенсивных исследований. У молодых лиц зрелого возраста с дефицитом СТГ применение рекомбинантного гормона роста человека сопровождалось положительными изменениями мышечной массы и функций (Cunco et al., 1991). В другом исследовании лиц зрелого возраста с дефицитом СТГ в организме в течение длительного времени подвергали лечению с применением СТГ, при этом наблюдалось не только увеличение мышечной силы, по и сокращение массы жировой ткани (Beshyah et al., 1995). Эти результаты послужили основой для убежденности в том, что терапия с применением рекомбинантного СТГ сможет принести пользу и лицам старшего возраста с дефицитом СТГ и ИФР-1. Однако исследования, направленные на изучение совместных эффектов применения СТГ и силовой тренировки у лиц зрелого (Yarasheski et al., 1992) и старшего возраста (Yarasheski et al., 1995), показали, что уровень процессов биосинтеза белка в организме при выполнении силовых упражнений не изменялся в случае применения СТГ. Более того, у лиц старшего возраста также наблюдались изменения мышечной массы и функций, которые имели сходный характер в обеих группах исследованных лиц (Lange et al., 2002). Следует отметить, что в исследованиях с применением рекомбинантного СТГ, вероятнее всего, использовали изоформу гормона с молекулярной массой 22 кДа, которая преобладает в составе СТГ сыворотки крови. Однако в крови обнаружены также и другие изоформы гормона общим количеством более 100 (Baumann et al., 1991), функции которых пока не установлены. Роль СТГ и ИФР-1 в крови, в частности в адаптации мышечной ткани в зрелом возрасте, также остается неясной. Возможно, что значение системных ростовых факторов для гипертрофии мышц относительно невелико. Например, в одной из работ было показано, что мышцы крыс с удаленным гипофизом, подвергавшиеся физической нагрузке, сохраняли способность к гипертрофии, несмотря на существенно сниженный системный уровень ИФР-1 (Adams, Haddad, 1996). Эти результаты в сочетании с простым наблюдением того, что гипертрофия отмечается только в мышцах, подвергающихся физической нагрузке, подчеркивает важность местных систем ИФР-1 для адаптивных изменений мышц.

Экспрессия вариантов ИФР-1 в мышечной ткани

Мышцы могут быть стимулированы к быстрому росту при воздействии на них физической нагрузки; электрическая стимуляция мышцы, удерживаемой в растянутом состоянии, также способствует как удлинению мышцы за счет добавления новых последовательных саркомеров в волокне, так и увеличению ее поперечного сечения за счет добавления саркомеров, расположенных параллельно существующим (Gold-spink et al., 1992). Этот подход в сочетании с использованием полимеразной цепной реакции с обратной транскриптазой (RT—PCR) со специфическими праймерами обнаружил две различные мРНК (Yang ct al., 1996), последующее клонирование и секвенирование которых позволило идентифицировать их как продукты транскрипции гена IGF-I, образовавшиеся в результате альтернативного синтеза (Yang et al., 1996). Один из них — IGF-IEa был также обнаружен в покоящейся мышце и соответствует транскрипту, экспрессия которого происходит в печени. Второй, не обнаруженный в покоящейся мышце — это IGF—IEb.

Применение стандартной терминологии, сформировавшейся в ходе исследований ИФР-1 в печени, для других тканей является довольно проблематичным и поэтому варианту ИФР-1, обнаруженному в мышцах, было дано название механический фактор роста, или МФР (mechano growth factor, MGF), которое отражает его выраженную регуляцию механическими стимулами (Yang et al., 1996). От обычной изоформы ИФР-1, синтез которой происходит в печени, этот вариант отличается аминокислотной последовательностью участка на карбоксильном конце белка. Дополнительная проблема связана с тем, что МФР может рассматриваться как IGF-Ib у крысы и как IGF-Ic в соответствии с классификацией, основанной на исследовании клеток гематомы (Chew et al., 1995), у человека. В мышцах человека был также обнаружен дополнительный транскрипт, получивший название IGF-lb (Hameed et al., 2004), который, однако, отличается от IGF-lb крысы. Таким образом, становится очевидным, что несмотря на определенное сходство вариантов ИФР-1, экспрессирующихся в мышцах, и изоформ печени их следует характеризовать отдельно.

