Structural and biochemical studies of the insulin and IGF1 receptors

胰岛素和 IGF1 受体的结构和生化研究

基本信息

  • 批准号:
    9916628
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Insulin and insulin-like growth factor-1 (IGF1) are closely related polypeptide hormones/growth factors that regulate cell growth and metabolism. Insulin and IGF1 exert their biological effects on target cells by binding to distinct cell surface receptors, the insulin receptor (IR) and the IGF1 receptor (IGF1R), respectively, which are structurally related receptor tyrosine kinases. IR and IGF1R have low basal activity, which is stimulated through ligand binding to the ectodomains, resulting in autophosphorylation of specific tyrosine residues in the cytoplasmic tyrosine kinase domains. Aberrant signaling by IR and IGF1R is relevant to human disease: decreased signaling of IR plays a role in non-insulin-dependent diabetes mellitus, while increased signaling of IGF1R and IR is implicated in cancer. Despite extensive structural and biochemical studies of the separate ectodomains and cytoplasmic domains of these receptors, a comprehensive understanding of the signal transduction mechanism for IR and IGF1R is still lacking. To address these issues, we have produced highly purified preparations of full-length IR and IGF1R that are detergent-soluble, functional, and responsive to their ligands. We will use biochemical approaches and single-molecule fluorescence resonance energy transfer (FRET) to understand the relative positioning of the tyrosine kinase domains in the unliganded, basal and phosphorylated, activated states. These structure-function studies will be correlated with studies of the metabolic functions of IR and the growth-promoting effects of IGF1R in cultured cells. We will also test the hypothesis that cellular sterol and lipid composition affects transmembrane signaling by IR and IGF1R. To do this, we will take advantage of new methodology to manipulate the composition of the plasma membrane in living cells. Finally, we will characterize the interaction between IGF1R and a soluble fragment of E-cadherin (sEcad) that is shed from cancer cells. Previous work showed that sEcad activates IGF1R signaling in cultured cancer cells and in human cancer specimens, and we have shown that this is due to a direct interaction between the proteins. We will identify binding determinants on IGF1R and on sEcad that are important for this interaction. The sEcad-IGF1R interaction represents a novel target for therapeutic intervention. The work proposed in this grant application will advance our knowledge of the molecular mechanisms involved in transmembrane signaling by IR and IGF1R. This information should prove to be valuable in the design of small-molecule agonists that act intracellularly to activate IR; such agonists would have potential use as anti- diabetic therapeutics. In addition, from an understanding of the activation mechanism, it might be possible to develop IR/IGF1R inhibitors to block receptor signaling in cancer cells.
胰岛素和胰岛素样生长因子-1 (IGF1) 是密切相关的多肽激素/生长因子, 调节细胞生长和新陈代谢。胰岛素和 IGF1 通过与靶细胞结合发挥其生物学作用 不同的细胞表面受体,分别是胰岛素受体(IR)和IGF1受体(IGF1R) 结构相关的受体酪氨酸激酶。 IR和IGF1R基础活性低,受到刺激 通过配体与胞外域结合,导致特定酪氨酸残基的自磷酸化 细胞质酪氨酸激酶结构域。 IR 和 IGF1R 的异常信号传导与人类疾病相关: IR 信号传导减少在非胰岛素依赖型糖尿病中发挥作用,而 IR 信号传导增加在非胰岛素依赖型糖尿病中发挥作用。 IGF1R 和 IR 与癌症有关。尽管对单独的结构和生化进行了广泛的研究 这些受体的胞外域和胞质域,全面了解信号 IR和IGF1R的转导机制仍然缺乏。为了解决这些问题,我们制作了高度 全长 IR 和 IGF1R 的纯化制剂,具有洗涤剂可溶性、功能性且对其响应敏感 配体。我们将使用生化方法和单分子荧光共振能量转移 (FRET) 了解酪氨酸激酶结构域在未配体、基础和 磷酸化、激活状态。这些结构-功能研究将与以下方面的研究相关: IR 的代谢功能和 IGF1R 在培养细胞中的生长促进作用。我们还将测试 假设细胞甾醇和脂质成分影响 IR 和 IGF1R 的跨膜信号传导。要做的事 为此,我们将利用新的方法来操纵质膜的组成 活细胞。最后,我们将表征 IGF1R 和 E-钙粘蛋白可溶性片段之间的相互作用 (sEcad) 从癌细胞中脱落。先前的研究表明 sEcad 在培养物中激活 IGF1R 信号传导 癌细胞和人类癌症标本中,我们已经证明这是由于直接相互作用 蛋白质之间。我们将确定 IGF1R 和 sEcad 上对此很重要的结合决定簇 相互作用。 sEcad-IGF1R 相互作用代表了治疗干预的新靶点。工作 本拨款申请中提出的建议将增进我们对涉及的分子机制的了解 IR 和 IGF1R 的跨膜信号传导。这些信息在设计中应该被证明是有价值的 在细胞内发挥作用以激活 IR 的小分子激动剂;此类激动剂有可能用作抗 糖尿病治疗。此外,根据对激活机制的理解,也许可以 开发 IR/IGF1R 抑制剂来阻断癌细胞中的受体信号传导。

项目成果

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