Bài giảng Nhóm thụ thể Tyrosine Kinase: (Tyrosine kinase receptors)

6.3 Nhóm thụ thể Tyrosine Kinase: (Tyrosine kinase receptors) Distinct mechanisms of small-molecule inhibitors and monoclonal antibodies for targeting receptor tyrosine kinases in cancer cells. a | Epidermal growth factor receptor (EGFR) and receptor tyrosine kinase (RTK)-dependent growth signalling in cancer cells. The extracellular region of EGFR consists of four domains, the ligand-binding domains (L1 and L2) and the cysteine-rich domains (CR1 and CR2), and the C-terminal domain of EGFR contains six tyrosine residues (Y; only two are depicted here for simplicity). Following the activation of EGFR by ligand binding or ligand-independent dimerization, the Ras–Raf– MEK–MAPK pathway is activated through the growth factor receptor-bound protein 2 (GRB2)–SOS complex. EGFR-mediated signalling also activates the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)–AKT pathway, which contributes to anti-apoptotic effects of EGFR activation. Additionally, signal transducer and activator of transcription (Stat) proteins (STAT1, STAT3 and STAT5) are also activated. The coordinated effects of these EGFR downstream signalling pathways lead to the induction of cellular responses including proliferation, differentiation, cell motility, adhesion and angiogenesis. The deregulation of EGFR-mediated signalling in some cancer cells leads to aberrant proliferation, invasion, metastasis and neovascularization.[9] b | Small-molecule tyrosine kinase inhibitors (TKIs) such as gefitinib function as ATP analogues and inhibit EGFR signalling by competing with ATP binding within the catalytic kinase domain of RTKs. As a result, the activation of various downstream signalling pathways is blocked. Each TKI has a different selectivity for RTKs, and some are dual- or multi-selective, which might provide a therapeutic advantage. c | By contrast, therapeutic monoclonal antibodies (mAbs) bind to the ectodomain of the RTK with high specificity (for example, cetuximab binds to the L2 domain of EGFR, and thereby inhibits its downstream signalling by triggering receptor internalization and hindering ligand–receptor interaction. Unlike small-molecule inhibitors, mAbs also activate Fcγ-receptor- dependent phagocytosis or cytolysis by immune-effector cells such as neutrophils, macrophages and natural killer cells by inducing complement-dependent cytotoxicity (CDC) or antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC).[107] MAPK, mitogen-activated protein kinase; MEK, mitogen-activated protein kinase kinase. Khám phá thụ thể Tyrosine kinase Khoảng hơn 30 năm trước, các thụ thể của hormone polypeptide như là insulin và GH đã được phát hiện như là vùng nối kết kích hoạt hoạt động của màng tế bào, tế bào hoặc các protein xuyên màng bằng cách sử dụng protein đánh dấu phóng xạ. Tuy nhiên, sự truyền tín hiệu của những thụ thể này vẫn còn là điều bí mật trong suốt 10 năm sau đó cho đến khi hoạt tính của PTK được khám phá. RTK đầu tiên được khám phá cả về cấu tạo và chức năng là thụ thể EGF (epidermal growth factor). Stanley Cohen