Проинсулин является прогормоном- предшественником инсулина , вырабатываемым в бета-клетках островков поджелудочной железы , специализированных областях поджелудочной железы . У человека проинсулин кодируется геном INS . [1] [2] Островки поджелудочной железы секретируют только от 1% до 3% интактного проинсулина. [3] Однако, поскольку проинсулин имеет более длительный период полураспада, чем инсулин, на его долю может приходиться от 5 до 30% инсулиноподобных структур, циркулирующих в крови. [3] Концентрация проинсулина выше после еды и ниже, когда человек голодает. [3] Кроме того, хотя проинсулин и инсулин имеют структурные различия, проинсулин демонстрирует некоторое сродство к рецептору инсулина . Из-за относительного сходства структуры проинсулин может производить от 5% до 10% метаболической активности, аналогично индуцируемой инсулином. [3]
Проинсулин представляет собой окончательную одноцепочечную белковую структуру, секретируемую клетками перед расщеплением на зрелый инсулин. [4] Проинсулин был открыт профессором Дональдом Ф. Штайнером из Чикагского университета в 1967 году. [5]
Проинсулин у человека состоит из 86 остатков (81 у коров) [6] и состоит из трех отдельных цепей. [7] Цепь A, цепь B и область, соединяющая их, называется пептидом C. [7] Правильная структура проинсулина имеет решающее значение для правильного сворачивания зрелого инсулина, поскольку размещение пептида C заставляет молекулу создавать правильно расположенные дисульфидные связи внутри и между цепями A и B. [7] [8] Есть три дисульфидные связи, которые необходимы для того, чтобы зрелый инсулин имел правильную структуру. Две из этих дисульфидных связей находятся между цепями А и В, а одна представляет собой связь внутри А-цепи. [7] Дисульфидные связи возникают между седьмыми остатками А- и В-цепи, 20-м остатком А-цепи и 19-м остатком В-цепи, а также 6-м и 11-м остатками А-цепи. [9]
Пептид С находится между цепями А и В проинсулина. [7] Соединение между цепью A и пептидом C гораздо более стабильно, чем соединение между пептидом C и цепью B, при этом альфа-спиральные особенности проявляются вблизи соединения пептида C и цепи A. [10] Соединение цепи C-пептида-А происходит между остатками 64 и 65 проинсулина. Это молекулы лизина и аргинина соответственно. [10] Соединение C-пептид-B-цепь находится между двумя остатками аргинина в положениях 31 и 32 проинсулина. [10]
Среди видов млекопитающих сохраняется значительная часть структуры проинсулина, при этом большая часть изменений остатков наблюдается от одного вида к другому, присутствующих в C-пептиде. [8] [11] Тем не менее, остатки пептида C, консервативные у разных видов, взаимодействуют с аналогично консервативными остатками в цепях A и B. [8] Таким образом, предполагается, что эти консервативные остатки важны для функциональности зрелого инсулина. [8]
Проинсулин синтезируется на мембраносвязанных рибосомах, расположенных на шероховатой эндоплазматической сети , где он сворачивается и его дисульфидные связи окисляются. Затем он транспортируется в аппарат Гольджи , где упаковывается в секреторные пузырьки и обрабатывается рядом протеаз с образованием зрелого инсулина . Зрелый инсулин содержит на 35 аминокислот меньше; 4 удаляются полностью, а оставшийся 31 образует С-пептид . С-пептид отделяется от центра последовательности проинсулина; два других конца (цепь B и цепь A) остаются соединенными дисульфидными связями. [ нужна цитата ]
Посттрансляционная модификация проинсулина в зрелый инсулин происходит только в бета-клетках островков поджелудочной железы. [12] Когда проинсулин транспортируется через аппарат Гольджи, С-пептид расщепляется. [9] Это расщепление происходит с помощью двух эндопротеаз. [13] Эндопротеазы типа I , PC1 и PC3, разрушают соединение C-пептида с цепью B. [13] PC2, эндопротеаза типа II, расщепляет связь C-пептид-А-цепь. [13] Полученная молекула, теперь уже зрелый инсулин, хранится в виде гексамера в секреторных везикулах и стабилизируется ионами до тех пор, пока не будет секретирована. [9]
Когда инсулин первоначально был очищен из поджелудочной железы крупного рогатого скота или свиньи , весь проинсулин не был полностью удален. [14] [15] Когда некоторые люди использовали эти инсулины, проинсулин мог вызывать реакцию организма сыпью, сопротивление инсулину или даже образование вмятин или уплотнений на коже в месте инъекции инсулина. Это можно охарактеризовать как ятрогенное повреждение из-за небольших различий между проинсулинами разных видов. С конца 1970-х годов, когда был внедрен высокоочищенный свиной инсулин, а уровень чистоты инсулина достиг 99%, это перестало быть значимой клинической проблемой. [16] Что касается их влияния на фармакокинетику инсулина, умеренные концентрации определенных инсулиновых антител могут иметь положительное преимущество для всех диабетиков без эндогенной секреции инсулина (например, для людей с диабетом 1 типа ), поскольку инсулинсвязывающие антитела эффективно увеличивают скорость клиренса и распределения инсулина. пространство и помогают продлить его фармакологический и биологический период полураспада. [17] [ нужны разъяснения ]
Исторически сложилось так, что многие метаболические заболевания, связанные с инсулином, были сосредоточены на зрелом инсулине. Однако в последние годы важность изучения структуры и функции проинсулина или соотношения проинсулин:инсулин [18] применительно к этим заболеваниям становится все более очевидной.
Повышенный уровень проинсулина в системе кровообращения по сравнению с концентрациями зрелого инсулина может указывать на надвигающуюся резистентность к инсулину и развитие диабета 2 типа . [19] Дополнительные проблемы с проинсулином, которые могут привести к диабету, включают мутации в количестве присутствующих цистеинов, которые могут повлиять на правильное сворачивание. [9] Если мутация вызывает лишь незначительные изменения, она может просто вызвать стресс у способности эндоплазматического ретикулума правильно сворачивать белок. [9] Этот стресс через некоторое время приведет к уменьшению количества β-клеток, вырабатывающих зрелый инсулин, а затем приведет к сахарному диабету. [9]
Постнатальный проинсулин имеет решающее значение для регуляции обмена веществ. Однако проинсулин у новорожденных важен для нормального развития глазных нервов, развития сердца и общего выживания эмбриональных клеток. [20] Регулирование концентрации проинсулина во время эмбрионального развития имеет решающее значение, поскольку слишком много или слишком мало пептида может вызвать дефекты и смерть плода. [20] До сих пор при изучении неонатального сахарного диабета к заболеванию приводят только мутации, связанные с изменением аминокислот, обнаруженные в домене B. [9]