İnsülinin yapısı ; katlanabilirlik, akan metabolik trafik, kendi kendine düzenlenme ve reseptöre bağlanma gibi belirleyicileri içerir.
İnsülin, proteolitik işlenmesi tek zincirli bir öncü olan preproinsülinin biyosentetik ürünüdür.
Proinsülinin bağlantı (C-peptit) alanı, esas olarak olgunlaşan salgı granülleri içerisinde etki eden özel bir endoproteaz seti ve bir karboksipeptidaz aktivitesi ile uzaklaştırılır.
İnsülin, glukoz tarafından düzenlenen özel salgı kesecikleri içinde mikrokristalin çinko insülin heksamer dizileri olarak depolanır.
İnsülin sekresyonunun düzenlenmesi, plazma membran depolarizasyonu ve kalsiyum-iyon homeostazisini içeren metabolizma ve elektrofizyolojik olaylarla ilişkilidir.
İnsülin reseptörü ise, hücre dışı bir hormon bağlama alanı ve hücre içi tirozin kinaz alanı içeren bir transmembran proteinidir.
İnsülinin, insülin reseptörüne (bir (αβ)2 dimer) bağlanmasına insülinin hem A hem de B zincirlerindeki yan zincirler aracılık eder.

İnsülin genindeki baskın mutasyonlar, proinsülin varyantlarının toksik yanlış katlanması nedeniyle, belirgin şekilde neonatal başlangıçlı kalıcı diyabet dahil olmak üzere, monogenik diyabet sendromlarına neden olur.

İnsülin insan metabolizmasının düzenlenmesinde merkezi bir rol oynar. Hormon, Langerhans Adacıklarındaki β hücreleri tarafından salgılanan 51 kalıntılı bir anabolik proteindir. Disülfid bağlarıyla birbirine bağlanan iki zincir (A ve B) içeren olgun hormon, proinsülin olarak adlandırılan tek zincirli bir öncünün translasyon sonrası ürünüdür.

İnsülinin üç boyutlu yapısına ilişkin kapsamlı çalışmalar, metabolik bozukluk olan Diabetes Mellitus’un (DM) tedavisi için terapötik analogların geliştirilmesine olanak sağlamıştır. İnsülin geni mutasyonları nadirdir. Mutasyonların en büyük sınıfı, proinsülin katlanmasının bozulmasıyla ilişkilidir; bu da genellikle neonatal dönemde başlayan ilerleyici endoplazmik-retiküler (ER) strese, β hücre ölümüne ve DM’ye yol açar.

İnsülinin temel tamamlayıcı fonksiyonları (a) sistemik dolaşımdan glukoz alımının uyarılması ve (b) hepatik glukoneogenezin baskılanması ve birlikte glukoz homeostazisinin düzenlenmesidir.

DM, insülinin göreceli eksikliğinden veya endojen hormona karşı hassasiyet eksikliğinden kaynaklanan azalmış glukoz toleransı ile karakterizedir. Yetersiz insülin veya azalmış insülin duyarlılığı hiperglisemiye neden olur. Dokuların yüksek ortam glukoz konsantrasyonlarına uzun süre maruz kalması, makro ve mikrovasküler hastalıklar da dahil olmak üzere komplikasyonların gelişmesiyle ilişkilidir. Koroner kalp hastalığı, serebrovasküler hastalık ve  retinopati, nefropati ve nöropati özellikle endişe vericidir.

Von Mering ve Minkowski, 19. yüzyılın sonlarında pankreasın alınmasının köpeklerde DM gelişmesine yol açtığını belirtmişlerdir. Schafer ilk olarak 1916’da “insülin” adını verdiği antidiyabetik hormonun, pankreas adacıklarından salgılandığını öne sürdü. Barron 1920’de, ekzokrin pankreasın tahrip edilmesiyle pankreas kanalının ligasyonunun, ancak 1869’da Langerhans tarafından bu şekilde adlandırılan adacıkların da tahrip edilmesi durumunda DM ile sonuçlandığını kaydetti. 

insülin reseptörü (IR) aktivasyonu,  çoklu reseptör sonrası sinyal yollarını modüle eden bir reseptör tirozin kinaz süper ailesine aittir. Böylece insülin, hücre büyümesi ve farklılaşmasının yanı sıra protein ve yağ sentezi, RNA ve DNA sentezi gibi diğer hücresel süreçleri de düzenler. Ancak diyabetin klinik belirtilerinde birincil öneme sahip olan durum, glukoz alımının düzenlenmesidir.

İNSÜLİN İLE PLAZMA GLUKOZUNUN DÜZENLENMESİ

Spesifik membran taşıyıcıları, insülin stimülasyonuna yanıt olarak, plazma glukoz konsantrasyonlarını azaltmak için glukozun hücrelere hareketini kolaylaştırır. Taşınan glukoz daha sonra metabolik yakıt olarak kullanılır veya glikojen adı verilen karmaşık bir polimerik yapı halinde depolanır.

İki ana glukoz taşıyıcı türü bilinmektedir: Na+’ya bağımlı ve Na+’dan bağımsız.

Yalnızca Na+’dan bağımsız taşıyıcılar , insüline duyarlıdırlar.

Na+’ya bağımlı glukoz taşıyıcı ailesi, çeşitli dokularda, özellikle ince bağırsak epitelinde (SGLT1) ve renal proksimal tübülde (SGLT2) ve ayrıca diğer böbrek tübül hücrelerinde tanımlanmıştır. Bu taşıyıcılar bağırsak ve böbrek hücrelerinin lümenal tarafında bulunur ve glukozun bu hücrelere doğru hareketini Na+’nın hücre içine doğru hareketiyle birleştirerek konsantrasyon gradyanına karşı glukozu absorbe etme görevi görür.

Na + elektrokimyasal gradyanında aşağı doğru hareket ettiğinden, bu enerji glukozun hücrelere birlikte taşınması için kullanılabilir. Dolayısıyla bu taşıyıcı, bir Na+/K+ -ATPase iyon pompası tarafından tutulan hücre dışı ve hücre içi sodyum iyonlarının konsantrasyonlarına bağlıdır.

Birkaç izoformdan oluşan Na+’dan bağımsız glukoz taşıyıcı ailesi, glukozun bir plazma zarı boyunca konsantrasyon gradyanına doğru hareketini kolaylaştırır. Yedi izoform tanımlanmış olmasına rağmen (Glut1-7 olarak adlandırılır),  Glut4 önemlidir çünkü iskelet kası, kalp kası ve yağ dokusu dahil olmak üzere insüline duyarlı dokularda en yüksek konsantrasyonda bulunan taşıyıcıdır. Glut4 ve daha az oranda Glut1, bu hücrelerin glukoz alımını artırmasını sağlar ve böylece dolaşımdaki konsantrasyonları azaltır.