và đồng sự đã tách ly được thụ thể EGF và chứng minh nó là một glycoprotein trong màng tế bào và có trọng lượng là 170kDa, ngoài ra người ta còn thấy nó có một vùng nối kết đặc biệt. Cấu trúc hoàn chỉnh của thụ thể EFG được phát hiện nhờ vào phương pháp phân dòng cDNA (cDNA cloning) và trình tự mRNA, PTK được cố định ở trong bào tương tại thụ thể chuỗi polypeptide (receptor polypeptide chain). Ligand nối kết làm nhị hợp hóa thụ thể EGF và nhanh chóng kích hoạt PTK tự phosphoryl hóa một vài phân tử tyrosine tại đầu C của thụ thể. Các phosphotyrosine là vùng nối kết cho vùng Src homology 2 (SH2) hoặc vùng gắn kết phosphotyrosine (phosphotyrosine-binding domain, PTB) của một vài phân tử protein tín hiệu. Sau đó, RTKs được phát hiện có 20 dòng nhỏ khác nhau và tất cả đã được phân lập. Những cấu trúc này hằng định trong vùng xúc tác của PTK nhưng chúng biến động rất lớn trong khu vực ngoại bào cũng như là tại juxtamembrane và vị trí tại đầu C trong bào tương. Sự phân loại các dòng nhỏ (subfamilies) dựa vào các trình tự tương đồng chính yếu (primary-sequence homology) và sự tương khớp trong cấu trúc bậc 2. Vùng giàu cysteine, vùng immunoglobulin-like (Ig-like), vùng giàu leucine, vùng giàu cadherin-like, vùng fibronectin type III, vùng EGF-like, và vùng kringle-like chỉ rõ đặc điểm của khu vực ngoại bào của RTKs. Hình 6.11: Minh họa 20 họ của siêu họ RTK. (Theo Textbook of Receptor Pharmacology 2nd ed - J. Foreman_ T. Johansen) Nhìn chung, tyrosine kinase là họ thụ thể được cấu tạo bởi 2 thành phần chính: Ngoại bào và nội bào, chúng nối kết với nhau bằng một chuỗi polypeptide xuyên màng. Thành phần ngoại bào là nơi gắn kết với ligand (khu vực gắn ligand, ligand biding domain-LBD). Thành phần nội bào có những amino acid tyrosine, là vị trí phosphoryl hóa dưới sự xúc tác của tyrosine kinase. Chuỗi polypeptide xuyên màng là một vòng α có cấu trúc bậc II, cấu trúc mỏng manh của vòng xoắn α làm thành phần ngoại bào dễ bị lệch trục khi màng bào tương trở nên giảm linh động do sự tích hợp của protein, cholesterol tự do hay acid béo no lên màng bào tương nên LBD không thể gắn được với ligand. Tình trạng này được xem là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng kháng insulin trong hội chứng chuyển hóa cũng như tình trạng miễn dịch kém trong hội chứng này, vì thụ thể insulin và cytokines thuộc họ RTK. Hình 6.12: Cấu trúc SH2 Các học thuyết về sự kích hoạt thụ thể Tyrosine Kinase Các nghiên cứu trên chức năng của thụ thể EGF đã xác lập được 2 hệ luận trong sự hoạt hóa RTK và sự truyền tín hiệu. Trước hết, RTKs được kích hoạt bởi sự nhị hợp hóa phát sinh bởi sự liên kết với ligand. Ngoại trừ họ thụ thể insulin, tất cả các thụ thể RTK khác (EGF, thụ thể platelet-derived growth factor (PDGF)) đều có cấu trúc monomer trên màng tế bào. Khi ligand nối kết với thụ thể đã khiến nó trải qua quá trình dimer hóa và quá trình tự phosphoryl hóa xảy ra trên vùng C (nội tế bào chất) của nó. Thụ thể insulin là một thụ thể dimer disulfide, 2 chuỗi polypeptide được gọi là α2β2 heterotetramer. Insulin nối kết với tiểu đơn vị α ngoài màng tế bào dẫn đến quá trình sắp xếp lại (rearrangement) trong cấu trúc của thụ thể (quaternary heterotetrameric) và kích hoạt PTK, tăng cường quá trình tự phosphoryl hóa của vùng nội bào. Thể hoạt hóa của thụ thể insulin và các thụ thể monomer PTK khác đều ở trạng thái dimer, và cơ chế hoạt hóa các thụ thể này rất tương đồng với nhau. Hình 6.13: Minh họa sự dimer hóa của RTK (Theo Textbook of Receptor Pharmacology 2nd ed - J. Foreman_ T. Johansen) Thứ hai, thụ thể tự phosphoryl hóa tạo ra vùng phosphotyrosine (phosphotyrosine sites) tại vị trí trong màng bào tương của thụ thể, tạo ra một vùng neo (docking site) để nối kết với vùng SH2 và PTB. Hơn nữa, để cho thấy vai trò trung tâm trong quá trình điều hòa hoạt động của PTK, sự tự phosphoryl hóa tyrosine của RTK là một quá trình thiết yếu để tái cấu trúc và kích hoạt các phân tử protein tín hiệu. Hầu hết các vùng tự phosphoryl hóa tyrosine đều nằm ở vùng không xúc tác (noncatalytic regions) của vùng nội bào phân tử thụ thể. Những vùng này gồm đuôi C (C- terminal tail) (như với thụ thể EGF) hoặc vùng nối phosphate (kinase insert region) (như đối với thụ thể PDGF). Sự tương tác giữa vùng SH2 và các motif phosphotyrosine tạo ra cơ chế hiệp đồng và tái cấu trúc của phức hợp tín hiệu (signaling complex) bằng cách kích hoạt RTK. Do vậy, tất cả RTK cần phải được biết đến không chỉ dưới vai trò thụ thể (PTK activity) mà còn phải xem như là nền tảng của sự nhận diện và tái cấu trúc (bổ sung) các thành phần đặc biệt của phân tử protein tín hiệu. Hình 6.14: Thụ thể của Growth hormone (GH). Các cấu trúc monomer GH kết hợp với phần khác để tạo thành cấu trúc dimer khi có GH nối kết. Quá trình này được xúc tác bởi JAK2 kinase trans-phosphorylate JAK2 và thụ thể GH, yếu tố phiên mã STAT được phosphoryl bởi JAK2.(Theo Textbook of Receptor Pharmacology 2nd ed - J. Foreman_ T. Johansen) Hình 6.15: Các dạng RTK tiêu biểu và cấu trúc bất hoạt/hoạt động Chi tiết sự hoạt hóa dimer hóa tysosine Trong gần 20 năm trở lại đây, những quá trình tín hiệu đã được hiểu rõ dựa vào sự hiểu biết về nền tảng phân tử của quá trình dimer hóa RTKs. Nền tảng này được các nghiên cứu hóa sinh học về việc nối kết ligand và hoạt hóa RTK chứng minh là đúng. Tuy nhiên, các phân tử nền tảng chính xác cho sự hình thành này vẫn chưa được biết đầy đủ. Các hiểu biết về ligand trong phức hợp của nó với vùng kết nối thụ thể đã cho thấy cơ chế tự nhiên của sự dimer hóa này. Một vài cấu trúc lập thể của thụ thể trong phức hợp của nó với ligand tương ứng đã được chứng minh, bao gồm cả cytokin cũng như các thụ thể của yếu tố tăng trưởng (growth factor). Những ligand khác nhau dẫn đến các cơ chế tác động khác nhau nhưng đều có điểm chung là kích thích vùng dimer hóa của RTK. Cấu trúc lập thể của những monomer ligand như GH và EPO trong phức hợp với các thụ thể đặc hiệu cho thấy những hormone này tạo nối kết với thụ thể theo tỉ lệ 1:2. Sự dimer hóa thụ thể được làm ổn định hóa hơn nữa bởi sự tương tác giữa các thụ thể kế cận. Một vài yếu tố tăng trưởng là cấu trúc dimer thuần (homodimers), như vascular endothelial growth factor (VEGF) và PDGF chứng minh cho việc dimer hóa của thụ thể. Thụ thể VEGF chứa 7 vùng