Механический фактор роста

Кроме зависимости экспрессии МФР от механической активности мышцы, было отмечено, что Е-компонент этого фактора содержит вставку, которая изменяет открытую рамку считывания. Аминокислоты кодируются комплексами нуклеотидных оснований и поэтому любая вставка, длина которой не кратна 3, будет изменять расположенную за ней кодирующую структуру. У крыс обнаружена вставка длиной 52 пары нуклеотидов, а у человека — 49 пар нуклеотидов. Это имеет важные функциональные последствия, поскольку структура на З’-конце мРНК кодирует различные пептидные структуры на карбоксильном конце белковой молекулы, которые отвечают за ее узнавание связывающими белками. Кроме того, в случае МФР структура на С-конце молекулы (которую кодируют 5-й и 6-й экзоны) действует как другой фактор роста, соединенный с пептидом, который связывается с рецептором ИФР-1 (которую кодируют 3-й и 4-й экзоны). Показано, что изолированный Е-компонент индуцирует деление одноядерных миобластов и, следовательно, активирует спутничные (стволовые) мышечные клетки, принимающие участие в гипертрофии и восстановлении мышц (Yang, Goldspink, 2002). МФР не гликозилируется и существуют доказательства того, что в свободном виде, т. е. вне комплекса со связывающим белком, который может иметь внутриклеточную локализацию, продолжительность его существования очень коротка, поэтому МФР может рассматриваться как аутокринный/паракринный или местный ростовой фактор, который вырабатывается в периферических тканях в ответ на механические стимулы и оказывает свое воздействие на те мышечные волокна, в которых он вырабатывается. Таким образом, МФР является сигнальной молекулой, занимающей важное место в локальной регуляции роста мышечной ткани.

Активные мышцы вырабатывают системный ИФР-1

Как отмечалось выше, IGF-IEa также экспрессируется в скелетной мышце и в ряде других тканей. По своей последовательности он похож на основную изоформу, вырабатываемую в печени, что позволяет предполагать наличие у него системного действия. Вместе с тем в мышцах происходит экспрессия, по крайней мере, двух главных связывающих белков системной формы ИФР-1, которая подобно экспрессии IGF-IEa имеет тенденцию к усилению под действием физической нагрузки. Если IGF-IEa, вырабатываемый мышцами, образует комплексы с этими связывающими белками в межклеточном матриксе и в сыворотке, тогда можно ожидать, что он будет оказывать больший эффект на те мышцы, которые его продуцировали, по сравнению со всеми остальными, а его действие может рассматриваться как аутокринное и паракринное, а также эндокринное.

Кроме различий в структуре С-концевого участка молекулы, МФР отличается от IGF-IEa и по кинетике экспрессии. Было показано, что у крыс в ответ на упражнения силовой направленности экспрессия мРНК МФР происходит раньше, чем мРНК IGF-IEa (Haddad, Adams, 2002). Эти результаты подтверждаются также тем, что у крыс после повреждения мышечной ткани волнообразная секреция МФР происходит па протяжении нескольких дней, в то время как повышенный уровень экспрессии IGF-IEa, увеличение которого наблюдается после снижения уровня МФР, сохраняется в течение более длительного срока (Hill, Goldspink, 2002).

