IGFBP3

A proteína que se une ao factor de crecemento similar á insulina 3 (IGFBP-3 polas súas siglas en inglés de insulin-like growth factor-binding protein 3) é unha proteína que en humanos está codificada no xene IGFBP3 do cromosoma 7.

A IGFBP-3 é unha das seis proteínas que se une ao IGF (denominadas de IGFBP-1 a IGFBP-6) que teñen estruturas altamente conservadas e únense aos factores de crecemento similares á insulina IGF-1 e IGF-2 con alta afinidade. Ás veces inclúese nesta familia IGFBP-7, que non comparte nin as características estruturais nin a alta afinidade polo IGF. Ao contrario, IGFBP-7 únese a IGF1R, que bloquea a unión a IGF-1 e IGF-2, o que dá lugar a apoptose.

Función

A IGFBP-3 foi illada por primeira vez, caracterizada e cuantificada no plasma humano en 1986. Ten funcións ben documentadas na circulación, no ambiente extracelular e dentro das células. É a principal proteína para o transporte do IGF na corrente sanguínea, onde transporta os factores de crecemento predominantemente en complexos estables que conteñen a proteína de unión, xunto con IGF-1 ou IGF-2 e unha terceira proteína chamada subunidade lábil aos ácidos ou ALS.

Para que os IGFs cheguen aos tecidos desde a corrente circulatoria, crese que os complexos circulantes se disocian parcialmente, o que posiblemente é potenciado pola limitada proteólise da IGFBP-3. A proporción IGF-1/IGFBP-3 foi utilizada ás veces como un índice da biodispoñibilidade de IGF na circulación humana, mais isto ignora o feito de que IGF-1 se une a outros IGFBPs (de modo que a proporción é afectada pola concentración dos seis IGFBPs existentes), e de que o IGF-2, que é tres veces máis abundante que o IGF-1 na circulación do adulto, ocupa a maioría dos sitios de unión do IGFBP-3 circulante.

Nos tecidos IGFBP-3 pode unirse ao IGF-1 e IGF-2 liberados por moitos tipos celulares e bloquear ao seu acceso ao receptor de IGF-1 (IGF1R), que é activado por ambos os IGFs. A IGFBP-3 tamén interacciona con proteínas da superficie celular, afectando á sinalización celular desde fóra da célula ou despois da súa internalización, e tamén entra no núcleo celular onde se une a receptores de hormonas nucleares e outros ligandos. Os altos niveis de IGFBP-3 observados en tumores asócianse cun incremento da gravidade do cancro (ou cun resultado peor) nalgúns cancros, pero cunha diminución da gravidade ou mellor resultado noutros. Non se informou de ningún caso de deleción do xene IGFBP3 en humanos, pero en ratos a falta deste xene produce un crecemento normal.

Estrutura do xene e a proteína

O xene IGFBP3 (ou IBP3), situado no cromosoma 7 humano, está organizado en catro exóns codificantes de proteína e un quinto exón adicional na rexión non traducida 3'. Está situado a carón do xene IGFBP1 cunha orientación cola con cola, separados por 20 kb. A proteína codificada comprende un péptido sinal de 27 residuos seguido da proteína madura de 264 residuos. A IGFBP-3 comparte coas outras cinco IGFBPs de alta afinidade unha estrutura de 3 dominios:

Un dominio N-terminal conservado que contén unha rexión rica en cisteína (12 residuos de cisteína) con múltiples pontes disulfuro intradominio, un motivo IGFBP (GCGCCXXC), o sitio primario de unión do IGF. Un dominio enlazador (linker) central moi variable (con só un 15 % de conservación entre IGFBPs). Un dominio C-terminal conservado que contén residuos para a unión co IGF secundarios, unha rexión rica en cisteína (6 residuos de cisteína), un motivo básico de 18 residuos que se une á heparina, a subunidade lábil aos ácidos (ALS) e unha secuencia de localización nuclear.

O dominio enlazador é o sitio onde se producen a maioría das modificacións postraducionais, como glicosilación, fosforilación e unha limitada proteólise. Por análise electroforética a IGFBP-3 aparece como un dobrete, debido á ocupación de dous ou tres dos seus sitios de N-glicosilación por carbohidratos. Pode atoparse a IGFBP-3 hipoglicosilada despois dunha duradeira carencia de glicosa.