Ig-like trong cấu trúc xuyên màng của nó, trong đó chỉ có vùng 2 và 3 là có nối kết với ligand. Cấu trúc lập thể của VEGF trong phức hợp với Ig-like 2 của thụ thể Flt-1 VEGF là bằng chứng trực tiếp xác nhận sự dimer hóa của thụ thể. Cấu trúc này cho thấy một phân tử thụ thể bám vào phần còn lại bởi 2 vùng nối liền giữa các VEGF protomer tạo thành phức hợp có 2 thành phần đối xứng (twofold symmetric), ngoài ra chứa thêm 2 VEGF protomer của vùng Ig- like 2. Fibroblast growth factor (FGF) là một monomer ligand, nó hoạt hóa thụ thể FGF với sự bổ trợ của phân tử phụ - heparin sulfate proteoglycan. Cấu trúc lập thể của FGF trong phức hợp với ligand tại vùng nối kết (bao gồm cả vùng 2 và 3 của Ig-like) cho tỉ lệ 2:2 (FGF:FGF) phức hợp thụ thể, nghĩa là FGF tương tác bền với vùng 2 và 3 của Ig-like mà các nối kết này nằm trong cùng 1 thụ thể. Cấu trúc dimer được giữ ổn định bởi một vùng liên kết thứ cấp có sự tương tác giữa FGF và D2 của thụ thể thứ cấp trong phức hợp cũng như là sự tương tác giữa 2 thụ thể. Ngược lại với liên kết disulfide của VEGF dimer, 2 phân tử FGF trong liên hệ 2:2 (FGF:FGF) không có sự liên hệ với nhau. 2 thụ thể FGF không hoàn toàn cố định thành thụ thể FGF dimer hóa trên bề mặt tế bào. Heparin hay heparan sulfate proteoglycan là thành phần ổn định hóa cấu trúc dimer này. Heparin bám vào vùng eo có điện tích dương được tạo bởi Lys và Arg kéo dài xuyên qua vùng D2 (D2 domain) của cả 2 thụ thể trong cấu trúc dimer và nối tiếp biên phân tử FGF. Hình 6.16: Cấu trúc FGF receptor.(Theo Textbook of Receptor Pharmacology 2nd ed - J. Foreman_ T. Johansen) Chi tiết quá trình tự phosphoryl hóa tyrosine Quá trình hoạt hóa RTKs được hoàn thành nhờ quá trình tự phosphoryl hóa tyrosine – kết quả của quá trình dimer hóa ligand. Hai quá trình này dẫn đến kết quả là tăng cường hoạt động xúc tác của PTK và tạo nên vị trí gắn trong miền nội bào, thúc đẩy sự dẫn truyền tín hiệu đến các protein. Một cách tổng quát mà nói, quá trình tự phosphoryl hóa tyrosine trong quai kích hoạt (activation loop) tại vùng PTK đưa đến việc kích thích hoạt động của kinase, và tự phosphoryl hóa tyrosine trên juxtamembrane, cài kinase (kinase insert) và vùng carboxyl tạo ra vị trí neo giữ nhận ra phosphotyrosine trong các trường hợp đặc biệt. 2 module nối kết phosphotyrosine hoàn chỉnh (2 well-established phosphotyrosine-binding modules) hiện diện trong protein tín hiệu là vùng SH2 và PTB. Mọi RTKs chứa khoảng 1 đến 3 phân tử tyrosine trong quai hoạt hóa kinase (kinase activation loop), trong subdomain VII và VIII của lõi xúc tác protein kiase (protein kinase catalytic core). Sự phosphoryl hóa các phân tử tyrosine này được chứng minh là cần thiết cho việc kích hoạt khả năng xúc tác và các chức năng sinh học của một lượng lớn RTKs, kể cả thụ thể insulin, FGF và VEGF, PDGF, Met (hepatocyte growth factor) và TrkA (NGF). Ngoại lệ quan trọng là thụ thể EGF, quá trình tự phosphoryl hóa của tyrosine trong quai kích hoạt không liên quan đến quá trình truyền tin. Sự thay đổi tyrosine thành phenylalanine không làm thay đổi hoạt động của RTK hoặc dòng thác tín hiệu. Về nguyên tắc, sự tự phosphoryl