Receptor de insulina

receptor de insulina

Ectodominio del receptor de insulina (PDB: 3LOH )
Estructuras Disponibles
AP Búsqueda de ortólogos: PDBe , RCSB
Identificadores
SímboloINSR  ; CD220; HHF5
Identificaciones externasOMIM:  147670 MGI :  96575 HomoloGen :  20090 IUPHAR : ChEMBL : 1981 GeneCards : gen INSR
Número CE2.7.10.1
perfil de expresión de ARN
Más información
ortólogos
VistaHumanoRatón
Entrez364316337
ConjuntoENSG00000171105ENSMUSG00000005534
UniProtP06213P15208
RefSeq (ARNm)NM_000208NM_010568
RefSeq (proteína)NP_000199NP_034698
Lugar geométrico (UCSC)Chr 19:
7.11 – 7.29 Mb
Canal 8:
3.15 – 3.28 Mb
Buscar en PubMed[una][2]

El  receptor de insulina ( IR) es un receptor transmembrana que es activado por la insulina , IGF-I , IGF-II y pertenece a una gran clase de receptores de tirosina quinasa [1] . El receptor de insulina desempeña un papel clave en la regulación de la homeostasis de la glucosa, un proceso funcional que, en condiciones degenerativas, puede provocar una serie de manifestaciones clínicas, como diabetes y cáncer [2] [3] . Bioquímicamente, el receptor de insulina está codificado por un solo gen INSR , cuyo empalme alternativo durante la transcripción produce isoformas IR-A o IR-B [4] . Los eventos posteriores a la traducción de cada isoforma conducen a la formación de subunidades α y β escindidas proteolíticamente que, cuando se combinan, finalmente pueden dimerizarse para dar un receptor de insulina transmembrana unido por disulfuro de ≈320 kDa [4] .

Estructura

Inicialmente , las transcripciones de variantes de corte y empalme alternativas del gen INSR se  traducen para formar uno de dos isómeros monoméricos: IR-A, que tiene el exón 11 cortado, e IR-B, que tiene el exón 11. La inserción del exón 11 da como resultado la adición de 12 aminoácidos cadena arriba de la furina en el sitio proteolítico.

En la dimerización del receptor, después de la escisión proteolítica de las cadenas α y β, quedan 12 aminoácidos adicionales en el extremo C de la cadena α (denominado αCT), donde presumiblemente influyen en las interacciones receptor- ligando [5] .

Cada monómero isomérico se descompone estructuralmente en 8 dominios diferentes; dominio repetido rico en leucina (L1, residuos 1-157), región rica en cisteína (CR, residuos 158-310), dominio repetido rico en leucina adicional (L2, residuos 311-470), tres tipos de dominios de fibronectina III; FnIII-1 (residuos 471-595), FnIII-2 (residuos 596-808) y FnIII-3 (residuos 809-906). Además, un dominio de inserción (ID, residuos 638-756) ubicado dentro de FnIII-2, que contiene un sitio de escisión de furina α/β, cuya proteólisis es activa en los dominios IDα e IDβ. En la cadena β, debajo de la región FnIII-3, hay una hélice transmembrana y una región cercana a la membrana intracelular, inmediatamente aguas arriba del dominio de tirosina quinasa catalítica intracelular responsable de la activación de las vías de señalización intracelular [6] . Cuando un monómero se escinde en las cadenas α y β correspondientes, el receptor se homo o heterodimeriza a través de un enlace disulfuro covalente, y se forman dos enlaces disulfuro entre los monómeros en el dímero, provenientes de cada cadena α. La estructura general del ectodominio 3D , tiene cuatro sitios de unión de ligandos, se asemeja a una V invertida. Cada monómero gira unas 2 veces alrededor de un eje paralelo a los dominios V , L2 y FnIII-1 invertidos de cada monómero que forma la parte superior de la V invertida [6] [ 7] .

