Endocrinologia Granata parte 1

MAPK

la protezione dall’apoptosi. 2) Fosf

IRS (In

Shc.

Sistema IGF: interazione recettori-ligandi

Questo è uno schema che

3) L’attivazione di cascate di segnale porta alla fosforilazione

vi fa vedere come i fattori

MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) e PI3K/Akt (Phosph

di crescita possono

che sono essenziali per le risposte biologiche di IGF-IR.

riconoscere e interagire

con R diversi, non c’è

mai una rigidità sul

riconoscimento dei R, ma

questo sistema

normalmente è molto

plastico per cui ci sono,

per esempio, diverse

isoforme del R per

l’insulina, la forma A, a

forma B e l’isoforma A-

B, che è l’ibrido costituita da una parte della forma A e una parte della forma B, e l’insulina

Azioni antiapoptotiche di IGF-I

può riconoscere sia il proprio R, ma anche gli altri, così come l’Igf-1 può legare il proprio

Pollak MN et al., Nat Rev Cancer 2009

recettore ma anche il R per l’insulina. Vedete anche le BP che bloccano Igf-2 e Igf-1, nel

senso che li sequestrano, e il R di Igf-2 che ha un ruolo anch’esso di sequestro di Igf-2 perché

non trasduce il segnale, lega Igf-2 senza trasdurre il segnale. Questo è un altro schema

che vi fa vedere Igf-1 e

Igf-2, entrambi possono

legare il R per Igf-1, e

questi effetti sono

modulati anche dalle BP e

dalle proteasi che

rilasciano questi fattori di

crescita, vedete IRS che si

attiva, tutte le vie di

segnale AKT, mTor, che

vanno poi nel nucleo per

Vincent AM and Feldman EL, Growth Hormone & IGF Research 2002

promuovere la trascrizione genica, e sono bloccate ad esempio da p10 che inibisce la via di

segnale di PI3K/AKT. C’è l’attivazione anche delle RasGTP (GTP forma attiva, GDP

inattiva) che possono attivare delle vie come le MAPK e ERK, che sono vie di proliferazione,

quindi è un sistema complesso e l’attivazione di questo R innesca una serie di vie di segnale,

che sono prevalentemente proliferative e di sopravvivenza.

Gli effetti di Igf-1 riguardano essenzialmente lo sviluppo embrionale e postnatale, e i topi KO

per Igf-1 nascono piccoli, ma sopravvivono lo stesso e possono crescere normalmente pur

essendo piccoli, invece topi KO per il R per GH crescono in modo abbastanza normale

suggerendo che questo sistema viene compensato dalla produzione di Igf-1 a livello locale,

cioè a livello dei diversi tessuti. È importante anche per il SNC in cui regola la proliferazione

neuronale, infatti l’Igf-1 ha degli effetti importanti come la neuroprotezione, fa aumentare il

metabolismo proteico attraverso la sintesi proteica e l’inibizione della proteolisi, ha inoltre un

effetto simile a quello dell’insulina e quindi stimola l’assorbimento del glucosio nel tessuto

Azioni cellulari di IGF1

adiposo e nel muscolo. Ha delle azioni importanti antiapoptotiche, l’Igf-1 attiva delle vie di

segnale come PI3K/AKT, che è una via prevalentemente di sopravvivenza e anche

metabolica, si ha un aumento dei fattori antiapoptotici come Bcl-2 e Nfkb, e la riduzione di

quelli proapoptotici come le caspasi-9 e il GSK-3beta.

Queste sono le azioni che ha Igf-1 sulle cellule, vedete tutti gli effetti: dalla regolazione

dell’espressione genica, alla stimolazione della miogenesi, riduzione dell’apoptosi,

progressione del ciclo cellulare e quindi proliferazione, modulazione della risposta

Endocr Rev

Le Roith D et al., 2001

immunitaria, la steroidogenesi e quindi produzione degli ormoni steroidei, e anche la

produzione degli ormoni sessuali, quindi ha una grande varietà di effetti.