ИФР-1 и его варианты в мышечной ткани человека

При исследовании молодых мужчин, призванных в армию, после 7 дней интенсивной физической нагрузки, включавшей участие в марш-броске и учениях, у них было обнаружено увеличение иммунореактивного ИФР-1 в мышцах (Hellsten et al., 1996). В другом исследовании у лиц старшего возраста после выполнения программы силовой тренировки продолжительностью 12 недель методом иммуногистохимии в четырехглавой мышце бедра было установлено увеличение уровня ИФР-1 па 500 % (Singh et al., 1999). Программа силовой тренировки включала 3 этапа по 8 повторений упражнений для мышц — разгибателей бедра и колена с нагрузкой 80 % от определявшегося в недавнее время 1 повторного максимума (1ПМ) 3 раза в неделю. Очевидно, тип физической тренировки, когда активным мышцам приходится преодолевать значительную нагрузку, приводит к их гипертрофии. Однако исследования изменений отдельных вариантов ИФР-1 не проводились. Недавно с применением количественной оценки методом ПЦР в реальном времени (real-time PCR) был определен уровень МФР и IGF-IEa вскоре (через 2,5 ч) после однократного выполнения упражнения для мышц — разгибателей колена с высокой интенсивностью. В этом исследовании участники выполняли 10 по 6 повторений упражнения с нагрузкой 80 % 1ПМ (Hameed et al., 2003а). У молодых лиц после выполнения упражнения с отягощением наблюдалось достоверное повышение уровня мРНК МФР, однако у лиц старшего возраста никаких изменений обнаружено не было. Кроме того, в этой же временной точке ни в одной из групп изменений уровня мРНК IGF-IEa не выявлено. Эти результаты интересны тем, что они в целом согласуются с результатами экспериментов на животных, в которых было показано возрастание уровня МФР перед изменениями IGF-IEa, что свидетельствует о различной регуляции этих изоформ. Не было обнаружено никакой связи с содержанием различных изоформ тяжелых цепей миозина в составе мышечного волокна, однако заслуживает внимания тот факт, что у участника исследований с наибольшим повышением уровня МФР в мышцах экспрессировалась преимущественно изоформа тяжелой цепи миозина MHC-IIX. Упражнения с отягощениями включают концентрический и эксцентрический компоненты, и недавно появилось сообщение о повышении содержания мРНК ИФР-1 в мышцах через 48 ч после одноразового выполнения эксцентрических (но не концентрических) сокращений (Bamman et al., 2001). Нами были проведены аналогичные исследования и мы снова обнаружили через 2,5 ч после выполнения упражнений на велотренажере эксцентрического типа достоверное увеличение уровня МФР (но не IGF-Iea). Эксцентрические упражнения общей продолжительностью 60 мин заключались в педалировании па велотренажере в обратную сторону со ступенчатым изменением нагрузки: 0-6 мин — 50 %; 6-12 мин — 75 %; 12-20 мин -100%; 20-25 мин — 130%; 25-40 мин — 100%; 40—60 мин — 75 % — нагрузки, соответствующей предварительно определенной V02max при концентрическом сокращении (Hameed et al., 2003b). Таким образом, возможно, что в упоминавшейся выше работе (Bamman et al., 2001) авторы в этой более поздней временной точке обнаружили увеличение IGF-IEa, но не МФР.

Тогда как ключевая роль механической активности в регуляции локального уровня экспрессии ИФР-1 является очевидной, остается неясным вопрос о существовании какой-либо еще регуляции со стороны других гормонов, особенно СТГ. О существовании та
ой возможности говорят результаты проведенного недавно лонгитудинального исследования взаимосвязи между эффектами применения экзогенного СТГ и занятий силовыми упражнениями у пожилых людей. Участники исследования, возраст которых составлял 74 ± 1 год, выполняли программу занятий силовой тренировки с применением плацебо либо рекомбинантного СТГ (рСТГ), либо применяли рСТГ без занятий физическими упражнениями. Программа силовой тренировки включала три различных упражнения для мышц нижних конечностей: жим ногами, разгибание ног в коленях в положении сидя и сгибание ног в коленях в положении сидя. Занятия проходили три раза в неделю и состояли из 3—5 подходов по 8—12 ПМ для каждого упражнения. В группе лиц, применявших только рСТГ, через 5 недель приема препарата изменений уровня мРНК МФР не выявлено, при этом уровень мРНК IGF-IEa повышался на 237 %. В группе, занимавшейся выполнением силовых упражнений в течение 5 недель, наоборот, установлено значительное повышение экспрессии МФР на 163 % и в меньшей степени IGF—IEa (на 68 %). Однако в случае применения рСТГ в сочетании с занятиями физическими упражнениями повышение уровня МФР было наибольшим — 456 %. Эти данные позволяют сделать вывод, что применение экзогенного СТГ приводит к стимуляции транскрипции гена IGF-I в общем, независимо от синтеза, который приводит к появлению вариантов первичных форм ИФР-1. В отсутствие силовой тренировки в результате синтеза образуется преимущественно изоформа IGF-IEa, однако при воздействии па мышцу физической нагрузки синтез происходит таким образом, что образуется МФР.