Coñécense moitas proteases que cortan a IGFBP-3 nun só sitio do dominio enlazador, e na circulación sanguínea de mulleres preñadas a IGFBP-3 é completamente proteolizada, e aínda así ten a capacidade de transportar cantidades normais de IGF-1 e IGF-2. A capacidade de unión parece conservarse despois da proteólise debido a unha interacción cooperativa entre os dous fragmentos proteolizados, que xuntos manteñen un sitio de unión ao IGF activo.

Sitios e regulación da produción

O ARNm da IGFBP-3 exprésase en todos os tecidos examinados, especialmente nos riles, estómago, placenta, útero e fígado e a máxima expresión resistrouse en tecidos de rata. O ARNm de IGFBP-3 do fígado de rata atópase en células non parenquimáticas como as do endotelio sinusoidal, pero non en hepatocitos. En contraste, os hepatocitos humanos si expresan IGFBP-3.

Os niveis de IGFBP-3 no soro humano son, igual que os de IGF-1, dependentes da hormona de crecemento (GH); por exemplo, a IGFBP-3 sérica aumenta na acromegalia e diminúe nos nenos deficientes en GH. Porén, a expresión do xene IGFBP-3 no fígado humano é independente da GH. Como se estabiliza no soro humano formando complexos con IGF-1 e ALS, que dependen ambos da GH, a IGFBP-3 sérica tamén parece estar regulada pola GH. A súa produción por algúns tecidos non hepáticos pode tamén estar directamente regulada pola GH. Adoitan utilizarse inmunoensaios para a IGFBP-3 sérica como parte da diagnose da deficiencia de GH na infancia.

O polimorfismo de IGFBP3 máis amplamente estudado, no nucleótido 202 na rexión promotora, está significativamente asociado cos niveis de IGFBP-3 circulantes, aínda que o mecanismo non está claro. Nalgúns estudos a IGFBP-3 circulante tamén parece estar regulada nutricionalmente, aínda que isto pode non observarse a nivel de ARNm. A IGFBP-3 foi identificada na linfa humana, aspirados de embigo, leite, líquido amniótico, líquido folicular, plasma seminal, ouriños, dialisado peritoneal, líquido sinovial, bágos e líquido cefalorraquídeo, ademais de no soro sanguíneo.

Hai moitos factores que incrementan a produción de IGFBP-3 polas células, como o factor de crecemento transformante β (TGFβ), factor de necrose tumoral α, vitamina D, ácido retinoico, IGF-1 e estímulos como a quimioterapia que activan o supresor de tumores p53. Os estróxenos inhiben a produción de IGFBP-3 e os seus niveis nos tecidos son menores nos cancros de mama positivos para o receptor de estróxenos que nos negativos para dito receptor.

Interaccións Os principais ligandos da IGFBP-3 na circulación son IGF-1 e IGF-2, e a subinudade lábil aos ácidos (ALS). As proteínas do soro transferrina, fibronectina, e plasminóxeno tamén se unen á IGFBP-3. No ambiente das células e os tecidos describíronse moitas outras interaccións (ver táboa). Dúas proteínas non realacionadas coa superficie celular designáronse como receptores de IGFBP-3: proteína relacionada co receptor de lipoproteína de baixa densidade 1 (LRP1), tamén coñecida como receptor de alfa-2-macroglobulina ou receptor de TGFβ de tipo V e a proteína transmembrana TMEM219. Crese que ambas as dúas son mediadoras de efectos antiproliferativos. Tamén se informou de interaccións funcionais co receptor de EGF e o sistema de receptores de TGFβ de tipo I/tipo II, e outras proteínas da superficie celular como os proteoglicanos tamén se unen á IGFBP-3. A IGFBP-3 pode entrar nas células por endocitose mediada por clatrina ou por caveolina. implicando posiblemente o receptor de transferrina.

A IGFBP-3 entra no núcleo celular por un mecanismo que non se comprende completamente, pero no que se produce a súa unión á importina-β. Dentro do núcleo, pode modular a actividade do receptor de hormonas nuclear ao unirse directamente ao receptor X retinoide, receptor de ácido retinoico, receptor de vitamina D, PPARγ, e nur77. A IGFBP-3 tamén interacciona coa proteína quinase dependente de ADN dentro do núcleo para promover a reparación de danos no ADN.