Glukozun, glukoz-6-fosfata hızlı fosforilasyonu ve diğer metabolik ürünlere dönüşümü nedeniyle hücre içi glukoz konsantrasyonu düşük olduğundan, plazma zarındaki aktif taşıyıcıların varlığı, glukozun hücrelere girmesi hareketini kolaylaştırır.

İnsülin, hedef hücrelerin plazma zarındaki taşıyıcıların sayısını artırarak glukoz alımını artırır. Bu ilk olarak adipositlerde ve daha sonra iskelet ve kalp kasında gösterilmiştir. Bu tür hücrelerin insülinle uyarılması, glukoz taşınmasını kolaylaştırmak için taşıyıcıları hücre içi bölümlerden plazma zarına doğru harekete geçirir. Reseptörlerin plazma membranına translokasyonunun, insülin uyarımından sonraki 30 saniye içinde gerçekleştiği gösterilmiştir; Uyaran etkisi azaldıkça, plazma zarı reseptörlerinin sayısındaki azalma, glukoz taşınmasındaki bir düşüşle eşzamanlı olarak azalır. Glut4 yoluyla glukoz taşınması pasif bir süreç olmasına rağmen (yalnızca glukoz gradyanının kimyasal potansiyeli ve taşıyıcıların Vmax’ı ile sınırlıdır), translokasyon ve reseptörlerin ters yeniden içselleştirilmesi enerjiye bağlı süreçlerdir.

İnsülinin IR’e bağlanması ve aktivasyonu üzerine hücre içi depolardan Glut4 translokasyonunun sinyalleme yeteneğinin bozulması, Tip 2 DM’de postprandiyal hiperglisemiye neden olur.

Hayvan çalışmaları aynı zamanda insülin direncinin, kas hücrelerinde glukoz taşıyıcılarının plazma zarına translokasyonunun azalmasıyla ilişkili olduğunu da göstermiştir. Aslında, DM’li hayvan modellerinde azalan insülin seviyelerinin yalnızca taşıyıcı translokasyonunu azaltmakla kalmayıp aynı zamanda kas hücrelerinde Glut4 ekspresyonunu da zayıflattığı gösterilmiştir.

Dolayısıyla, insülinin ; hem glukoz taşıyıcı translokasyonunu arttırmak için kısa vadeli bir sinyal hem de hedef hücrelerde bu tür taşıyıcıların bazal ekspresyon seviyesini korumak için uzun vadeli bir sinyal sağladığı görülmektedir. Akut ve bazal etkilerin kombinasyonu, Tip 1 DM’de (düşük veya kaybolan endojen insülin seviyeleriyle karakterize edilir) veya Tip 2 DM’de (insülin direnciyle karakterize edilir) patolojik olarak yüksek plazma glukoz seviyelerine neden olabilen ortak bir mekanizma sağlar : Transmembran düzenleme ve ekspresyonunun kaybı glukoz taşıyıcıları β hücrelerinin yüzeyinde ifade edilen Glut2, insülin sekresyonunun düzenlenmesine katkıda bulunur. Buna göre, β hücresine özgü bir IR , insülinin muhtemelen β hücresinden kendi salgısını pozitif olarak düzenlediğini gösterdi.

İNSÜLİN BİYOGENEZİ VE SALIMININ MEKANİZMASI

İnsülin keşfedilen ilk peptit hormonudur. Abel, 1926’da insülini kristalleştirmeden ve 1935’te Jensen ve Evans, insülinin gerçekten bir protein olduğunu kanıtlayarak B zincirinin N-terminal fenilalaninini tanımlamadan önce, tüm hormonların küçük moleküller olduğuna inanılıyordu. 1950’lerin ortasında insülinin amino asit dizisinin Sanger tarafından aydınlatılmasıyla (bkz. aşağıdaki şekil), insülinin 30- bir zincire bağlı 21 kalıntılı bir A zincirinden oluşan iki zincirli bir heterodimer olduğu anlaşıldı. B kalıntısı zinciri, sistein kalıntılarından (A7-B7 ve A20-B19) türetilen iki disülfit bağıyla oluşturulur. A zincirinde (A6-A11) zincir içi bir disülfit bağı da mevcuttur.

 

İnsülin molekülünün amino asit bileşimi ve büyüklüğü (yaklaşık 6.000 Dalton), öncü ( PRO ) protein (yaklaşık 9.000 D), C alanı olarak adlandırılan, araya giren bir segment aracılığıyla birleştirilen sürekli tek bir zincirde insülinin hem A hem de B zincirini içerir. C alanının uzunluğu omurgalı türleri arasında farklılık gösterir (tipik olarak 30-35 kalıntı) ve her iki ucunda dibazik kalıntılar (Arg-Arg ve Lys-Arg) bulunur. Proinsülin, olgun hormonu ve serbest bir C-peptidi (dibazik kalıntılardan yoksun olan) serbest bırakmak için bu dibazik bağlantılardan trypsin benzeri bir enzim tarafından bölünür.

Araştırmacılar, insülinin ek ve daha büyük bir öncüsü olan preproinsülin olduğunu keşfetti. Bu tek zincirli polipeptit (yaklaşık 12.000 Dalton), amino terminalinde hidrofobik kalıntılardan oluşan 24 kalıntılı bir sinyal peptidi tarafından uzatılan proinsülin içerir. Böyle bir sinyal dizisi, salgı yoluna giren proteinlerin karakteristiğidir. Preproinsülinin sinyal peptidi, ER’ye translokasyonuyla eşzamanlı olarak bölünür ve dolayısıyla proinsülinin kendisi (ER’nin oksidatif katlama makinesiyle birlikte) uygun disülfit eşleşmesine ve üç boyutlu protein katlanmasına aracılık eder.

İnsan insülin geninin 1500 bazında kodlanan bilgilerin (Bell ve meslektaşları tarafından 1980’de sıralandığı gibi) preproinsüline dönüştürülmesinde ve bunun ardından insüline proteolitik dönüşümünde yer alan adımlar aşağıdaki şekil’de gösterilmektedir. İlk adımlar nükleik asit seviyesinde meydana gelir: ilk mRNA transkripti, araya giren iki dizinin eksizyonu yoluyla değiştirilir, 5′ terminali 7-metil guanozin ile kapatılır ve 3′-terminal, poliadenilasyona uğrayarak bir poliadenilasyona uğrar ( olgun mRNA ürünü ).