Unión de ligandos

Los ligandos endógenos del receptor de insulina incluyen insulina , IGF-I e IGF-II . La unión del ligando a las cadenas α del ectodominio IR provoca cambios estructurales en el receptor que conducen a la autofosforilación de varios residuos de tirosina en el dominio TK intracelular en la cadena β. Estos cambios promueven el reclutamiento de ciertas proteínas adaptadoras como las proteínas sustrato del receptor de insulina (IRS) además de SH2-B ( homólogo de Src 2 - B), APS y proteína fosfatasa como PTP1B , en última instancia como resultado, contribuye a los procesos posteriores asociados con la homeostasis de la glucosa en la sangre [8] .

Estrictamente hablando, la relación entre el receptor de insulina y el ligando muestra propiedades alostéricas complejas. Esto lo indica el diagrama de Scatchard , que muestra que la proporción medida del receptor de insulina unido al ligando en relación con el ligando no unido no sigue una relación lineal con los cambios en la concentración del receptor unido al ligando de insulina, lo que sugiere que el receptor de insulina y su ligando interactúan por mecanismo enlazado cooperativamente [9] . Además, la observación de que la tasa de disociación del ligando IR aumenta con la adición del ligando no unido sugiere que la naturaleza de esta cooperación es negativa; en otras palabras, la unión inicial del ligando a IR inhibe la unión adicional a su segundo sitio activo, demostrando una inhibición alostérica [9] .

Aunque el mecanismo exacto de la unión de IR a su ligando aún no se ha dilucidado estructuralmente, desde una perspectiva de biología de sistemas , se ha determinado una predicción biológicamente significativa de la cinética del ligando de IR (insulina/IGF-I) en el contexto de la estructura actualmente disponible. del ectodominio IR 6] [7] .

Estos modelos establecen que cada monómero IR tiene 2 sitios de unión a la insulina; El sitio 1, que se une a la superficie de unión a la insulina "clásica" : que consta de L1 más dominios αCT y el sitio 2, que consta de bucles en la unión de FnIII-1 y FnIII-2, se prevé que se una a la "nueva" cara hexámera del sitio de unión a la insulina [1] . Dado que cada monómero proporciona al ectodominio IR una representación de complementariedad de "espejo" en 3D, el sitio N-terminal 1 de un monómero eventualmente choca con el sitio C-terminal 2 del segundo monómero, lo que también es cierto para cada complemento espejo de monómero (opuesto lado de la estructura del ectodominio). La literatura actual distingue los sitios de unión del complemento al designar los sitios del complemento monomérico en el sitio 1 y 2 como 3 y 4 o como el sitio 1' y 2', respectivamente [1] [10] .

Por tanto, estos modelos establecen que cada IR puede unirse a la molécula de insulina (que tiene dos superficies de unión) en 4 sitios, a través de los sitios 1, 2, (3/1') o (4/2'). Dado que cada sitio 1 colisiona proximalmente con el sitio 2, se predice que la insulina se unirá a un sitio específico, "entrecruzándose" con un ligando entre monómeros (es decir, [monómero 1 Sitio 1 - Insulina - monómero 2 sitio (4/2' )] o [monómero 1 sitio 2 - Insulina - monómero 2 sitio (3/1')]). De acuerdo con el modelo matemático actual de la cinética de la insulina IR, existen dos implicaciones importantes para los eventos de reticulación de la insulina; 1. en la observación anterior, la interacción negativa de IR y su ligando, después de la unión del ligando a IR, disminuye, y 2. el impacto físico conduce al entrecruzamiento del ectodominio en una conformación tal que es necesaria para el inicio de eventos de fosforilación de tirosina intracelular (es decir, estos eventos sirven como un requisito para la activación del receptor con el subsiguiente mantenimiento de la homeostasis de la glucosa en sangre) [8] .

Importancia biológica

Los receptores de tirosina quinasa , incluido el receptor de insulina, median su actividad al provocar la adición de un grupo fosfato a tirosinas específicas en células de ciertas proteínas . Las proteínas "sustrato" que son fosforiladas por el receptor de insulina incluyen una proteína llamada " IRS-1 " por "sustrato 1 del receptor de insulina". La unión y fosforilación de IRS-1 finalmente conduce a un aumento en las moléculas transportadoras de glucosa de alta afinidad ( GLUT4 ) en la membrana externa de los tejidos sensibles a la insulina, incluidas las células musculares y el tejido adiposo y, en consecuencia, a un aumento en la absorción de glucosa de la sangre en estos tejidos. En otras palabras, el transportador de glucosa GLUT4 se transporta desde las vesículas celulares hasta la superficie celular, donde puede mediar en el transporte de glucosa al interior de la célula.