Per quanto riguarda i tumori, come vi ho detto prima molte cellule tumorali esprimono il R

per Igf-1, le cellule che sono trasfettate e che quindi overesprimono il R di Igf-1 acquisiscono

un fenotipo tumorale, e si è visto anche che dei fattori di crescita che normalmente stimolano

la proliferazione e la trasformazione sono incapaci di farlo se manca il R per Igf-1,

suggerendo che ci sia un cross-talk tra le diverse vie di segnale. Igf-1 regola, visto che ha

effetti proliferativi, l’espressione di proteine del ciclo cellulare, come la CDK4 (cyclin-

dependent kinase 4) e la p27 e i livelli di Igf-1 e IGF-1R sono aumentati nell’uomo in molti

tumori, e il loro aumento correla con l’incidenza dei tumori. Anche Igf-2 è importante, perché

è un fattore di crescita coinvolto nell’accelerazione del processo metastatico, si è visto che in

molti tumori c’è anche un aumento del R per Igf-1, che può essere riconosciuto da Igf-2. Fra

le altre cose Igf-1 è capace anche di far aumentare l’angiogenesi, perché l’angiogenesi

tumorale è un processo attraverso il quale il tumore è capace di crescere producendo dei

nuovi vasi sanguigni, quindi nutrendosi attraverso questi vasi sanguigni neoprodotti, per cui

se ci sono dei fattori prodotti dal tumore che riescono a stimolare l’angiogenesi ovviamente il

tumore potrà crescere di più e aumentare di volume. Igf-1 ha questa capacità in quanto, non

soltanto promuove la proliferazione delle cellule tumorali, ma induce anche la degradazione

della matrice, che è uno dei meccanismi principali per la produzione dei nuovi vasi. Quindi

come in tutti i sistemi, in questo caso specifico Igf-1 che induce i tumori, si cerca di bloccare

Il sistema IGF come bersaglio terapeutico nel cancro

questi meccanismi e di trovare delle strategie nei tumori per fare in modo che Igf-1 non possa

agire, e questo si fa ad esempio utilizzando degli inibitori di Igf-1, usando degli antagonisti

del R in modo che Igf-1 non possa legarsi al proprio R, usando anche degli antisenso, dei

siRNA e degli altri

sistemi per bloccare la

produzione stessa di

Igf-1, oppure del R più

nello specifico. Un

altro modo è quello di

bloccare l’attività

chinasica, quindi

bloccando per esempio

IRS1, o le vie di

segnale a valle di

IRS1, utilizzando gli

inibitori di AKT o

ancora la Rapamicina,

che è un inibitore di

mTor, che si trova a

valle di AKT,

bloccando quindi la

trascrizione genica.

Questi sono tutti sistemi che utilizzano inibitori e quindi farmaci specifici per bloccare le vie

di Igf-1. Pollak MN et al., Nat Rev Cancer 2004

Vi vedete qui tutti gli effetti di Igf-1, quindi l’attivazione delle MAPK o di PI3K/AKT, con

conseguente

aumento della

proliferazione,

della crescita

cellulare e del

differenziamento,

sintesi proteica,

migrazione e

invasione del

tumore, effetti

metabolici e

sopravvivenza

della cellula

tumorale. Se voi

bloccate o

attraverso, per

esempio, il sequestro di Igf-1 con le BP, oppure utilizzando degli analoghi che bloccano il R

Crudden C et al., Front Endocrinol 2015

in modo che Igf-1 non possa più legarsi, o ancora bloccando le vie di segnale con gli inibitori

delle tirosine-chinasi vedete che questi effetti si possono perdere, ovviamente questo è una

cosa che in vivo non funziona poi allo stesso modo, però l’ipotesi è questa.

