ИРФ-II: роль и место в семействе регуляторных пептидов
Изучение ИРФ-II - регуляторного пептида, идентифицированного как аналог инсулина , а структурно наиболее близкого к ИРФ-I , - выявило его уникальные биологические свойства и позволило установить неожиданные закономерности его эволюции. Однако в конечном итоге возникли новые непростые вопросы о его биологическом действии - вопросы, ставящие под сомнение некоторые положения уже сложившихся представлений о гомологии в лиганд-рецепторных взаимодействиях и о путях реализации биологических эффектов родственных регуляторных пептидов.
Три аспекта в исследованиях ИРФ-II, выделяющие его из группы родственных регуляторных пептидов, обращают на себя особое внимание: это особенности взаимодействия его с рецепторами и преимущественное регуляторное влияние в эмбриогенезе , а также особенности его филогенеза.
Сходство между ИРФ-II и ИРФ-I по структуре и биологическому действию определенное время заслоняло различие их биологических свойств и характерные особенности ИРФ-II. Структурные отличия ИРФ-II и ИРФ-I минимальны: ИРФ-II и ИРФ-I - пептиды-близнецы с высокой степенью гомологии первичной аминокислотной последовательности как целой молекулы, так и участков молекул, определяющих функциональную роль пептидов, т. е. рецепторсвязывающих доменов ( Sakano K.I. et al., 1991 , Bach L.A. et al., 1992 , Blundell T.L. et al., 1983 ). Тем не менее необычное двухполюсное строение рецепторсвязывающего домена молекулы ИРФ-II придает пептиду исключительные связывающие свойства, позволяющие ему в пределах физиологических концентраций специфически взаимодействовать с тремя видами рецепторов ( рецепторами ИРФ-I , рецепторами ИРФ-2 и рецепторами инсулинa ) ( Le Roith D. et al., 1993 ).
Однако самая парадоксальная особенность, не объяснимая до сих пор с точки зрения классических представлений, состоит в том, что наивысшим сродством и избирательностью к ИРФ-II обладают мембранные рецепторы ИРФ-2, которые не участвуют в его основном биологическом действии: ростовые эффекты ИРФ-II реализуются рецепторами ИРФ-I, едиными для ИРФ-II и ИРФ-I ( Baker J. et al., 1993 , Liu J.P. et al., 1993 , Yang Y.W.-E. et al., 1991 , Kiess W. et al., 1988 , Conover C.A. et al., 1986 ).
Универсальные связывающие способности ИРФ-II и феномен несовпадения связывающей и биологической активностей пептида затрудняют правильное понимание путей реализации его биологического действия, в силу чего представление о функции ИРФ-II складывалось в несколько этапов.
Все вызываемые эффекты первоначально рассматривались как результат взаимодействия ИРФ-II с ИРФ-2-рецепторами ( Froesch E.R., 1985 ). С установлением факта структурной идентичности рецептора ИРФ-2 и кнМ6Ф-рецептора , первичная функция которого не предполагает проведения регуляторного сигнала, постепенно утвердилось мнение, что по крайней мере митогенная активность ИРФ-II реализуется без участия рецепторов М6Ф/ИРФ-2 , а исключительно рецепторами ИРФ-I ( Baker J. et al., 1993 , Liu J.P. et al., 1993 ).
Актуальным представляется и вопрос, исчерпывается ли биологическое действие ИРФ-II только ростовыми эффектами или взаимодействие с рецептором М6Ф/ИРФ-2 может вызывать какие-то другие эффекты? Пока же окончательно не удалось решить, возможно ли в принципе проведение сигналов ИРФ-II с участием рецепторов М6Ф/ИРФ-2.
Не меньший интерес, чем пути реализации биологического действия ИРФ-II, представляет собою вопрос об особенностях его физиологического действия в организме, который является предметом более широкой проблемы - проблемы функциональной необходимости в дополнительном ростовом факторе (ИРФ-II) с регуляторными эффектами, аналогичными для ИРФ-I. Два родственных ростовых фактора - ИРФ-II и ИРФ-I, присутствующие в крови, регулируют митогенные процессы главным образом паракринным и аутокринным путем в основном на ранних этапах развития организма. Несомненно, что основное биологическое действие ИРФ-II такое же, как и ИРФ-I, поскольку оно реализуется одним рецептором. Следовательно, принципиальные отличия в действии ИРФ-II и ИРФ-I в организме определяются не столько их структурой, сколько всем комплексом биологических условий, начиная с различий в организации генов ИРФ-II и ИРФ-I и регуляции их экспрессии, влияния СБ и растворимой формы рецептора ИРФ-2 , а также массой других условий, обеспечивающих тканевые механизмы действия каждого из пептидов. Так, противоположный эффект гормона роста на экспрессию генов ИРФ-II и ИРФ-I приводит к существенным отличиям в экспрессии пептидов в различных тканях и особенно на разных этапах развития, а следовательно, и в их действии как ростовых факторов ( Unterman T.G. et al., 1993 , Straus D.S. et al., 1991 , Hazel Z., Tannenbaum C.S., 1992 ).