Táboa: moléculas que se unen á IGFBP3

A IGFBP3 presenta interaccións con:

ADAM12 ADAM28 COL1A1 FN1 IGFALS IGF1, IGF2 HSPA5 Humanina PLG RXRA TF KPNB1 PRKDC EGFR LTBP1

Accións celulares A IGFBP-3 exerce efectos antiproliferativos en moitos tipos celulares ao bloquear a capacidade do IGF-1 e IGF-2 de activar o IGF1R (o cal estimula a proliferación celular). Por exemplo, nas células do epitelio do esófago, a sensibilidade á estimulación por IGF-1 é suprimida coa secreción de IGFBP-3 e recupérase cando a IGFBP-3 é regulada á baixa polo factor de crecemento epidérmico. A IGFBP-3 pode tamén inhibir a función celular por mecanismos que son independentes dos efectos da sinalización de IGF1R, mesmo en células que carecen totalmente de IGF1R. Os efectos independentes de IGF (ou de IGF1R) estúdanse habitualmente usando formas mutantes da IGFBP-3 que teñen unha menor afinidade de unión ao IGF. Así, a apoptose inducida por IGFBP-3 en células precursoras dos condrocitos en diferenciación obsérvase igualmente cun mutante de IGFBP-3 que non se une a IGF, o que demostra que o mecanismo non implica a unión de IGF. A inhibición do crecemento independente de IGF1R feita por IGFBP-3 pode implicar a indución de proteínas proapoptóticas como Bax e Bad e pode ser mediada por ceramidas (lípidos proapoptóticos), ou potenciar a acción de ceramidas. A interacción de IGFBP-3 con receptores de hormonas nucleares pode tamén orixinar a inhibición da proliferación celular.

Contrastando con efectos inhibidores do crecemento típicos da IGFBP-3, tamén se observou a estimulación da proliferación celular pola IGFBP-3. Isto pode ocorrer potenciando a proliferación estimulada por IGF ou en ausencia de IGF-1. En células endoteliais e células do epitelio mamario, os efectos estimuladores da IGFBP-3 implican a activación do encima esfingosina quinase e a xeración do lípido bioactivo esfingosina-1-fosfato, o cal promove o crecemento ao transactivar o receptor EGFR.

Papel no cancro

Baseándose en experimentos de crecemento celular, modelos de cancro animais e estudos epidemiolóxicos, parece que a IGFBP-3 funciona como un xene supresor de tumores de baixa penetrancia.

A desregulación da IGFBP-3 foi implicada en moitos cancros. A regulación á baixa da súa expresión en tecidos pola hipermetilación do promotor nalgúns cancros, como o hepatoma e o cancro de pulmón de células non pequenas poden asociarse cun mal resultado para o paciente. Porén, en concordcancia co papel dobre inhibidor e estimulador da IGFBP-3 observados en cultivos celulares, hai outros tipos de cancro, como o cancro de mama, cancro de páncreas, e o cancro de células renais de células claras no cal unha alta expresión de IGFBP-3 no tecido foi ligada a características de prognóstico malo ou de mal resultado para o paciente. Os mecanismos que regulan estes efectos contraditorios da IGFBP-3 in vivo non se comprenden ben.

Como a IGFBP-3 é abundante na circulación sanguínea de adultos sans (tipicamente 2–4 mg/L) e é en gran medida estabilizada pola súa formación dun complexo co IGFs e ALS, é improbable que a IGFBP-3 derivada de tumores teña unha grande influencia nos niveis circulantes. Fixéronse moitos estudos que ligan os niveis circulantes de IGFBP-3 coa presenza ou risco de padecer varios cancros ou co resultado para o paciente, pero a miúdo non se puideron sacar conclusións inequívocas. Por exemplo, niveis altos en plasma de IGFBP-3 estaban asociados cun risco prospectivo reducido de padecer cancro colorrectal en mulleres, pero nun estudo que incluía homes e mulleres, o risco de cancro de colon foi asociado positivamente co IGFBP-3 do plasma, mentres que non había unha asociación significativa co cancro rectal. Unha revisión sistemática grande concluíu que os niveis circulantes de IGFBP-3 mostrou unha asociación modesta cun incremento do risco de padecer varios cancros, pero os resultados varían co sitio.