Группе российских ученых из МФТИ и ИБХ РАН удалось выяснить различия структуры мембранных доменов в семействе рецепторов инсулина, а также объяснить факторы, влияющие на их функционирование. Полученные знания открывают перспективы для разработки новых таргетных методов лечения ряда хронических заболеваний, в том числе эндокринных и нейродегенеративных. Исследование представлено в International Journal of Molecular Sciences.
Группа рецепторов инсулина играет важную роль при передаче межклеточных биохимических сигналов через мембрану клетки (толщиной всего 4 нм) для многих физиологических процессов. Аномальная активность инсулиновых рецепторов может . быть сигналом патологий человека, включая диабет, рак и нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера. Точные знания о молекулярных механизмах работы этих рецепторов в клеточных липидных мембранах и их «поломках» дадут ключ к созданию более совершенных целенаправленных лекарств.
Рецепторы инсулинового семейства обладают удивительным отличием: имея очень схожее между собой уникальное строение, отличное от других рецепторов с тирозинкиназной активностью, данные рецепторы сильно различаются по своим функциям и расположению в органах и тканях организма человека. От чего это зависит и чем обусловлено?
Научный коллектив ученых из Московского физико-технического института и Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН с коллегами из московских медицинских центров провел сравнительное исследование всех трех представителей рецепторов InsR, IGF1R и IRR инсулинового семейства с применением спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопии) высокого разрешения и атомистического компьютерного моделирования.
«В результате опытов нам удалось установить, что вариативность структурно-динамических свойств трансмембранных доменов в инсулиновых рецепторах и их характера взаимодействия с окружающими липидами существенно различаются у представителей семейства. В частности, мы зафиксировали, что именно рецептор IRR, не имеющий собственного белкового лиганда, отличается высокой подвижностью трансмембранного домена, в результате которой у рецептора, по-видимому, наблюдается повышенная чувствительность к липидному составу мембраны и окружающей клетку среде, например защелачиванию. Реакция на слабощелочную среду — уникальная черта IRR, которой не обладают другие рецепторы инсулинового семейства. Раннее моими коллегами было показано, что он является сенсором внеклеточного рН и его функция — регуляция кислотно-щелочного баланса почками в организме. В целом выдвинутая нами обобщенная молекулярная модель конформационных перестроек и межмолекулярных взаимодействий при активации рецепторов инсулинового семейства учитывает сложное и постоянно меняющееся окружение клеточной мембраны», —рассказал Эдуард Бочаров, доцент кафедры биофизики МФТИ, заведующий лабораторией биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН.
По мнению авторов работы, предложенная модель передачи сигналов рецепторами через мембрану клетки открывает перспективы для разработки новых таргетных методов лечения нейродегенеративных, эндокринных и онкологических заболеваний. Все они связаны с дисфункцией рецепторных тирозинкиназ в организме человека.
Модель передачи сигналов инсулиновыми рецепторами через мембрану клетки. © Эдуард Бочаров
В настоящее время коллектив продолжает исследовать различные мембранные рецепторы методами биофизики и структурной биологии, изучая в том числе молекулярные механизмы патогенеза, обусловленные онкогенными мутациями.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-44-10021).