Bu mRNA ürünü, kaba endoplazmik retikulum (rER) üzerinde çevrilen ve daha sonra sinyal peptidinin, rER membranındaki sinyal tanıma partikülü (SRP) ve SRP reseptörü ile bir dizi etkileşimi yoluyla RER lümenine translokasyonu yapılan preproinsülini kodlar. Bir sonraki adım dizisi protein düzeyinde gerçekleşir. Sinyal peptidi, rER lümeninde bir sinyal peptidaz (rER membranının lümenal tarafında bulunur) tarafından yarılır. rER’nin sarnıçları içinde proinsülin, insülinin doğrudan öncüsü olan doğal üçüncül yapıyı oluşturmak için hızlı bir şekilde katlanır ve disülfür bağı oluşumuna uğrar. Sinyal peptidi rER’de hızla parçalanır ve bu nedenle β hücrelerinin normal bir salgı ürünü değildir.

Son aşamalarda proinsülin Golgi aygıtına taşınır ve burada salgı granülleri halinde paketlenir ve doğal insülin ve C-peptide dönüştürülür. Dönüşüm süreci trans Golgi ağında başlayabilir ancak yoğunlaşan vakuollerde (erken salgı granülleri) devam eder ve ürünler olgun salgı keseciklerinde depolanır ve küçük miktarlarda (yaklaşık %2-3) birlikte eşmolar miktarlarda salgılanır. proinsülin ve ara bölünme ürünleri. Glukoz, beta hücreleri tarafından insülin salgılanmasını uyarmanın yanı sıra, aynı zamanda insülin gen transkripsiyonunu da aktive eder, insülin mRNA stabilitesini arttırır ve translasyonunu uyarır.

Proinsülin, daha büyük boyutuna rağmen insülinin birçok fiziksel özelliğini paylaşır. Proinsülinin,  insüline benzer bir şekilde dimerler ve Zn2+-koordineli heksamerler oluşturduğu, karşılaştırılabilir bir izoelektrik noktaya ve çözünürlüğe sahip olduğu ve insülin antiserumları ile çapraz reaksiyona girdiği gösterilmiştir.

Proinsülin ( %3-5 biyolojik aktivite gösterir ) ve insülindeki , C alanı esnektir ve birbirlerinin agonistidirler.

Proinsülin veziküllerinin rER’den cis Golgi’ye ve Golgi Apparatus yoluyla taşınması, ATP gerektiren, enerji gerektiren bir süreçtir. Trans Golgi’de başlatılan proinsülin‘in daha sonra insüline dönüşümü, prosekretuar granüller içinde hızlanır, çünkü bunlar asitleşip sitozolde salgılanmaya hazırlanmak için 1-3 saatlik bir süre içinde olgunlaşır. Artık proinsülin ve ara parçalanma ürünleri, toplam depolanmış insülinle ilgili proteinin yalnızca % 2-3’ünü oluşturur. İnsülin salgılayan granüller normalde birkaç saat veya birkaç gün gibi çok daha yavaş bir hızda değişir.

Proinsülinin insüline dönüşümü, iki tip proteazın ortak etkisi yoluyla meydana gelir: biri, C alanının her iki ucundaki dibazik kalıntı çiftlerinden sonra bölünen, trypsin benzeri endoproteaz aktivitesine sahip olandır ve diğeri, karboksipeptidaz B’ninkine benzeyen ekzopeptidaz aktivitesine sahip olan proteazlardır. Bu çalışma in vitro olarak da gerçekleşebilir.

İnsülinoma salgı granüllerinde iki endoproteaz vardır. Başlangıçta Tip I ve Tip II dönüştürücü enzimler olarak adlandırılan bu asidik endoproteazların her birinin Ca2+ iyonlarına bağımlı olduğu bulundu. Proinsülinde Arg31-Arg32’de (C alanının ilk iki konumu) bölünürken Tip II, 0,1 mM Ca2+ gerektirdi ve ağırlıklı olarak Lys64-Arg65’te (C alanının son iki konumu) bölündü. Her birinin ayrıca 6,0’a yakın bir asidik pH optimumuna sahip olduğu bulundu.

Pankreas adacıkları β-hücreleri üzerinde yapılan immünositokimyasal çalışmalarda, β-hücreleri pankreatik adacıklarında hem PC2 hem de PC1/3’ün olduğu ve bunların da proinsülini insüline dönüştürme yeteneklerinin olduğu, bu nedenle PC2 ve PC1/3 eksprese eden aşı virüsleri önemli hale geldi. B hücresinin olgunlaşan salgı granülünde PC2, PC1/3 ve karboksipeptidaz E birlikte çalışarak proinsülini olgun insülin ve C-peptide dönüştürür. Çalışmalar, PC1/3’ün ilk olarak B zinciri-C peptid bağlantısında proinsülini parçaladığını ve insülin vermek üzere tercihen PC2 tarafından parçalanan bir ara ürün ürettiğini göstermiştir. Dolayısıyla PC1/3’ün azalması, dolaşımdaki proinsülin seviyelerinin çok yüksek olmasına neden olur.

β hücresindeki salgı granülleri sitozolde olgunlaşır. Elektron mikroskobik (EM) çalışmalar, olgun granüllerin, 2-Zn insülin kristallerine benzer aralıklı, yoğun kristal görünümlü bir çekirdeğe sahip olduğunu göstermiştir. Yeni sentezlenen insülinin, çinko taşıyıcının (ZnT8) azaltılmasıyla , olgunlaşan salgı granüllerine taşınan çinko iyonları ile kristaller oluşturması muhtemeldir. Kristaller, β-granüllerin yoğun çekirdeğinde bulunurken, çözünür C-peptid, granülün daha az yoğun veya berrak çevresinde bulunur. Proinsülinin, muhtemelen karışık heksamerler halinde, küçük miktarlarda insülin ile kristalleştiği de bilinmektedir. Hem proinsülin hem de insülin, çinkoyu bağlama ve çinko-koordineli heksamerler (heksamerik birim başına iki Zn2+ eksenel atom) oluşturma yeteneğine sahiptir; histidin B10‘un yan zinciri eksenel Zn 2+ iyonlarını koordine eder. Çinko-insülin heksamerlerin kendiliğinden birleşmesi ve mikro kristalleşmesi, pH ile düzenlenebilir. Salgı granülleri, granül içindeki pH’ı pH 5.0-5.5‘e düşürmeye yarayan içsel bir proton pompasına sahiptir: bu, hem prohormon işlenmesi hem de in vitro kristalizasyon için idealdir. rER içindeki pH daha az asidiktir, bu da tiyol-disülfid değişimini ve dolayısıyla doğal disülfid eşleşmesi ile proinsülin katlanmasını destekler.