Более определенно сформулировать отличия функциональной роли ИРФ-II и ИРФ-I, по-видимому, будет возможно после детального анализа механизмов их действия в онтогенезе. Богатый экспериментальный материал указывает на то, что как ростовой фактор ИРФ-II, скорее всего, наиболее активен в эмбриональном периоде, о чем свидетельствуют не только появление ИРФ-II уже в зиготе и наивысший уровень экспрессии его в эмбриональных тканях, но также и состояние рецепторного звена эмбриональных тканей ( Heyner S. et al., 1989 , Telford N.A. et al., 1990 ). Обращает на себя внимание то обстоятельство, что концентрации всех рецепторов, с которыми взаимодействует ИРФ-II, в эмбриональных тканях значительно выше, чем в зрелых ( Чистякова О.В. и др., 1995 , Sklar M.M. et al., 1992 , Levy M.J. et al., 1992 ).
Представления об ИРФ-II в ходе филогенеза пока неполны, но уже сейчас ясно, что эволюция его своеобразна и отличается от эволюции группы родственных пептидов. Период эволюции ИРФ-II главным образом на этапах возникновения гена, кодирующего ИРФ-II (общий с ИРФ-I и инсулином ) совпадает с начальным периодом эволюции отряда позвоночных. Предполагается, что появление второго гена ИРФ обусловлено модификациями анцестрального гена, подобного обнаруженному у ланцетника гену гибридного пептида, родственного инсулину, имеющего структурные признаки инсулина и инсулиноподобных факторов роста, которые, по-видимому, в ходе ступенчатой дивергенции привели к появлению сначала у круглоротых двух раздельных генов - гена инсулина и единственного гена ИРФ, а затем у рыб к появлению уже трех родственных генов - кроме гена инсулина еще двух разных генов ИРФ, один из которых имеет признаки структурного сходства с геном ИРФ-II млекопитающих ( Chart S.J. et al., 1992 , Nagamatsu S. et al., 1991 , Shamblott M.J., Chen T.T., 1992 ).
Отличительными особенностями эволюции ИРФ-II является формирование его способности и появление возможности взаимодействовать в тканях с рецептором ИРФ-2 . Следует подчеркнуть, что рецептор М6Ф/ИРФ-2 в филогенезе - это особая форма кнМ6Ф-рецептора , выявляемая исключительно в тканях млекопитающих ( Yang Y.W.-E. et al., 1991 ). Главная его особенность - бифункциональность - обусловлена наличием дополнительного связывающего места, т. е., кроме первичной способности рецептора взаимодействовать с энзимами, включающими М6Ф-остатки, он связывает (с высоким сродством и избирательностью) еще и ИРФ-II ( Rornfeld S., 1992 , Braulke T. et al., 1988 ).
В то же время структурноподобные кнМ6Ф-рецепторы амфибий и птиц взаимодействуют только с ферментами, гликозилированными М6Ф, и не взаимодействуют с ИРФ-II ( Confield V.M., Kornfeld S., 1989 , Bassas L., Girhau M., 1990 , Clairmont K.B., Czech M.P., 1989 ). Связывание с рецептором М6Ф/ИРФ-2 является отличительным признаком ИРФ-II, и поэтому используется как функциональный критерий для выявления активного ИРФ-II в филогенезе ( Daughaday W.H. et al., 1985 ).
Происхождение ИРФ-II следует, видимо, отнести к моменту образования двух генов ИРФ у рыб, хотя продукт второго гена ИРФ у форели функционально не вполне идентичен ИРФ-II млекопитающих, поскольку он плохо связывается с рецептором М6Ф/ИРФ-2 млекопитающих ( Uplon Z. et al., 1997 ).
Активный пептид, способный специфично взаимодействовать с М6Ф/ИРФ-2-рецептором млекопитающих, обнаруживается в плазме амфибий и птиц ( Daughaday W.H. et al., 1985 ). В то же время в тканях этих животных рецепторы, подобные М6Ф/ИРФ-2-рецепторам, отсутствуют ( Confield V.M., Kornfeld S., 1989 , Bassas L., Girhau M., 1990 ). КнМ6Ф-рецептор из тканей амфибий и птиц неспособен взаимодействовать с ИРФ-II ( Yang Y.W.-E. et al., 1991 , Clairmont K.B., Czech M.P., 1989 ). Митогенное действие и ИРФ-II и ИРФ-I у низших позвоночных, так же как и у млекопитающих, опосредуется рецепторами ИРФ-I ( Janicot M. et al., 1991 ). Не известно, отличаются ли функциональные роли ИРФ-II и ИРФ-I у низших позвоночных, каким образом и в какой период происходит их функциональная дивергенция. Скорее всего, новое функциональное назначение ИРФ-II получает только у млекопитающих со скачкообразным возникновением у них новой формы кнМ6Ф-рецептора - рецептора М6Ф/ИРФ-2, чувствительного к ИРФ-II, что, возможно, сказывается на ростовой эффективности последнего.
Биологический же смысл появления способности именно у кнМ6Ф-рецептора млекопитающих взаимодействовать с ИРФ-II пока не понятен. Сводится ли их взаимодействие только к инактивации фактора или же М6Ф/ИРФ-2-рецептор участвует в проведении определенных эффектов ИРФ-II, окончательно не выяснено. Тем не менее отличительная характеристика ИРФ-II - взаимодействие с рецептором М6Ф/ИРФ-2 исключительно в тканях млекопитающих - позволяет говорить об ИРФ-II как о регуляторном пептиде, занимающем в организме этих животных особое место.
Таким образом, представление о функциональной роли ИРФ-II как ростового фактора, действующего на эмбриональных стадиях развития млекопитающих, в общих чертах сложилось, и все же неопределенность в понимании механизма проведения его сигналов рецепторами М6Ф/ИРФ-2 не позволяет пока в полной мере определить место ИРФ-II в семействе родственных регуляторных пептидов.