hóa RTK có thể xảy ra ở mặt cis (trong lòng thụ thể monomer) hoặc trans (giữa hai thụ thể ở trạng thái dimer). Trong trường hợp thứ nhất, ligand bám vào có thể gây ra sự biến đổi cấu trúc thụ thể và làm quá trình cis-autophosphoryl hóa của tyrosine cố định trong hoặc ngoài vùng PTK. Trong trường hợp thứ hai, không nhất thiết phải xảy ra sự thay đổi cấu trúc dimer. Một hiệu ứng đơn giản gần (simple proximity effect) có thể tạo điều kiện thuật lợi cho quá trình trans-autophosphoryl hóa tyrosine ở vùng nội bào tương bởi một RTK thứ hai. Cấu trúc lập thể của trạng thái không phosphoryl hóa thụ thể insulin cung cấp chi tiết cơ chế phân tử trạng thái bất hoạt của RTKs (tình trạng hoạt động kém) trước khi sự tự phosphoryl hóa xảy ra. Trong cấu trúc thụ thể insulin, 1 trong 3 tyrosine ở trong quai hoạt hóa, Tyr1162, liên kết với vùng hoạt động và có vẻ như trong vị trí tự phosphoryl hóa dạng cis. Tuy nhiên, Asp1150 của PTK-conserved, trình tự Asp-Phe-Gly ở vị trí khởi đầu quai hoạt hóa không phải ở vị trí chính xác để phối hợp với MgATP và gây trở ngại cho việc gắn ATP. Điều này phụ hợp với dữ liệu hóa sinh về việc phosphoryl của Tyr1162 (và Tyr1158, Tyr1163) cho rằng nó xảy ra theo dạng trans (bởi một phân tử thụ thể insulin thứ 2). Hơn nữa, sự thay thế Tyr1162 bằng phenylalanine dẫn đến việc tăng hoạt động kinase hóa cơ bản một cách chắc chắn, phù hợp với vai trò ức chế của Tyr1162. Hình 6.17: Cấu trúc giải phẫu vùng hoạt hóa của protein kinase. Biểu đồ trình bày thông tin chính của vùng prototypicalkinase catalytic dựa trên cấu trúc của IRK. Vùng N được biểu diễn màu xanh, vùng C được biểu diễn màu tím và quai hoạt hóa màu vàng. Cơ chất peptide neo vào quai hoạt hóa và một phân tử ATP màu đen. Xoắn C chứa các thành phần xúc tác, xoắn G – nơi neo giữ protein cơ chất có dạng phiến mỏng. Cấu trúc lập thể vùng tris-phosphorylated PTK của thụ thể insulin tiết lộ vai trò của quai hoạt hóa phosphoryl hóa trong sự kích thích hoạt động xúc tác. Sự tự phosphoryl hóa thụ thể insulin mang lại sự xác định rõ vai trò của quai hoạt hóa (activation loop). Cụ thể, sự thay đổi cấu trúc của quai hoạt hóa tris-phosphorylated insulin RTK được ổn định bởi sự tương tác với phosphotyrosine (cụ thể là phosphorylated Tyr1162, có liên kết hydrogen với phân tử arginine đầu tiên của quai hoạt hóa (Arg1155) và gốc amide với một nữa sau của quai). Do đó, thụ thể insulin có bản chất ức chế dạng cis, khi có sự gắn kết của Tyr1162 tại vùng hoạt hóa sẽ cạnh tranh với protein cơ chất nhưng không tự phosphoryl hóa dạng cis được bởi vì sự ràng buộc không gian ngăn chặn sự nối kết của MgATP. Thụ thể insulin có bản chất hoạt hóa dạng trans nhờ phân tử thụ thể thứ 2 có khả năng phosphoryl hóa Tyr1162. Các yếu tố nhiệt độ (B-factors) cho thấy vị trí phosphoryl hóa của quai hoạt hóa insulin RTK rất di động, có lẽ là vì có sự cân bằng giữa những sự biến đổi đa chiều với các phân tử hiện diện trong dung dịch. Tập hợp các nhóm loại này (trạng thái bất hoạt của thụ thể insulin) gây trở ngại sự liên kết với cơ chất (protein và ATP). Ngược lại, những sự biến đổi cấu hình khác (thụ thể insulin RTK hoạt hóa) sẽ làm