Adacıklardaki yüksek orandaki glukoz konsantrasyonu, insülin biyosentezini destekler ve sekresyonun birincil düzenleyicisidir. Yüksek glukoz konsantrasyonları, cAMP seviyelerinde bir artışa neden olur. cAMP daha sonra etkilerini protein kinaz A’yı (PKA) içeren bir mekanizma yoluyla uygular ve belirli anahtar proteinlerin fosforilasyonuna ve aktivasyonuna yol açar. Bu karmaşık olaylar zinciri boyunca, glukoz ve cAMP (ve muhtemelen hücre içi serbest kalsiyum ve IP3’teki artışın katkıları), insülin mRNA’sının translasyonunu ve transkripsiyonunu hızla artırır.

İnsülin mRNA’sı normalde yavaş bir şekilde döner ve yarılanma ömrü normalin altında yaklaşık 30 saattir. Ancak ortamdaki yüksek glukoz konsantrasyonları, insülin mRNA’sının yarı ömrünü üç kata kadar artırır. Salgı granüllerinin kalsiyuma bağlı ekzositozu,  glukozla uyarılmıştır.

 rER’den plazma zarına doğrudan proinsülin salgılanması çok az olur veya hiç olmaz. Diğer hormonlar ( glukagon, glukagon benzeri peptid-GLP-1, kolesistokinin, ve gastrik inhibitör peptit ) ve kimyasal maddeler de insülin salgısının düzenlenmesinde önemli bir rol oynarlar.

İnsülin sekresyonunun inhibitörleri arasında beta hücre zarı üzerindeki adrenerjik reseptörlerle etkileşime giren katekolaminler (adrenalin ve noradrenalin) ve pankreas adacıklarının hücreleri tarafından salgılanan somatostatin bulunur. 

Pankreas β hücrelerinde insülin salgısının  düzenlenmesinde, elektrofizyolojik iletim ile, hücre içi Ca2+ düzeyleri, salgı granüllerinin ekzositozuna yol açar.

İNSÜLİN SALGISINININ BİYOKİMYASI VE ELEKTROFİZYOLOJİSİ

β hücrelerinden insülin salgılanmasının, sağlıklı bireylerde glukoz homeostazisinin düzenlenmesinde önemli bir rolü olduğu gibi ; hem Tip 1 hem de Tip 2 DM’de (farklı nedenlerle) bozulduğu da hastalığın patofizyolojisidir. Aslında Tip 1 DM’nin prediyabetik durumunda ve Tip 2 DM’nin çeşitli formlarında insülin sekresyonundaki anormallikler patofizyolojinin ayrılmaz bir bileşenidir.

İnsülin büyük yoğun çekirdek keseciklerinde (LDCV) depolanır ve yukarıda açıklandığı gibi ekzositozla salınır. Bu salınım, salgı keseciklerinin plazma zarına taşınmasını, daha sonra kenetlenmesini, hazırlanmasını ve son olarak keseciğin plazma zarı ile füzyonunu içeren çok adımlı bir işlemdir. Bu süreç, beta hücresinin elektriksel depolarizasyonu ve insülin salınımı ile bağlantılı olarak besinler, diğer hormonlar ve nörotransmiterler tarafından ortaklaşa düzenlenir. Bununla birlikte, maksimum uyarı altında bile β hücresindeki keseciklerde depolanan insülinin yalnızca küçük bir kısmı salınır. Yani, sistemik insülin seviyelerinin biyosentezden ziyade sekresyonla düzenlendiği ve normalde depolama havuzlarının boyutuyla sınırlı olmadığı anlaşılmaktadır. Ancak insülin granüllerinin plazma zarına yönlendirilmiş taşınmasını düzenleyen mekanizmalar da tam olarak anlaşılmamıştır.

 Çok sayıda iyon kanalı, pompa ve taşıyıcı, diğer iyonların yanı sıra hücre içi kalsiyum konsantrasyonuna katkıda bulunarak p hücresinin membran potansiyelini (Vm) ayarlar; hücre dışı glukoz ~3 mM olduğunda bu ayar noktası -70 mV’ye yakındır.

β hücreleri elektriksel olarak uyarılabilir ve glukozun bu uyarılabilirliği kontrol ettiğini biliyoruz. Ayrıca β hücrelerinin aksiyon potansiyellerinin sülfonilüreler tarafından artırılmaktadır.

ATP’ye duyarlı potasyum (KATP) kanallarının dinlenme membran potansiyelindeki anahtar rolü de , β hücresi ve bu kanalların insülin sekresyonu mekanizmasındaki önemi de çalışılmaktadır.

Glukoz konsantrasyonunun >8-10 mM’ye yükselmesi, β hücresinin depolarizasyonuyla sonuçlanır. Glukoz, GLUT2 taşıyıcısı tarafından β hücresine alınır ve ATP üretmek için glukokinaz, glukoliz ve mitokondri yoluyla metabolize edilir. Bu, ATP/ADP oranını değiştirerek KATP kanallarının kapanmasına ve azalan K+ geçirgenliği yoluyla hücrenin depolarizasyonuna neden olur.

ATP, KATP kanallarını engeller ve ADP onları açar. Glukoz metabolizması tarafından üretilen diğer nükleotidler (Ap3A: diadenozin trifosfat ve Ap4A: diadenozin tetrafosfat), KATP kanallarının kapanmasına aracılık eden ikinci haberciler olarak gösterilmiştir, ancak bunların önemi belirsizliğini korumaktadır.  SUR1’deki mutasyonlar kalıcı aktivasyona neden olarak neonatal hiperinsülinemi ve hipoglisemiye yol açabilir.

 Membran depolarizasyonunda voltaja bağlı Ca2+ kanalları (Cav) açılır; ve glukozla düzenlenen salgı granüllerinin ekzositozu olur ve insülin salgılanır.

Cav kanalları, düşük voltaj eşiğine (LV: daha negatif potansiyellerde etkinleştirilir) veya yüksek voltaj eşiğine (HV: nispeten depolarize potansiyellerde etkinleştirilir) göre sınıflandırılır. HV kanalları ayrıca alt sınıflara ayrılabilir: L, N, P, Q ve R. İnsülin sekresyonu, L tipi Cav’yi inhibe eden dihidropiridin bazlı kalsiyum kanal bloke edici ajanlar tarafından inhibe edilir. L tipi Cav aktivatörleri insülin sekresyonunu uyarırlar.

