Трансцитоз гормону IGF1 через гематоенцефалічний бар’єр Medicinesciences

Сільві Дюфлот * та Ігнасіо Торрес

трансцитоз

Лабораторія нейроендокринології, Інститут Кахаль, Calle Doctor Arce 37, 28006 Мадрид, Іспанія

Гормон росту IGF1 (інсуліноподібний фактор росту 1), що виробляється переважно печінкою, має хімічну структуру, дуже подібну до інсулінової. Цей гормон відіграє дуже важливу роль у зростанні клітин у дітей, а також відомий своїми анаболічними ефектами у дорослих. IGF1 модулює ріст судин [1], нейрогенез [2], збудження нейронів [3] та когнітивні функції [4]. IGF1, крім своєї активності як медіатор росту клітин, відіграє важливу роль у гомеостазі мозку.

Нещодавно ми показали [5], що активація нейронів, індукована електричною або поведінковою стимуляцією в різних областях соматосенсорної кори, призводить до збільшення концентрації IGF1 в активованих областях. Наявність антагоніста рецептора IGF1 у різних регіонах соматосенсорної кори зменшує інтенсивність нейрональної активації у відповідь на односторонню тактильну стимуляцію. Отже, наявність IGF1 посилює активацію нейронів, що може пояснити, чому концентрація цього гормону безпосередньо регулюється нейронами.

IGF1 інтерналізований через гематоенцефалічний бар’єр під час нейрональної стимуляції

Трансцитоз IGF1 у ендотеліальних клітинах гематоенцефалічного бар’єру

Одностороння стимуляція ділянок соматосенсорної кори активує мозковий кровотік і може дозволити проникненню більше IGF1. Зонд для мікродіалізу поміщали в соматосенсорну кору для збору крові та вимірювання рівня IGF1 там після стимуляції мишиних вібріс 1. Внутрікортикальна інфузія ТТХ (тетродотоксину), інгібітора нейрональної активності, пригнічує підвищення рівня IGF1, що утворюється в результаті стимуляції вібріс. Той самий ефект спостерігається після внутрішньокоркової інфузії інгібітора NO (оксид азоту) синтази, яка допомагає блокувати розширення судин. Отже, саме стимуляція активності нейронів у поєднанні зі збільшенням мозкового кровотоку лежить в основі надходження IGF1 в стимульовані ділянки мозку.

Для вивчення того, як IGF1 перетинає гематоенцефалічну мембрану, ми використовували систему в пробірці який відтворює характеристики цієї мембрани (Малюнок 1А). Пристрій містить верхню камеру (що відповідає просвіту капілярів) і нижню камеру (що відповідає мозковому потоку), де осідають нейрони. У верхній камері ендотеліальні клітини культивуються поверх шару астроцитів. Коли біотинільований IGF1 (bh-IGF1) додається до культурального середовища камер, ендотеліальні клітини, астроцити та нейрони інтерналізують його. Якщо bh-IGF1 додати до культурального середовища лише верхньої камери пристрою (еквівалент кровообігу), ця молекула виявляється в нейронах нижньої камери. Трансфекція домінантного негативу рецептора IGF1 у ендотеліальні клітини верхньої камери блокує трансцитоз (перехід у клітину) bh-IGF1. Отже, в нормальних умовах IGF1 зв’язується зі своїм ендотеліальним рецептором перед тим, як інтерналізуватися і транспортуватися через транцитоз до гліальних клітин (астроцитів).

Пристрій, що імітує діенцефальну мембрану в пробірці. AT. У двокамерній лунці, де верхня середина являє собою кровотік, а нижня середина - мозковий потік, спільна культура ендотеліальних клітин і астроцитів у верхній частині транспортує bh-IGF1, доданий в середині верхньої камери, до нижня частина, де вона буде узагальнена нейронами. B. Вестерн-блот показує присутність bh-IGF1 в екстрактах з нейронів лише тоді, коли bh-IGF1 додають до кокультури. bh-IGF1 : біотинільований людський інсулін, як фактор росту 1.

Показано, що імунопреципітація рецептора IGF1 в ендотеліальних клітинах пов'язана з LRP1 (білок, пов’язаний з рецептором ліпопротеїнів низької щільності 1), ліпопротеїн класу ЛПНЩ, здатний транспортувати молекули через ендотеліальну мембрану шляхом ендоцитозу. Блокування LRP1 невеликою заважаючою РНК (siRNA) значною мірою інгібує інтерналізацію bh-IGF1, вказуючи на те, що LRP1 дозволяє транспортувати IGF1, що комплексується, до свого рецептора в ендотеліальній мембрані.

У крові IGF1 майже завжди зв’язується з IGFBP3, специфічним зв’язуючим білком, який збільшує період його напіввиведення. Для того, щоб IGF1 потрапив у гематоенцефалічну мембрану, IGF1 повинен бути звільнений від зв’язуючого білка. Додавання IGFBP3 до культурального середовища у верхній камері пристрою, що імітує гематоенцефалічний бар’єр, зменшує кількість IGF1, інтерналізованого ендотеліальними клітинами. І навпаки, протеаза, така як PSA (специфічний для простати антиген), який розщеплює IGFBP3, стимулює трансцитоз IGF1 та його поглинання нейронами. Оскільки ПСА не виробляється в клітинах мозку, ми вивчали дію іншої протеази, виявленої в ендотеліальних клітинах, матрична металопротеїназа 9 (MMP9), який, як і PSA, стимулював трансцитоз. Цей ефект пригнічувався надлишком IGFBP3.