Igf-1 ha anche degli effetti sulla modulazione del Ca2+, quindi può attivare i canali del calcio

e questo ha un ruolo importante anche nella neuroprotezione dove, fra le altre cose, attiva dei

fattori di trascrizione come CREB che hanno una funzione di promuovere proteine

antiapoptotiche, quindi di agire come fattore neuroprotettivo. Nel cuore Igf-1 ha anche effetti

importanti di riduzione dell’apoptosi dei cardiomiociti, quindi di conseguenza nell’infarto del

miocardio, dove si assiste ad un aumento della morte dei cardiomiociti, avrà effetti positivi,

oltre che regolare la funzionalità cardiaca e anche l’ipertrofia. Igf-1 ha anche effetti

importanti a livello del SNC, quindi neuroprotettivo, è stato studiato anche nell’Alzheimer, e

in malattie neurodegenerative, o in condizioni di ischemia cerebrali dove ha effetti importanti

anche come neuroprotezione.

Struttura delle (IGF Binding Proteins) IGFBPs

Le IGFBPs sono quelle proteine che appunto legano l’Igf-1 per trasportarlo, questa è la tipica

struttura delle BP,

vedete che ha un sito di

IGF1 legame per l’Igf-1, ha

dei siti di fosforilazione

(in particolare la BP 1, 3

e 5), dei siti di

glicosilazione che

influenzano la sua

attività, dei siti di

Phosphorylation proteolisi che servono

(IGFBP-1,-3,-5) per rompere il legame

che c’è fra Igf-1 e le BP,

e poi ancora degli altri

N-Glycosylation siti dove per esempio si

(IGFBP-3, 4) ha il legame con ALS

IGF-binding (la subunità acido labile)

Heparin binding

Proteolysis RGD che è l’altra parte che

(IGFBP-3,-5,-6)

Secondary (IGFBP-1,-2)(Arg, ALS binding serve per formare il

Heparin/ALS Gly,Asp) Integrin Nuclear localization

binding binding motif complesso per legare

(BP-3,-5)

Firth SM Endocrine Rev 2002 Igf-1. Sono delle

strutture abbastanza conservate, la forma extracellulare è la forma matura, hanno un peso

- Struttura altamente conservata con 3 domini di dimensioni quasi uguali (amino-

molecolare abbastanza variabile fra i 22 e i 31 kDa. Sono proteine multifunzionali, perché

terminale, carbossi-terminale e centrale)

hanno degli effetti propri, ma anche degli effetti dipendenti da Igf-1, per via del fatto che

- Proteine mature extracellulari

trasportano Igf-1 nella circolazione e nei tessuti e modulano l’emivita di Igf-1, e quindi

- 216-289 aa, peso molecolare 22.8-31.3 kDa

regolano il legame di Igf-1 con il proprio R inibendo o potenziando l’attività di Igf-1.

Formano strutture binarie o ternarie, e poi le cellule possono esprimere più di una IGFBP e

quindi possono regolare diversamente, a seconda della BP che producono, il trasporto di Igf-

1. Ci sono poi gli enzimi che servono per idrolizzare le BP, e quindi per regolare l’attività di

Igf-1, perché ovviamente quando si scinde il legame, per mezzo di questi enzimi fra Igf-1 e le

BP, ci sarà poi l’attività biologica sia da parte delle BP sia da parte di Igf-1.

Questo è uno schema

che vi fa vedere come

Igf-1, prodotta dal

fegato o da altri organi

va nella circolazione, in

forma libera abbia

un’emivita brevissima,

circa 1-2 minuti, mentre

quando lega le BP

questa emivita può

aumentare fino a 20-30

minuti, e ancora quando

lega il complesso

Baxter RC Nat Rev cancer 2014 ternario, costituito dalla

BP e da ALS, l’emivita può arrivare fino a 16-24 ore. Il complesso ternario può essere

Relationships between ‘free’ and IGFBP-bound IGFs in the circulation. Insulin-like growth factor 1 (IGF-I) and IGF-II are