Более того, в этом исследовании был обнаружен и клонирован еще один вариант мРНК ИФР-1 — IGF-IEb. Функции этой третьей изоформы, выделенной из мышц, пока не установлены.

Строение ИФР-1

Белки семейства ИФР-1 представлены одной полипептидной цепью примерно из 70 аминокислотных остатков. Их стртуктура является не только результатом альтернативного синтеза мРНК гена IGF-I, как и в случае инсулина исходная структура ИФР-1 подвергается посттрансляционным изменениям. Первичная структура ИФР-1 обладает достаточным сходством с таковой проинсулина (43 % гомологии последовательности), в ее состав также входит N-концевой В-компонент, отделенный от А-компонента коротким соединительным С-компонентом. Однако в отличие от проинсулина последовательность ИФР-1 длиннее за счет размещенных на ее С-конце дополнительных компонентов D и Е (Lowe et al., 1988).

Третичная структура ИФР-1 первоначально была предсказана с помощью компьютерного моделирования. При этом в качестве основы была использовала трехмерная структура кристаллического инсулина, построенная на основании данных рентгеноструктурного анализа. Как уже отмечалось, ИФР-1 несколько длиннее инсулина, тем не менее их рецепторные компоненты обладают большим сходством и используются в качестве основы для моделирования структуры конформации белковых молекул ИФР-1 и ИФР-11. При предсказании третичной структуры ИФР-1 особенно важным фактом была консервативность цистсинового и глицинового остатков у ИФР-1 и проинсулина. В молекуле ИФР-1 также сохранен характерный гидрофобный кор инсулина: А2 Не, А16 Leu, В12 Val, В15 Leu и В24 Phe. Наиболее явные отличия между ИФР-1 и инсулином заключаются в последовательности С-компонента. Дополнительный С-концсвой участок, обеспечивающий разнообразие вариантов ИФР-1, образующихся в результате альтернативного синтеза, придает им специфические свойства, которые определяют их биологическую активность. Наряду с инсулиновым гидрофобным кором молекула ИФР-1 содержит три дисульфидных мостика, определяющих ее трехмерную структуру. Вместе с тем присутствие дисульфидных связей в молекуле ИФР-1 затрудняет искусственный химический синтез ИФР-1, поскольку для обеспечения нативной функциональной структуры и стабильности необходимо наличие всех трех S—S связей (Narhi et al., 1993).

Клеточные эффекты ИФР-1 опосредуют клеточные рецепторы

Биологическая активность любого гормона зависит от способности клеток-мишеней отвечать па сигналы из внеклеточного пространства. Эту функцию обеспечивают клеточные рецепторы, а также пострецепторные механизмы. Предполагается, что молекулы ИФР-1 и ИФР-И взаимодействуют с рецептором ИФР-1 (IGF-IR), который обладает структурным и функциональным сходством с рецептором инсулина (IR), уровень которого составляет более SO % содержания аминокислотной структуры. Несмотря на такое сходство, ИФР-1 связывается с IR исключительно в фармакологических лозах. Это обусловлено главным образом различиями в степени сродства, которое у ИФР-1 для IFR-IR на два порядка выше, чем для IR. ИФР-11 помимо связывания с IFR-IR способен связываться с высокой чувствительностью с другим рецептором, имеющим название IGF-IIR.

IGF-1R представляет собой тирозин-специфическую протеинкиназу с участком связывания гормона, расположенным на внешней поверхности клеточной мембраны. Считают, что этот рецептор опосредует большую часть воздействий ИФР-1 на скелетную мышцу. Например, IGF-IR участвует в регуляции потребления аминокислот и гексоз в камбаловидной мышце крысы (Yu, Czech, 1984), мышечных клетках ВСЗН1 (De Vrocde ct al., 1984) и синтезе ДНК в миосатсллитоцитах (клетках-спутниках) цыплят (Duclos ct al., 1991). Таким образом, рецептор ИФР-1 опосредует несколько различных эффектов ИФР-1, таких, как стимуляция потребления аминокислот, пролиферация, дифференциация и подавление разрушения белков (Ewton et al., 1987).