Voltaja duyarlı yolakların yanı sıra çeşitli hormonlar ve nörotransmiterler de insülin sekresyonunu düzenler. Epinefrin, galanin, somatostatin, asetilkolin ve glukagon benzeri peptid (GLP) gibi moleküllerin her biri, aynı kökenli reseptörlere bağlanarak insülin salgısının düzenlenmesine katkıda bulunur.

Kolesistokinin (CCK reseptör yolu) ve asetilkolin (β hücrelerindeki M3 reseptörü), fosfoinositid katabolizması yoluyla insülin sekresyonunu güçlendirir ve ardından hücre içi kalsiyum iyonlarının mobilizasyonu sağlanır.

GLP-1 ve glukoza bağımlı insülinotropik polipeptit (GIP) gibi diğer insülin salgılanmasını güçlendirici maddeler, adenil siklazı aktive etmek ve hücre içi cAMP’yi arttırmak için ilgili aynı kökenli GPCR’lere bağlanır, bu da protein kinaz A’yı (PKA) aktive eder. PKC veya PKA’nın uyarılması, beta hücresindeki ikinci haberci sistemlerini değiştirir ve insülin sekresyonunu etkilemek için iyon kanallarını kimyasal olarak değiştirebilir.

İnsülin salgılanma sürecinin oldukça karmaşık olduğu açıktır; ve araştırmalar β hücresi moleküler biyolojisi ve elektrofizyolojisi hakkında yeni bilgiler sağlamaya devam ediyor. Bu tür çalışmalar insülinin etkisinin ve DM’deki serbestleştirilmesinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacaktır.

İnsülinin üç boyutlu yapısı kristallerde X-ışını kırınımıyla ve çözeltide NMR spektroskopisiyle çok ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu tür çalışmalar proinsülinin katlanması ve insülinin fonksiyonu hakkında değerli bilgiler sağlamıştır. Daha önce de belirtildiği gibi insülin ilk kez 1926’da eşkenar dörtgen formda kristalleştirildi; ve neredeyse 10 yıl sonra Scott, çinko iyonlarının ve diğer iki değerlikli katyonların kristalizasyondaki önemini açıkladı. 1969’da heksamerik 2-Zn insülinin yapısı (modern terminolojide T6 olarak adlandırılır)   X-ışını yöntemleri kullanılarak belirlendi; bu yapı ve daha sonra atomik çözünürlüğe dönüştürüldü.

Şu anda, heksamerlerin (T6, T3Rf3 ve R6), çinko içermeyen dimerlerin (T2) ve monomerik parçaların üç yapısal ailesini tanımlayan çeşitli kristal formları bulunmaktadır.

T 6 insülin hekzameri (MW ~36000 Da), üç katlı bir simetri ekseni ile ilişkili üç dimerik birim olarak düzenlenmiş altı insülin molekülünden oluşur. Dimerler (MW ~12000), üç katlı dönme eksenine dik olan sözde iki katlı bir simetri eksenine sahiptir. Dimerlerdeki her bir protomer benzer ana zincir yapısına sahip olmasına rağmen, belirli yan zincirlerin düzeni bakımından aynı değildir ve ikili simetriyi bozar. En belirgin fark, Phe B25‘in yan zincirinin bir protomerde hidrofobik çekirdeğe doğru, diğerinde ise dışarıya doğru katlanmış olmasıdır. İki eksenel Zn2+ atomu, heksamerin üç katlı simetri ekseninde bulunur; her biri üç His B10 kalıntısı ve üç su molekülü tarafından oktahedral koordinasyon sergiler.

T6 insülin yapısı insülinin hidrofobik, solvente maruz kalan ve potansiyel bağlanma yüzeylerini tanımlar. Bu karakterizasyon, insülin heksamer, tasarlanmış dimer ve tasarlanmış monomerin NMR bazlı çözelti yapıları tarafından desteklenmiştir. Çinko bağlanmasını ve heksamer oluşumunu önleyen His B10 Asn içeren bir varyant insülindir.

İnsülin öncelikle düşük konsantrasyonlarda (~10-6 M) bir monomer olarak bulunur ve nötr pH’ta daha yüksek konsantrasyonlarda dimerler oluşturur. Yüksek konsantrasyonlarda ve çinko iyonlarının varlığında insülin hekzamerik kompleksler oluşturur. Molekülün plazmadaki dolaşım şekli olan insülin monomerleridir.

İnsülin reseptörüne bağlanan ve onu tetikleyen de insülin monomeridir. Biyolojik açıdan önemli olmasına rağmen (insülin, β-hücresinin salgı granülünde çinkoya bağlı hekzamer öz-birleşimi ve mikro-kristalleşme geçirir), çinko iyonlarının konsantrasyonunun düşük olduğu plazmada, önemli miktarda hekzamer bulunamaz. Çinko düşük ise, insülin hekzameri de düşüktür. Ayrıca, portal dolaşımda çinko içermeyen dimerler mevcut olsa da, sistemik dolaşımda salgılanan insülinin kademeli olarak seyreltilmesi, monomerik moleküllerin baskın olmasına yol açacaktır. NMR çalışmaları, çözeltideki serbest monomerin konformasyonunun T-durum kristalografik protomerinin konformasyonuna benzediğini doğrulamaktadır, ancak esnekliği, reseptör bağlanmasının indüklenen uyumla ilişkili olma olasılığını ortaya çıkarmaktadır.

İnsülindeki Yetişkin başlangıçlı diyabet mellitusun monogenik sendromuyla ilişkili klinik mutasyonlar için İkamelere örnek  Val A3 Leu (Insulin Wakayama), Phe B24 Ser (Insulin Los Angeles) ve Phe B25 Leu’dur (Insulin Chicago ). A3 ve B25 mutasyonları reseptör bağlanmasını belirgin şekilde bozarken, Ser B24 bağlanmayı on kattan daha az bozar.

Bazen yüksek doz insüline maruz kalan hastalar, kanser riskiyle ilişkilendirilebilirler.

İnsülin yapısındaki A-zincirinin N-terminal kalıntıları omurgalı insülinleri arasında korunmuştur ve A zincirinin N-terminusunun N-asetilasyonu reseptör bağlanmasında yaklaşık %30’luk bir azalmaya neden olur ve bu da A1’deki pozitif yüklü serbest amino grubunun önemini gösterir. Gly A1’in silinmesi ayrıca reseptörün doğal hormona bağlanmasında %15’lik bir azalmaya neden olur. Gly A1’in çeşitli L-amino asitlerle değiştirilmesi analogların bağlanma oranının %2-20 oranında azalmasına neden olur.

Ile A2 ve Val A3‘ün hidrofobisitesi, yüksek afiniteli reseptör bağlanması için kesinlikle gereklidir.