Вазоактивні медіатори, відповідальні за стимулювання інтерналізації IGF1

Висновок

Ці результати демонструють, як мозкова діяльність змушує IGF1 переходити з кровообігу в активні ділянки мозку. Саме модулюючи проникність гематоенцефалічної мембрани, активність нейронів дозволяє потрапляти IGF1 в мозок. Трансцитоз молекул гематоенцефалічною мембраною є найпоширенішим способом модуляції цього бар’єру. Принцип виглядає так: Активність нейронів вивільняє глутамат, який стимулює секрецію дифузійних медіаторів, таких як PGE2, EET та АТФ. Ці медіатори стимулюють активність MMP9, який вивільняє IGF1 з білка IGFBP3 і робить можливим його приєднання до ендотеліального рецептора та трансцитоз у гематоенцефалічній мембрані. через Білок LRP1 (Малюнок 2).

Механізм дії нейрональної стимуляції на проходження IGF1 через гематоенцефалічний бар'єр.

Тому IGF1 виглядає важливим посередником сприятливого впливу на мозок: насправді нейропротективні способи поведінки, такі як фізичні вправи або збалансована дієта, сприяють надходженню IGF1 в мозок [7, 8]; діяльність мозку змушує IGF1 потрапляти для захисту збуджених областей [9]; нарешті, ми раніше показали, що інтенсивність нейрональної активності знижується, якщо кількість IGF1, присутня в мозковому потоці, недостатня. Гормон росту IGF1, крім своєї нейропротекторної ролі, має важливе значення для максимальної активності мозку. У сучасні часи, коли, якщо тривалість життя продовжує зростати, нейродегенеративні захворювання також зростають, можна уявити терапевтичну роль гормону IGF1 у профілактиці та лікуванні цих патологій.

Конфлікт інтересів

Автор заявляє, що не має конфлікту інтересів щодо даних, опублікованих у цій статті.

Vibrissae: органи чуття, специфічні для певних тварин. Це довгі кератинові нарощення (волоски [вуса] у ссавців, пір’я у птахів), які передають свої вібрації чутливому органу, розташованому біля їх основи.

Список літератури

  1. Лопес-ЛопесC, LeRoithD, Торрес-АлеманI. Інсулін, як фактор росту I, необхідний для ремоделювання судин у мозку дорослого. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 9833-9838. [CrossRef] [Google Scholar]
  2. AbergMA, AbergND, HedbackerH та ін. Периферична інфузія IGF-I вибірково індукує нейрогенез у гіпокампі дорослих щурів. J Neurosci 2000; 20: 2896-2903. [PubMed] [Google Scholar]
  3. NuñezA, CarroE, Torres-AlemanI . Інсуліноподібний фактор росту I модифікує електрофізіологічні властивості нейронів стовбура головного мозку щурів. J Neurophysiol 2003; 89: 3008-3017. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  4. TrejoJL, PirizJ, Llorens-MartinMV та ін. Центральні дії печінково-похідного інсуліноподібного фактора росту I, що лежить в основі його прокогнітивних ефектів. Мол Психіатрія 2007; 12: 1118-1128. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. NishijimaT, PirizJ, DuflotS та ін. Активність нейронів керує локалізованим гематоенцефалічним бар’єрним транспортом сироваткового інсуліноподібного фактора росту-I у ЦНС. Нейрон 2010; 67: 834-846. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  6. CarroE, SpuchC, TrejoJL та ін. Мегалін судинного сплетення бере участь у нейропротекції за допомогою сироваткового інсуліноподібного фактора росту I. J Neurosci 2005; 25: 10884-10893. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. CarroE, NuñezA, BusiguinaS, Torres-AlemanI. Циркулюючий інсуліноподібний фактор росту I опосередковує вплив фізичних вправ на мозок. J Neurosci 2000; 20: 2926-2933. [PubMed] [Google Scholar]
  8. DietrichMO, SpuchC, AntequeraD та ін. Мегалін опосередковує транспорт лептину через бар’єр крові та ліквору. Старіння нейробіолу 2008; 29: 902-912. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  9. CarroE, TrejoJL, NuñezA, Torres-AlemanI. Відновлення мозку та нейропротекція за допомогою сироваткового інсуліноподібного фактора росту I. Mol Neurobiol 2003; 27: 153-162. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]

Список малюнків

Пристрій, що імітує діенцефальну мембрану в пробірці. AT. У двокамерній ямі, де верхня середина являє собою кровотік, а нижня середина - мозковий потік, спільна культура ендотеліальних клітин і астроцитів у верхній частині транспортує bh-IGF1, доданий в середині верхньої камери, до нижня частина, де вона буде узагальнена нейронами. B. Вестерн-блот показує присутність bh-IGF1 в екстрактах з нейронів лише тоді, коли bh-IGF1 додають до кокультури. bh-IGF1 : біотинільований людський інсулін, як фактор росту 1.

Механізм дії нейрональної стимуляції на проходження IGF1 через гематоенцефалічний бар'єр.

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.