Механизмы передачи сигнала ИФР-1 усложняются вследствие существования гибридных рецепторов, которые формируются в результате димеризации мономеров рецепторов IGF-IR и IR. Каждый гибридный рецептор содержит по одной а- и β-субъединице, которые соединены дисульфидлыми связями. В определенных условиях такие гибридные рецепторы моще превосходить по количеству гоморецепторные молекулы на поверхности клетки (см. обзор Le Roith, Roberts, 2003). Такие гибридные рецепторы IGF-IR/IR связывают с высокой степенью сродства ИФР-1, в то же время их сродство к инсулину существенно снижено. Причиной может быть способность ИФР-1 связываться с какой-либо одной а-субъединицей рецептора IGF-IR, в то время как для эффективного связывания инсулина необходимо его взаимодействие с обеими β-субъединицами рецептора IR.

Следует отметить, что среди известных мышечных ростовых факторов ИФР-1 обладает уникальной способностью стимулировать и пролиферацию и терминальную дифференциацию постмитотических мышечных клеток. Такой эффект может быть обусловлен существованием в мышечной ткани различных вариантов ИФР-1. Было также показано, что различные варианты ИФР-1 имеют различную функцию в пролиферации и дифференциации миобластов (Yang, Goldspink, 2002). Показано также, что осуществление этих различных функций альтернативных вариантов ИФР-1 происходит при участии различных рецепторов.

ИФР-1-связывающие белки

Роль специфических связывающих белков в регуляции аутокринных и паракринных эффектов системы ИФР становится все более очевидной (Florini et al., 1996; Damon et al., 1997). Среди 7 описанных к настоящему моменту ИФР-связывающих белков (IGFBP) четыре (IGFBP-2, 4, 5, 6) вырабатываются различными клеточными элементами миобластов, тогда как в скелетных мышцах человека зрелого возраста происходит экспрессия только IGFBP-4, 5, 6 (Florini et al., 1996; Putzer et al., 1998). Предполагалось, что IGFBP являются элементом общей системы регуляции ИФР, однако их экспрессия в скелетных мышцах оказывает определенный эффект на удержание ИФР-1 в тканях. В свободном состоянии ИФР-1 имеет очень небольшое время существования и IGFBP рассматривались первоначально в качестве транспортных белков для переноса ИФР в системе кровообращения. Однако при экспрессии в мышечной ткани ИФР-связывающие белки модулируют эндокринное, а также локальное действие ИФР-1 (Mohan et al., 1996). Какое действие IGFBP оказывают на тканевом уровне — точно не известно, однако предполагается, что они стабилизируют ИФР-1 и увеличивают его локальную биологическую доступность (Jones, Clemmons, 1995; Mohan et al., 1996; Clemmons et al., 1998).

Показано, что после ишемической травмы происходит повышение уровня мРНК и белка ИФР-1 и IGFBP (Jcnnische, Hall, 2000). С помощью гибридизации in situ было установлено, что экспрессия IGFBP-5 происходит только в регенерирующих мышечных клетках, в то время как IGFBP-4 экспрессируется также и в соединительной ткани (Boes et al., 1992). Показано влияние механических нагрузок либо их отсутствия на регуляцию экспрессии в мышечной ткани некоторых связывающих белков. Так, например, у мыши физические нагрузки мышц приводят к увеличению экспрессии мРНК IGFBP-4 и снижению количества мРНК IGFBP-5 (Awcde et al., 1999), и наоборот, отсутствие физической нагрузки мышц приводит к снижению уровня мРНК IGFBP-5, однако не влияет на содержание мРНК IGFBP-4. Предполагается, что эти ИФР-связывающие белки опосредуют эффекты ИФР-1 с помощью регуляции концентрации этого фактора роста в свободном состоянии, а также путем конкуренции с рецепторами ИФР-1 за связывание с фактором роста (Awede et al., 1999). В настоящее время проводятся также исследования, направленные на характеристику специфических связывающих белков для МФР, которые отличаются по своим свойствам от связывающих белков других вариантов ИФР-1.