 N-terminal B-zincir kalıntıları (Phe B1 -Val B2 -Asn B3 -Gln B4 ) biyolojik aktivitede azalmalarla silinebilir (tavşanlarda kan şekerini düşürmede insülinin %60-70’i). Bu sonuçlar N-terminal dört kalıntının hormon-reseptör kompleksinde sınırlı bir öneme sahip olduğunu düşündürmektedir. Buna karşılık, His B5‘in ardışık olarak çıkarılması sadece %15 aktiviteye sahip bir analog olan des -pentapeptit(B1-B5) insülin ile sonuçlanır. Leu B6’nın daha fazla silinmesi < %1 bağlanma afinitesine sahip bir bileşik ile sonuçlanır. Sistin A7-B7 serbest insülin monomerinin yüzeyinde yer alır ve prensip olarak reseptör bağlanmasına katkıda bulunabilir.

B-Zincir COOH-terminus insülin molekülü için çok önemlidir( B-zinciri C-terminal β-ipliği ). Silinme analizi, C-terminal kalıntıları Tyr B26 , Thr B27 , Pro B28 , Lys B29 ve Thr B30‘un kaldırılabileceğini ortaya koymuştur; ortaya çıkan analog des -pentapeptit (B26-B30)-insülin-amid (yani, bir C-terminal karboksilattan yoksun) tamamen aktiftir.

C-terminal beş kalıntısı yine de dimerizasyon ve hekzamir oluşumu için gereklidir. Phe B25‘in (analog C-terminal amidasyonu ile) çıkarılması, reseptör bağlanmasını bozar ( %6  afiniteler bağlanma).

 Phe B24’ün aromatik halkasının işlevsel önemi verimli reseptör bağlanmasında meydana çıkar.

Phe B25 de reseptöre bağlanmada çok etkilidir.B25 pozisyonunda para -azido-Phe veya para -benzoil-Phe içeren foto-reaktif insülin analogları reseptöre etkili bir şekilde çapraz bağlanır. Bu nedenle ve Phe B25 Leu’nun (İnsülin Chicago) belirgin inaktivitesi vardır.

İnsülinin üç boyutlu yapısı

İnsan insülin polipeptitlerinin amino asit dizileri Sanger ( Frederick Sanger 1958 Nobel Kimya Ödülü ) ve arkadaşları tarafından 1950’lerin başında belirlenmiştir . Hormon, olgun formunda iki polipeptit zincirinden oluşur: 30 kalıntılı bir B zinciri ve 21 kalıntılı bir A zinciri, iki disülfür bağıyla (CysB7 ila CysA7 ve CysB19 ila CysA21) birbirine bağlanmıştır ve ayrıca A zincirinde (CysA6 ila CysA11) bulunan bir başka disülfür bağı vardır. İnsülinin olgun formu, B zincirinin C terminalinin, A zincirinin N terminaline sözde “C peptidi” ile bağlandığı tek zincirli bir polipeptit olan “proinsülin” öncüsünden kaynaklanır . Olgunlaşma, C peptidinin enzimatik olarak uzaklaştırılmasını ve ayrıca yeni oluşan B ve C peptid C uçlarının karboksipeptidazlar tarafından kırpılmasını içerir.

İnsülinin üç boyutlu atomik yapısı 1969’da Hodgkin ve arkadaşları tarafından yayınlanmıştır , insülin yapısı belirlenen altıncı proteindir. 2,8 Å çözünürlükte X-ışını kristalografisi ile belirlenen bu yapı, B zincirinin merkezi bir α heliksi (B9 ila B19 kalıntılarını kapsayan) ve A zincirinin iki α heliksi (sırasıyla A1 ila A8 ve A12 ila A20 kalıntılarını kapsayan) içerdiğini ortaya koymuştur.

Yukarıdaki şekilde ( A,B,C,D,E ) ; İnsülinin üç boyutlu yapısı ve tahmini reseptör bağlanma yüzeyleri tasvir edilmiştir. ( A ) Zincir A (camgöbeği) ve B (macenta) ile birlikte iki zincir arası disülfür bağı ve bir zincir içi disülfür bağı gösteren insülin monomerinin yapısı. ( B ) İnsülin dimerinin ve üç dimerin insülin hekzamerine montajı. İki çinko atomu (yeşil) hekzamer ekseninde yer alır. Üç dimer, çeşitli gösterimlerle (sırasıyla şerit, şerit artı şeffaf yüzey ve opak yüzey) gösterilmiştir. ( C ) Seçili kalıntıların vurgulandığı insülin dimer arayüzünün ayrıntısı. ( D ) İnsülinin reseptör bağlanma kalıntılarının sözde “klasik” kümesi (çubuk gösterimi); bunlar insülinin dimer oluşturan yüzeyiyle (saydam beyaz) örtüşür. ( E ) İnsülinin reseptör bağlanma kalıntılarının tahmini ek kümesi (çubuk gösterimi); bunlar insülinin hekzamer oluşturan yüzeyiyle (saydam beyaz) örtüşür.

 

B20 ila B23 kalıntıları bir tip II β dönüşü oluşturur ve B24 ila B30 kalıntıları B zincirinin α heliksine anti-paralel uzanan uzatılmış bir iplik oluşturur. Kristalin içinde, 51 kalıntılı molekül, iki katlı (kristalografik olmayan) bir eksenle ilişkili dimerlere bir araya getirilir ve dimerler daha sonra üç katlı (kristalografik) bir eksenle ilişkili trimerlere dönüşür. Monomerlerin dimerlere bir araya getirilmesi, büyük ölçüde, anti-paralel, iki zincirli bir β tabakası oluşturan ilgili B24-B30 zincirleri tarafından aracılık edilir. İki çinko iyonu, hekzamerin üç katlı simetri ekseninde yer alır ve her iyon, HisB10 kalıntısı tarafından  koordine edilir.

İnsülin Kristalin içindeki hekzamer topluluğunun, nötr pH, çinko iyonlarının varlığı için gereklidir, Çinko iyonlarının kaybında ise hekzamerin parçalanması tetiklenir.

Yapısal bütünlük için korunan kalıntıların insülindeki çarpıcı örnekleri altı disülfür bağı oluşturan sisteindir; bilinen tüm insülinler bu altı kalıntıyı içerir. İnsülinlerde korunan hidrofobik çekirdek LeuB6, LeuB11,LeuB15,LeuA16, GlyB8, GlyB23,  ValB18 ve IleA2 kalıntılarını içerir. Kesinlikle korunan yüzey kalıntıları arasında ValB12 ve PheB24 bulunur; bu kalıntılar hormon dimerizasyonunda rol oynar, bu da dimerizasyonun türler arasında korunan bir özellik olduğunu gösterir.

