IGFBP3

インスリン様成長因子結合タンパク質3 （ IGFBP-3とも呼ばれる）は、ヒトではIGFBP3遺伝子によってコードされるタンパク質である。IGFBP-3は、高度に保存された構造を持ち、インスリン様成長因子IGF-1およびIGF-2に高い親和性で結合する6つのIGF結合タンパク質（IGFBP-1～IGFBP-6 ）の1つである。このファミリーに含まれることもあるIGFBP-7は、保存された構造的特徴も高いIGF親和性も共有していない。代わりに、IGFBP-7はIGF1Rに結合し、IGF-1およびIGF-2の結合を阻害し、アポトーシスを引き起こす。^{[ 5 ]}

ヒト染色体7番上のIGFBP3遺伝子（またはIBP3）は、4つのタンパク質コードエクソンと3'非翻訳領域にある5番目のエクソンから構成されている。 [ ^{6 ]これ}は、 IGFBP1遺伝子とテール・トゥ・テールの向きで隣接しており、20kb離れている。^{[ 7 ]}

IGFBP-3 mRNAは検査したすべての組織で発現しており、ラット組織では腎臓、胃、胎盤、子宮、肝臓で最も高い発現がみられる。^{[ 8 ]}ラット肝臓のIGFBP-3 mRNAは類洞内皮を含む非実質細胞で認められるが、肝細胞では認められない。^{[ 9 ]}対照的に、ヒト肝細胞はIGFBP-3を発現する。^{[ 10 ]}

コード化されたタンパク質は、27残基のシグナルペプチドとそれに続く264残基の成熟タンパク質から構成されています。IGFBP-3は、他の5つの高親和性IGFBPおよび3ドメイン構造を共有しています。^{[ 11 ]}

1. 複数のドメイン内ジスルフィド結合とIGFBPモチーフ（GCGCCXXC）を含む、システインに富む領域（12個のシステイン残基）を持つ保存されたN末端ドメイン。IGF結合の主要部位。
2. 非常に多様な中央領域またはリンカー領域（IGFBP間での保存率はわずか15%）。
3. 二次IGF結合残基、システインリッチ領域（6つのシステイン残基）、ヘパリンに結合する18残基の塩基性モチーフ、酸不安定性サブユニット（ALS）、および核局在化配列を含む保存されたC末端ドメイン。

リンカー領域は、グリコシル化、リン酸化、限定的タンパク質分解など、ほとんどの翻訳後修飾を受ける部位である。電気泳動分析では、IGFBP-3は、そのN-グリコシル化部位のうち2つまたは3つが糖鎖によって占有されているため、二重バンドとして現れる。グルコース飢餓が長期間続くと、低グリコシル化IGFBP-3が観察されることがある。

多くのプロテアーゼはIGFBP-3を単一のリンカードメイン部位で切断することが知られており、妊婦の循環血液中ではIGFBP-3は完全にタンパク質分解されているが、それでも正常量のIGF-1とIGF-2を運搬することができる。タンパク質分解後も結合能が維持されるのは、2つのタンパク質分解断片間の協調的な相互作用により、活性なIGF結合部位が維持されるためであると考えられる。^{[ 12 ]}

IGFBP-3は、1986年にヒト血漿中で初めて単離、特性解析、定量されました。^{[ 13 ] [ 14 ]}循環系、細胞外環境、細胞内における機能は十分に解明されています。これは血流中の主要なIGF輸送タンパク質であり、IGF-1またはIGF-2のいずれかの結合タンパク質と、酸不安定性サブユニットまたはALSと呼ばれる3番目のタンパク質を含む安定な複合体として成長因子を主に運びます。

IGFが血流から組織に到達するためには、循環複合体が部分的に解離すると考えられており、これはIGFBP-3の限定的なタンパク質分解によって促進される可能性がある。IGF-1/IGFBP-3比は、ヒト循環におけるIGFの生物学的利用能の指標として使用されることがあるが、これはIGF-1が他のIGFBPに結合すること（したがって、この比率は6つのIGFBPすべての濃度によって影響を受ける）や、成人の血流中でIGF-1の3倍多く存在するIGF-2が循環IGFBP-3の結合部位の大部分を占めているという事実を無視している。

組織内では、IGFBP-3は多くの細胞種から放出されるIGF-1とIGF-2に結合し、両方のIGFによって活性化されるIGF-1受容体（IGF1R）への結合を阻害します。IGFBP-3は細胞表面タンパク質とも相互作用し、細胞外または細胞内への取り込み後の細胞シグナル伝達に影響を与え、さらに細胞核内にも入り込み、核内ホルモン受容体や他のリガンドに結合します。腫瘍内のIGFBP-3濃度が高いと、一部のがんではがんの重症度（または予後）が増加する一方、他のがんでは重症度が低下したり、予後が改善したりします。ヒトにおけるIGFBP3遺伝子欠損の症例は報告されていませんが、この遺伝子を欠損したマウスはほぼ正常な成長を示します。