cho việc nối kết với cơ chất và quá trình phosphoryl hóa dễ dàng hơn. Hình 6.18: Protein kinase trong điều hòa thông qua tương tác vùng N. Trong rất nhiều protein kinase, quá trình điều hòa hoạt động của protein kinase xảy ra ở một vùng nối kết xoắn C với vùng điều hòa như GRK2 và họ Scr, Chất ức chế RTK (Receptor Tyrosine Kinase) RTK là thành phần giới hạn của con đường tín hiệu, nó điều khiển sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Khi có bất kì sự kích thích nào bất thường vào RTK do đột biến hay do sự quá biểu hiện (overexpression) thì điều đó chứng tỏ có ung thư. Do vậy, sự ức chế có lựa chọn RTKs là một điều cần thiết. Mặc dù có rất nhiều tác nhân tham gia vào quá trị ức chế RTKs đã được khám phá, tuy nhiên cho đến nay cơ chế ức chế vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Có 2 nghiên cứu đã báo cáo xác định được cấu trúc lập thể của chất ức chế RTK trong phức hợp với Tyrosine kinase domain của thụ thể FGF 1 - một nhóm của chất ức chế RTKs có nền tảng là nhân oxindole (indolinones). Tác chất của nhóm này ngăn chặn khả năng liên kết với gốc PO4 3- của thụ thể FGF 1 (FGFR1) và có tính đặc hiệu cao đối với nhiều nhóm RTKs khác nhau. Cấu trúc của phức hợp này cho thấy rằng đầu oxindole chiếm giữ vị trí bám của ATP, và đầu còn lại bám vào vị trí bản lề của RTKs. Sự ức chế của thụ thể FGF 1 sẽ càng đặc hiệu hơn nếu có sự thay đổi cấu trúc lập thể trong nối kết nucleotide (nucleotide-binding loop). Một nhóm ức chế RTKs khác liên quan đến sự tổng hợp pyrio-2,3-D-pyrimidine, nhóm này ức chế chọn lọc hoạt động PTKs nhờ thụ thể FGF và VEGF. Cấu trúc phức hợp protein kinase inhibitors và vùng gắn gốc PO4 3- trong thụ thể FGF 1 cho thấy khả năng nới rộng sự tương tác bề mặt với những nhóm giống pyrimidine và nhóm kị nước ATP- binding của thụ thể FGF 1. Những tác nhân ức chế này rất hứa hẹn trong việc chữa bệnh ung thư và các rối loạn tăng trưởng khác trong tương lai. Hình 6.19: Structural details of part of the fibroblast-growth-factor signalling pathway. a | The structural details for part of the fibroblast growth factor (FGF) pathway. b | The same pathway shown schematically. In part a, the structures of three protein complexes are shown (FGF1–FGF-receptor- 1 (FGFR1) (blue–red), son-of-sevenless-1 (SOS1)–Ras (blue–red) and Ras–Raf1 (red–green)). The structures that are involved in domain–peptide or phosphorylation interactions are coloured according to the secondary structure of the domain ( -helices are in purple, -strands are in yellow, and turns are in light blue), and the interacting peptides are coloured red or orange, or are shown schematically. Solid black arrows denote activation events, whereas dashed arrows indicate an interaction between a domain of one protein and a particular region of another (if known, the labels on these arrows indicate the residues that the domain binds). The steps are as follows. Step 1, FGF1 binds FGFR1, which dimerizes and autophosphorylates. Step 2, the SH2-domain-containing transforming protein-1 (SHC1) phosphotyrosine-binding (PTB) domain binds phosphotyrosine (pTyr) on FGFR1, and FGFR1 phosphorylates