Yüzey kalıntısı korunumuna dair belirgin istisna, (a) çinko şelatlayıcı kalıntı HisB10‘da (kobaylarda asparagin ve glutamin), (b) kalıntı GlyB20‘de (B-zinciri C-terminal segmentinin B-zinciri heliksine anti-paralel olarak geri katlanmasını sağlayan β dönüşünde rol oynayan bir kalıntı; kobaylarda glutamin ve arginin) ve (c) dimer arayüzü oluşturan kalıntılar PheB25 ve TyrB26‘da (kobaylarda sırasıyla tirozin ve arginin) ikamelere sahip olan histrikomorf insülinlerdir.

İnsülinin – reseptör etkileşiminin, hormonun “klasik” reseptör bağlanma bölgesi olarak adlandırılan bölgeye kalıntılar ( ValB12, TyrB16, GlyB23, PheB24, PheB25, TyrB26, GlyA1, GlnA5, TyrA19 ve AsnA21 ) aracılığıyla bağlanmaktadır.

İnsülinin reseptörüne nasıl bağlanabileceğine dair verilerin yanında, bağlı radyoaktif etiketli insülinin hızlandırılmış ayrışmasının nedeni, bağlanma alanları arasındaki negatif işbirliğinden kaynaklanmaktadır.

İnsülin’in reseptöre katılımının, insülin B zincirinin C-terminal segmentinin hormonun çekirdeğinden ayrılması ile gerçekleşir ( konformasyonel değişime uğrar ). Ancak, mutant kalıntılarda bu olmayabilir ve fonksiyonu da yoktur zaten. İnsülinin üç boyutlu yapısı birçok işlevi yerine getirmesi gerekir: pankreas β hücrelerinde depolanma, plazmada taşınma, reseptöre katılımı ve en sonunda endosom içinde proteolitik bozunma için hazır olma. Hormonun yüzeyinin çoğu bu nedenle muhtemelen birden fazla rolde yer almaktadır .

 İnsülin reseptörünün üç boyutlu yapısı

İnsülinin hücre zarları boyunca glukoz taşınmasını teşvik etmedeki rolü 1949’da keşfedildi.  İnsülin reseptörü ilk olarak 1972’de karaciğer ve yağ hücre zarlarından izole edildi. Reseptörün (N terminalinden itibaren) bir lösin açısından zengin tekrar alanı (L1), bir sistein açısından zengin bölge (CR), bir ikinci lösin açısından zengin bölge (L2) ve üç tahmin edilen fibronektin tip III alanı (sırasıyla FnIII-1, FnIII-2 ve FnIII-3 veya F1, F2 ve F3 olarak gösterilir) içerdiği, ardından bir transmembran (TM) alanı, bir hücre içi juxtamembran segmenti (JM), bir tirozin kinaz (TK) alanı ve bir C-terminal kuyruğu (C-kuyruğu) içerdiği görülür.

 

İnsülin’in reseptörüne  bağlanmasının sonucu olarak : JM segmentinde iki tirozin kalıntısının, TK alanında üç tirozin kalıntısının ve C-kuyruk segmentinde iki tirozin kalıntısının otofosforilasyonları olur.Reseptörün  tirozin kinaz alanının yapısı, protein serin/treonin kinazlarının yapılarına benzerdir.

 

insülinin üç boyutlu yapısı holo-reseptörün yapısını tam olarak yansıtmayabilir. Tip 1 insülin benzeri büyüme faktörü reseptörü (IGF-1R) , insülin reseptörüne amino asit dizisi olarak çok benzer.

 

Her şeyi bir araya getirelim: 

İNSÜLİN, RESEPTÖRÜNÜ NASIL HAREKETE GEÇİRİYOR ?

 

 İnsülinin L1+αCT′ tandem elemanı, reseptörün “birincil” bağlanma bölgesini etkileşime sokar. Bu etkileşimin doğası, insülinin, iki alanlı L1-CR reseptör parçasının ekzojen bir αCT′ peptidiyle (sözde insülin “mikro-reseptörü” veya “μIR” ) tamamlandığı insülin reseptörünün alan-en aza indirilmiş bir versiyonuyla ko-kompleks halindeki kristal yapıları (2.9 Å çözünürlüğe kadar) aracılığıyla ortaya çıkarıldı ( PDB 3W11 , PDB 4OGA , PDB 6VEP ).

İnsülin–μIR kompleksi, etkileşime girdiğinde ; insülin B zincirinin C-terminal segmentinin (B24 ila B30 kalıntıları) hormonun çekirdeğinden uzağa doğru katlanır.İnsülin kalıntısı PheB24, B-zinciri C-terminal segmentinin katlanmasında bir menteşe noktası olarak görünür.

αCT′ sarmalı da insülin kenetlenmesi sırasında konformasyonel değişikliklere uğrar: αCT′ sarmalının C-terminal kısmı, reseptör kalıntısı Phe714’ü hormonun çekirdeğiyle etkileşime sokarak daha fazla dönüş içerecek şekilde genişler.

μIR kompleksinin yapısal özelliklerinde ; İlk olarak, insülinin B-zinciri C-terminal segmentinin  katlanması görülür. İkinci olarak, reseptör elemanını etkileyen insülin kalıntıları arasında GlyB8, SerB9, LeuB11, ValB12, GluB13, LeuB15, TyrB16, ArgB22, GlyB23, PheB24, PheB25, TyrB26, GlyA1, IleA2, ValA3, GluA4, AsnA18 ve TyrA19 bulunur. Bu set, hormonun “klasik” bağlanma yüzeyiyle örtüşür. Üçüncüsü, klinik mutasyon veya alanin tarama mutagenezi temelinde insülin’in  bağlanması için önemli olan L1-β ₂ tabakasının yüzeyindeki kalıntılardır.  Benzer şekilde, daha önce insülin bağlanması için önemli olarak tanımlanan αCT′ segmentindeki anahtar kalıntıların (Thr704′, Phe705′, Glu706′, Tyr708′, Leu709′, His710′, Asn711′, Val713′, Phe714′ ve Val715′) bu yapıda insülin, L1-β ₂ tabakası veya her ikisini birden etkilediği görülmektedir. Alanine mutasyona uğradığında insülin bağlanmasını etkilemeyen αCT′ kalıntılarının insülin veya L1-β ₂ yüzeyi ile çok sınırlı etkileşime sahip olduğu görülmektedir (αCT′ kalıntıları Asp707′, Val712′, Pro716′ ve Arg717′). Bu sonuçları yorumlarken, L1-CR modülünün bir αCT′ elemanının yokluğunda insüline bağlanamayacağını belirtmek önemlidir.