Биологические эффекты различных вариантов ИФР-1, образующихся в результате альтернативного синтеза

Все виды ИФР-1, образованные в результате альтернативного синтеза, имеют одинаковый компонент связывания с рецептором, который кодируют 3-й и 4-й экзоны гена IGF-I. Этот компонент, по-видимому, и является основой для анаболических эффектов ИФР-1. Это было убедительно продемонстрировано многочисленными исследованиями in vitro, в которых было показано, что воздействие ИФР-1 приводит к увеличению диаметра мышечных клеток, подавлению деградации белков, увеличению потребления аминокислот и стимуляции биосинтеза белка (Ewton et al., 1987; Vandenburg et al., 1991; Florini et al., 1996; Semsarian et al., 1999; Bodinc ct al., 2001; Rommel et al., 2001). Образование ИФР-1 во время гипертрофии мышц было показано на нескольких моделях животных, включая гипертрофию, индуцированную растягиванием мышц. Например, у крыс гипертрофия, индуцированная тенотомией (рассечением сухожилия), сопровождалась повышением образования мРНК ИФР-1 в мышцах (Schlechter et al., 1986; Czerwinski ct al., 1994), a также трехкратным ростом мРНК ИФР-1 о камбаловидной и подошвенной мышцах у крыс в возрасте 11 — 12 недель (DeVoI et al., 1990). В последней работе для исследований были использованы крысы с удаленным гипофизом, что позволило также установить СТГ-независимый характер наблюдавшегося увеличения образования мРНК ИФР-1 в мышцах. Дальнейшие исследования, в которых использовали похожую модель функциональной нагрузки мышц у нормальных крыс и крыс с удаленным гипофизом, показали, что уровень мРНК и белка ИФР-1 повышался в мышцах еще до заметного проявления гипертрофии и оставался повышенным на протяжении всего процесса гипертрофии до 28 дней (Adams, Haddad, 1996). В другом исследовании, где использовали тренировку на тредмиле крыс с подавленной секрецией СТГ, уровень мРНК и белка ИФР-1 возрастал на 55 и 250 % соответственно (Zanconato et al., 1994). Более того, чрезмерное образование (Coleman et al., 1995) или прямая инъекция (Adams, McCuc, 1998) ИФР-1 в мышцы приводила к гипертрофии, тогда как ингибирование внутриклеточных компонентов сигнальной системы, связанной с активацией эффектов ИФР-1, позволяла предотвратить такую реакцию мышц (Bodine et al., 2001). Исследование влияния сверхэкспрессии ИФР-1 в локальных тканях на процессы атрофии мышц задней конечности, индуцированные отсутствием физической нагрузки, показали, что чрезмерное образование ИФР-1 в мышцах трансгенных мышей не позволяет предотвратить атрофию, связанную с отсутствием нагрузки (Criswell et al., 1998).

Генетические манипуляции ИФР-1 в мышцах

Трансгенные мыши, у которых в организме происходит чрезмерное образование гена IGF-I, были получены в нескольких лабораториях. В первых экспериментах подобного рода, где использовали мышей с чрезмерным образованием гена СТГ, сообщалось о возрастании на 30 % мышечной массы и увеличении плотности костной ткани (Mathews et al., 1988). Вначале в этих экспериментах использовали металотионеиновый стимулятор, который при активации приводил к увеличению экспрессии ИФР-1 в большинстве тканей организма. Затем для создания трансгенных животных использовали генетические конструкции на основе регуляторных элементов, активация которых специфически происходит в мышцах, в частности стимулятора а-актина (Coleman et al., 1995). Несмотря на то что у таких мышей существенного повышения уровня ИФР-1 в сыворотке крови не происходило, у них наблюдалось существенное увеличение мышечной массы. В дальнейшем той же группой исследователей

Видео по теме

Эндокриная система, спорт и двигательная активность.
Перевод с англ./под ред. У.Дж. Кремера и А.Д. Рогола. — Э64
Издательство: Олимп. литература, 2008 год.