Patología

La actividad principal de la activación del receptor de insulina es inducir la captación de glucosa. Por esta razón, la "insensibilidad a la insulina", o la reducción de la señalización del receptor de insulina, conduce a la diabetes tipo 2  : las células no pueden absorber la glucosa y el resultado es la hiperglucemia (aumento de la glucosa circulante) y todas las consecuencias de la diabetes.

Los pacientes con resistencia a la insulina pueden mostrar signos de acantosis nigricans .

Se ha descrito que varios pacientes con una mutación homocigota del gen INSR tienen síndrome de Donoghue . Estos trastornos autosómicos recesivos hacen que los receptores de insulina no funcionen por completo. Estos pacientes tienen orejas y fosas nasales bajas, a menudo prominentes, labios engrosados ​​y retraso grave del crecimiento. En la mayoría de los casos, el pronóstico para estos pacientes es extremadamente malo y la muerte ocurre dentro del primer año de vida. Otras mutaciones en el mismo gen causan el síndrome de Robson-Mendenhall , menos grave, en el que los pacientes tienen dientes característicamente anormales, encías hipertrofiadas y una glándula pineal agrandada . Ambas enfermedades representan una fluctuación en los niveles de glucosa: después de una comida, la glucosa es inicialmente muy alta y luego cae bruscamente a niveles anormalmente bajos [11] .

Regulación de la expresión génica

Los IRS-1 activados actúan como un segundo mensajero en la célula para estimular la transcripción de genes regulados por insulina. Primero, la proteína Grb2 se une al residuo P-Tyr de IRS-1 en su dominio SH2 . Grb2 se vuelve capaz de unirse a SOS, que a su vez cataliza el reemplazo de GDP unido con GTP en Ras, una proteína G. Luego, esta proteína inicia una cascada de fosforilación que conduce a la activación de la proteína quinasa activada por mitógeno ( MAPK ), que ingresa al núcleo y fosforila varios factores de transcripción nuclear (p. ej., Elk1).

Estimulación de la síntesis de glucógeno

La síntesis de glucógeno también es estimulada por el receptor de insulina a través de IRS-1. En este caso, es el dominio SH2 de la quinasa PI-3 ( PI-3K ) el que se une a P-Tyr de IRS-1. Ahora, la activación de PI-3K puede convertir el fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP 2 ) del lípido de membrana en fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP 3 ). Esto activa indirectamente la proteína quinasa PKB ( Akt ) a través de la fosforilación. Luego, RKB fosforila varias proteínas diana, incluida la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK-3). GSK-3 es responsable de la fosforilación (y por lo tanto de la desactivación) de la glucógeno sintasa. Cuando se fosforila GSK-3, se apaga y se evita la desactivación de la glucógeno sintasa. De esta manera indirecta, la insulina aumenta la síntesis de glucógeno.

Degradación de la insulina

Una vez que la molécula de insulina se une al receptor y lo activa, puede volver a liberarse en el entorno extracelular o puede degradarse en la célula. La degradación implica típicamente la endocitosis del complejo receptor de insulina, seguida de la acción de una enzima que degrada la insulina. La mayoría de las moléculas de insulina se degradan en las células hepáticas. Se ha estimado que una molécula típica de insulina se degrada aproximadamente 71 minutos después de su liberación inicial en el torrente sanguíneo [12] .

Interacciones

Se ha demostrado que el receptor de insulina interactúa con ENPP1 [13] , PTPN11 [14] [15] , GRB10 [16] [17] [18] [19] [20] , GRB7 [21] , PRKCD [22] [23 ] ] , IRS1 [24] [25] , SH2B1 [26] [27] y MAD2L1 [28] .

Notas

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Literatura