İnsülin-bağlı μIR yapısına bitişik alanlar ,  FnIII-1′ ve FnIII-2′ arasında kapsamlı sterik örtüşme meydana gelmesidir. Bu nedenle insülin bağlanması, apo L1+αCT′ elemanının bitişik FnIII′ modülünden önceden ayrılmasını gerektirir.

Kristalize edilen insülin domuz kökenlidir; domuz insülininin insan insülininden farkı, B30 pozisyonunda insan treonininin yerine alanin bulunmasıdır.

Aşağıdaki şekilde :  İnsülin reseptörünün serbest ektodomaininin yapısı. Orijinal yapı Ward ve meslektaşları tarafından belirlendi ve Lawrence ve meslektaşları tarafından α CT elemanını (kesikli ovallerin içinde macenta) içerecek şekilde rafine edildi. İntakt a alt birimlerinin ve kesik β alt birimlerinin disülfür bağlı dimeri (( αβ ) 2 ), F ab immünoglobulin parçaları tarafından stabilize edildi . Dimerik yapı ters V konformasyonu benimser. Kısaltmalar: α CT, α alt biriminin C-terminal α -heliks elemanı; CR, sistein açısından zengin alan; FnIII-1,2 ve 3, fibronektin homoloji alanları 1, 2 ve 3; ID α, α alt birimi içindeki ek alanın kısmı; ve L1 ve L2, büyük alanlar 1 ve 2. Şeklin hazırlanması için MC Lawrence’a teşekkür ederiz (Ref’e ait web tabanlı Ek’ten izin alınarak yeniden basılmıştır).

Hiçbir insülin molekülünün, insülinin klasik bağlanma yüzeyi aracılığıyla bir reseptör monomeriyle ve hekzamer oluşturan yüzeyi aracılığıyla, diğer reseptör monomeriyle etkileşime girdiği bir monomerler arası çapraz bağ oluşturduğu görülmemiştir.

Bunun yerine, insülinin klasik bağlanma yüzeyinin, izole edilmiş ektodomain bağlamında bile, monomerleri çapraz bağladığı görülmektedir (yani, tek bir insülin, bir monomerin L1 alanını diğerinin αCT′ segmentine çapraz bağlar).

 insülin etkileşimi hem holo-reseptör hem de yalnızca ektodomain yapılarında mevcut olduğundan, kendi başına yüksek afiniteli bağlanmadan sorumlu görünmemektedir. Bu nedenle yüksek afiniteli bağlanma, reseptör alanlarının kapsamlı yeniden düzenlenmesinden kaynaklanan ek entalpik katkılardan kaynaklanmalıdır.

Reseptör aktivasyonu

 İnsülin reseptörünün tirozin kinaz alanlarının kristal yapısı, juxtamembran bölgesinin kalıntılarını içerecek şekilde N terminaline kadar uzatılmış ve AMPPCP ve Mg ²⁺ ile ko-kompleks halindedir ; juxtamembran kalıntısı Tyr972 ve TK aktivasyon halkası kalıntıları Tyr1158, Tyr1162 ve Tyr1163, kristalleşmeden önce fosforile edilmiştir. Bu yapı içinde, juxtamembran bölgesinin C-terminal segmenti, TK alanları boyunca trans olarak ilişki kurarak N-terminal lobunun düzenleyici αC heliksini stabilize eder; aktivasyon halkaları katlanmış aktif bir konformasyona sahiptir. Bu tür trans etkileşimi muhtemelen TK alanlarının aktive olmuş konformasyonunu stabilize eder ve onun alt akış substratlarına ilişkin kinaz aktivitesini destekler.

Sonuç

İnsülinden ilk kırınım desenleri 1935 yılında Dorothy Hodgkin (kızlık soyadı Crowfoot) tarafından elde edildi; insülinin atomik yapısının ortaya çıkması 34 yıl sürdü ve insüline bağlı reseptörün atomik yapılarının ortaya çıkması 44 yıl daha sürdü. Bu yapılar onlarca yıllık ilgili biyokimyasal araştırmayı aydınlatırken aynı zamanda yalnızca kısmen anlaşılmış bir moleküler karmaşıklık sergiliyor. Zorluk, mevcut yapısal biyoloji tekniklerinin yalnızca statik görüntüler sağlaması ve sonuç olarak insülin-reseptör etkileşiminin dinamikleri hakkında çok az şey anlaşılmasıdır.

İleriye doğru iki yol ortaya çıkıyor. Birincisi, insülinin reseptörü aktive ederken geçtiği konformasyonel yörüngeyi dolduran bir yapı kümesi oluşturmayı amaçlayarak statik görüntü sayısını artırmaktır. CryoEM, tek bir numune içindeki parçacıkların alt popülasyonlarını (üç boyutlu “sınıflar”) ayırt etme yeteneği göz önüne alındığında bu görev için idealdir. Daha iyi örnek hazırlama teknikleri, bu sürece ve stabil ara maddelerin yakalanmasına yol açabilecek mutant insülinlerin veya reseptör yapıların akıllıca kullanımına yardımcı olacaktır. İkincisi, silico simülasyon yoluyladır. Moleküler dinamik simülasyonu, kriyoEM’den türetilen insülin kompleksli insülin reseptörü modellerinin atomik ayrıntılarını iyileştirmek veya doğrulamak ve bu kompleksler içindeki alanların hareketlilik derecesini anlamak için kullanılmıştır. Ayrıca, yeni insülinlerin yukarıda açıklanan reseptör bölgeleriyle etkileşimini araştırmak için de kullanılmıştır.

Ligand bağlanması üzerine reseptörün tamamında meydana gelen büyük ölçekli alan hareketinin yörüngelerini modellemek için hesaplamalı teknikler de ulaşılabilir hale gelebilir. Bir sonraki adımın on yıllar değil, yıllar içinde gerçekleşmesi muhtemeldir.

 

Referanslar

• 1.Abel JJ Kristalin insülin. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 1926;12(2):132–136. doi: 10.1073/pnas.12.2.132. [ DOI ] [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]

• 2. Mol Metab. 2021 Mayıs 13;52:101255.İnsülin ve reseptörünü üç boyutlu yapılarından anlamak

  Michael C Lawrence

  3. Insulin Biosynthesis, Secretion, Structure, and Structure-Activity Relationships
  Michael Weiss, Donald F Steiner, M.D., and Louis H Philipson, M.D., Ph.D.Endotext [Internet].National Library of Medicine
  8600 Rockville Pike Bethesda, MD 20894