velikost textu

Study of activation properties of insulin, IGF-1 and IGF-2 analogs towards the receptors for insulin and IGF-1

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Study of activation properties of insulin, IGF-1 and IGF-2 analogs towards the receptors for insulin and IGF-1
Název v češtině:
Studium aktivačních vlastností analogů insulinu, IGF-1 a IGF-2 vůči receptorům pro insulin a IGF-1
Typ:
Disertační práce
Autor:
Bc. Martina Chrudinová
Školitel:
RNDr. Irena Selicharová, Ph.D.
Oponenti:
doc. RNDr. Miroslav Šulc, Ph.D.
Prof.RNDr. Lenka Skálová, Ph.D.
Id práce:
156255
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra biochemie (31-250)
Program studia:
Biochemie (P1406)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
23. 5. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
ABSTRAKT Systém insulinu a insulinu podobných růstových faktorů (IGF) je velmi komplexní soustava podílející se na regulaci metabolismu a buněčného a tělesného růstu. Součástí tohoto systému jsou tři strukturně příbuzné peptidové hormony: insulin a dva insulinu podobné růstové faktory (IGF-1 a IGF-2) a jejich membránové receptory: dvě isoformy insulinového receptoru (IR-A a IR-B) a IGF-1R receptor (IGF-1R). Zatímco insulin se podílí převážně na regulaci metabolismu, IGF-1 a IGF-2 se účastní hlavně regulace buněčného růstu, proliferace a diferenciace. Vzhledem ke strukturní podobnosti jak hormonů, tak jejich receptorů, mají všechny hormony schopnost vázat se ke všem třem receptorům a aktivovat je, i když v různé míře. Jak dochází k odlišení „metabolických“ a „mitogenních“ buněčných odpovědí po stimulaci receptorů jednotlivými ligandy nebylo stále zcela objasněno, stejně jako klíčové strukturní faktory podílející se na rozdílných afinitách jednotlivých ligandů k IR-A, IR-B a IGF-1R. Nerovnováha v celém systému vede k řadě patologických stavů, z nichž nejvýznamnější jsou diabetes mellitus a rakovina. Porozumění celému systému na strukturní úrovni je tedy zásadní pro vývoj analogů se žáoucími vlastnostmi, uplatnitelných v klinické praxi. V rámci této práce byla nejprve optimalizována metodologie vhodná pro testování schopnosti aktivotat všechny tři zmíněné receptory širokého spektra analogů insulinu, IGF-1 a IGF-2, vyvíjených v naší laboratoři. Tato metoda doplňuje vazebné testy, které jsou v naší laboratoři zavedeny. V této práci byly otestovány vazebné a aktivační vlastnosti hybridních analogů insulinu a IGF-1/IGF-2, které obsahovaly aminokyselinové sekvence odvozené z C a D domén IGF-1 a IGF-2 připojené k molekule insulinu. Dále byly otestovány vlastnosti analogů IGF-1 a IGF-2 nesoucích mutace v pozicích 45, 46 a 49 (IGF-1) a 45 a 48 (IGF-2). Naší metodologii jsme využili také pro testování aktivačních vlastností knihoven speciálně vyvinutích nepeptidových insulinových mimetik. V rámci rutinního testování dalších skupin analogů jsme identifikovali insulinový analog s neočekávaně zvýšenou afinitou a schopností aktivovat IGF-1R ([D-HisB24]-insulin). Proto jsme navrhli a připravili novou skupinu insulinových analogů s cílem objasnit tyto vlastnosti. Následně byl identifikován analog, který se na IGF-1R vázal a aktivoval ho v ještě vyšší míře než analog původní ([D-HisB24, GlyB31, TyrB32]-insulin). Podle našich nejlepších znalostí se jedná o jeden z nejsilnějších insulinových analogů vůči IGF-1R vůbec. Tento analog vykazoval také zvýšenou afinitu a schopnost aktivovat obě isoformy IR. V další části práce byla charakterizována kinetika vazby tohoto analogu, insulinu a IGF-1 vůči IR-A a IGF-1R. Bylo zjištěno, že za zvýšenou vazbou našeho analogu vůči IGF-1R a IR-A stojí rozdílné kinetické vlastnosti. Naše data poskytují nové poznatky o interakci insulinu, IGF-1 a IGF-2 s jejich receptory, které mohou být užitečné pro vývoj nových analogů těchto hormonů uplatnitelných v klinické praxi.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT The insulin/insulin-like growth factor signaling axis is a complex system that is involved in the regulation of metabolism and body growth. It includes three related peptide hormones: insulin and two insulin-like growth factors (IGF-1 and IGF-2), and their receptors: two isoforms of insulin receptor (IR-A and IR-B), and IGF-1 receptor (IGF-1R). Whereas insulin is involved predominantly in regulation of the metabolism, IGFs participate mainly in the regulation of cell growth, proliferation and differentiation. Due to the similarities in the structures of both the hormones and the receptors, all the hormones can bind and activate all the receptors, although with different potencies. At which point and how are the „metabolic“ and „mitogenic“ functional outcomes of the system diversified, as well as the structural determinants responsible for the different affinities of the hormones to the individual receptors, is still not completely understood. Deregulation of the insulin/IGF system can result in many types of pathological states, mainly diabetes mellitus and cancer. Therefore, to deeply understand the functioning of the insulin/IGF system to the structural details is crucial for development of analogs with desirable properties, that are of great clinical interest. First of all, we developed a suitable methodology for testing the ability of broad spectrum of insulin and IGF analogs, that are produced in our laboratory, to activate all the three receptors of the insulin/IGF system. This methodology serves to complement our well established binding assays. We used this methodology to test several sets of insulin/IGF analogs, as well as insulin nonpeptide mimetics. In this thesis, we tested binding and activation properties of insulin-IGF-1/IGF-2 hybrids containing parts derived from the C and D domains of IGFs, that are not present in insulin. We tested the properties of IGF-1 and IGF-2 analogs wih mutations in positions 45, 46 and 49 (IGF-1) and 45 and 48 (IGF-2). We also utilized our methodology for testing libraries of specially developed insulin nonpeptide mimetics. During routine testing of other sets of compounds, we identified an insulin analog with unexpectedly increased affinity and ability to activate IGF-1R ([D-HisB24]-insulin) and we designed and synthesized a new set of insulin analogs to explain this behaviour. We found an insulin-derived binder and activator of IGF-1R, which is to the best of our knowledge one of the strongest ever reported ([D-HisB24, GlyB31, TyrB32]-insulin). This analog shows increased ability to bind and activate both isoforms of IR as well. We customized methodologies for kinetic characterisation of the binding of the ligands to IR- A and IGF-1R, which revealed that different kinetic behaviours were behind the increased affinities of our analog to IGF-1R and IR-A. Our data provided new insights into the interaction of insulin, IGF-1 and IGF-2 with their receptors, which may be useful for further rational engineering of new hormone analogs for potential medical applications.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Bc. Martina Chrudinová 52.57 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Bc. Martina Chrudinová 121 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Bc. Martina Chrudinová 112 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Bc. Martina Chrudinová 1.04 MB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Miroslav Šulc, Ph.D. 120 kB
Stáhnout Posudek oponenta Prof.RNDr. Lenka Skálová, Ph.D. 632 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1.1 MB