IGFBP-3は、IGF-1およびIGF-2がIGF1R （細胞増殖を刺激する受容体）を活性化する能力を阻害することにより、多くの細胞種で抗増殖効果を発揮します。例えば、食道上皮細胞では、分泌されたIGFBP-3によってIGF-1刺激に対する応答性が抑制され、上皮成長因子によってIGFBP-3がダウンレギュレーションされると回復します。^{[ 15 ]} IGFBP-3は、IGF1Rシグナル伝達への影響とは独立したメカニズムによって、IGF1Rを完全に欠く細胞であっても、細胞機能を阻害することもできます。^{[ 16 ]} IGF（またはIGF1R）非依存性効果は、IGF結合親和性が低下したIGFBP-3の変異体を用いて研究されるのが一般的です。したがって、分化中の軟骨細胞前駆細胞におけるIGFBP-3誘導アポトーシスは、IGFに結合しないIGFBP-3変異体でも同様に見られ、このメカニズムにはIGF結合が関与していないことが示されています。^{[ 17 ]} IGFBP-3によるIGF1R非依存性増殖阻害には、 BaxやBadなどのプロアポトーシス性タンパク質の誘導が関与している可能性があり^{[ 18 ]} 、セラミド（プロアポトーシス性脂質）によって媒介されるか^{[ 19 ]} 、セラミドの作用を増強する可能性がある^{[ 20 ]}。IGFBP-3と核内ホルモン受容体との相互作用も細胞増殖の阻害につながる可能性がある。

IGFBP-3の典型的な増殖抑制効果とは対照的に、IGFBP-3による細胞増殖の刺激も観察されている。これは、IGF刺激による増殖を増強することによって^{[ 21 ]} 、またはIGF-1が存在しない場合に起こり得る。内皮細胞および乳腺上皮細胞では、IGFBP-3の刺激効果は、スフィンゴシンキナーゼ酵素の活性化と、EGFR受容体をトランス活性化することによって増殖を促進する生物活性脂質であるスフィンゴシン-1-リン酸の生成を伴うことが示されている。^{[ 19 ] [ 22 ]}

ヒト血清中のIGFBP-3レベルは、IGF-1と同様に成長ホルモン（GH）に依存します。例えば、血清IGFBP-3は先端巨大症で増加し、GH欠損症の小児では低くなります。しかし、ヒト肝臓におけるIGFBP-3遺伝子発現はGH非依存性です。^{[ 14 ] [ 23 ]}血清中のIGFBP-3は、GH依存性であるIGF-1およびALSと複合体を形成することで安定化されるため、血清IGFBP-3もGHによって調節されていると考えられます。肝臓以外の組織によるその産生も、直接GHによって調節されている可能性があります。血清IGFBP-3の免疫測定法は、小児GH欠損症の診断の一部としてよく使用されます。

プロモーター領域のヌクレオチド202にある最も広く研究されているIGFBP3多型は、そのメカニズムは不明であるものの、循環IGFBP-3レベルと有意に関連している。^{[ 24 ]} いくつかの研究では、循環IGFBP-3は栄養によって調節されているようにも見えるが、これはmRNAレベルでは見られないかもしれない。IGFBP-3は、血清に加えて、ヒトのリンパ、乳頭吸引液、乳汁、羊水、卵胞液、精漿、尿、腹膜透析液、滑液、涙液、脳脊髄液で同定されている。

細胞によるIGFBP-3産生を増加させる因子は数多くあり、その中には形質転換成長因子β（TGFβ）、腫瘍壊死因子α、ビタミンD、レチノイン酸、IGF-1、および腫瘍抑制因子p53を活性化する化学療法などの刺激が含まれる。^{[ 25 ]}エストロゲンはIGFBP-3産生を阻害し、その組織レベルはエストロゲン受容体（ER）陽性乳がんではER陰性乳がんよりも低い。

循環血中の主要な IGFBP-3 リガンドは IGF-1 と IGF-2、および酸不安定性サブユニット (ALS) です。^{[ 42 ]}血清タンパク質であるトランスフェリン^{[ 43 ]} 、フィブロネクチン^{[ 44 ]}、およびプラスミノーゲン^{[ 45 ]}も IGFBP-3 に結合することが知られています。細胞および組織環境では、他にも多くの相互作用が報告されています (表を参照)。2 つの無関係な細胞表面タンパク質が IGFBP-3 受容体として指定されています。低密度リポタンパク質受容体関連タンパク質 1 ( LRP1 ) (アルファ-2-マクログロブリン受容体またはタイプ V TGFβ 受容体としても知られています) ^{[ 46 ]}と膜貫通タンパク質TMEM219 ^{[ 47 ]}です。どちらも抗増殖効果を媒介すると考えられています。EGF受容体およびI型/II型TGFβ受容体システムとの機能的相互作用も報告されており、プロテオグリカンなどの他の細胞表面タンパク質もIGFBP-3に結合する。IGFBP-3は、クラスリン介在性エンドサイトーシスとカベオリン介在性エンドサイトーシスの両方によって細胞内に入ることができる。^{[ 48 ]}トランスフェリン受容体が関与している可能性がある。^{[ 49 ]}

IGFBP-3は、完全には解明されていないメカニズムによって細胞核に入りますが、インポーチン-βとの結合が関与しています。^{[ 50 ]}核内では、レチノイドX受容体、レチノイン酸受容体、 [ ^{51 ]ビタミン}D受容体、^{[ 52 ]} PPARγ、^{[ 53 ]}およびnur77、^{[ 54 ]}に直接結合することにより、核内ホルモン受容体の活性を調節することができます。IGFBP-3はまた、核内のDNA依存性プロテインキナーゼと相互作用して、DNA損傷の修復を促進します。^{[ 55 ]}

IGFBP3は以下と相互作用することが示されている：

• メカセルミンリンファベートは、IGFBP-3を含む組換え型IGF-1であり、様々な適応症に使用されます。