SHC1. Step 3, the FGFR substrate-2 (FRS2) PTB domain binds pTyr on FGFR1 and FGFR1 phosphorylates FRS2. Step 4, the SH2-domain-containing tyrosine phosphatase-2 (SHP2) SH2 domain binds pTyr on FRS2. Step 5, the growth-factor-receptor-bound protein-2 (GRB2) Src-homology-2 (SH2) domain binds pTyr on SHP2 (SHP2 is possibly phosphorylated by FGFR1) and its C-terminal Src- homology-3 (SH3) domain binds SHP2. Step 6, the GRB2 SH2 domain binds pTyr on SHC1. Step 7, the C-terminal SH3 domain of GRB2 binds the SOS1 Pro-rich region (GRB2 can also bind to FRS2). Step 8, the SOS1 globular domains bind and activate Ras. Step 9, Ras binds Raf1, which results in mitogen- activated-protein-kinase recruitment. Thụ thể insulin Thụ thể insulin có ở nhiều tế bào khác nhau trong cơ thể, kể cả ở những tế bào insulin không có khả năng làm tăng sự hấp thụ glucose. Thụ thể insulin (KLPT 340 000), được cấu tạo bởi hai tiểu đơn vị có bản chất glycoprotein. Mỗi tiểu đơn vị được tạo ra từ một mARN và chúng gắn với nhau nhờ cầu nói disulfide. Gen mã hóa thụ thể insulin gồm 22 exon và nằm trên NST số 19 ở người. Tiểu đơn vị nhỏ nối kết với insulin nằm ở vùng ngoại bào, trong khi đó tiểu đơn vị đóng vai trò là cầu nối hướng vào trong bào tương. Phần nội bào của tiểu đơn vị có hoạt tính tyrosine kinase. Hình 6.20: Insulin, thụ thể IGF-I và IGF-II. Mỗi hormone nối kết với thụ thể tương ứng của nó, tuy nhiên insulin cũng nối kết với thụ thể IGF-I, còn IGF-I và IGF-II nối kết với cả 3 loại thụ thể. Lưu ý sự tương đồng về cấu trúc giữa thụ thể insulin và thụ thể IGF-I, và cũng nên nhớ rằng có 15 trình tự lập lại ở phần ngoại bào của thụ thể IGF-II. ISF là dịch kẽ.(Theo Ganong’s review of medical physiology 23rd, 2009) Sự nối kết của insulin vào thụ thể làm phát sinh hoạt tính tyrosine kinase của tiểu đơn vị, tạo ra sự phosphoryl hóa tự động của tiểu đơn vị trên những tyrosine còn sót lại. Sự phosphoryl hóa tự động có vai trò rất quan trọng trong việc tăng cường các tác dụng của insulin, gây ra sự phosphoryl hóa cho các protein nội bào và sự khử phosphoryl của các các chất khác (serine và threonin còn sót lại). IRS-1 đóng vai trò trung gian trong đáp ứng tín hiệu và đồng thời cũng là chất tác hiệu trong những hệ thống khác, do vậy nó có phần khác so với insulin. Ví dụ, chuột có gen mã hóa thụ thể insulin bị bất hoạt, sẽ có những triệu chứng chậm phát triển rõ rệt tử cung, dị dạng thần kinh trung ương và da, chết khi mới sinh do suy hô hấp. Ngược lại, khi IRS-1 bị bất hoạt, chuột chỉ chậm phát triển tử cung nhẹ, sống và kháng insulin. Hình 6.21: Minh họa cho hoạt động của Insulin receptor subtrate-1 (IRS-1)(Theo Ganong’s review of medical physiology 23rd, 2009) Protein điều hòa sự phát triển đồng hóa tác dụng của insulin thông qua phosphatidylinositol 3- kinase (PI3K).Thực nghiệm cho thấy ở những loài không xương sống , con đường này bao gồm sự phát triển của tế bào thần kinh và thần kinh thị giác. Thụ thể insulin gần giống với thụ thể của IGF-I nhưng lại khác với thụ thể của IGF-II. Những thụ thể khác của yếu tố sinh trưởng và những thụ thể của các gen gây ung thư đều là tyrosine kinases. Mặc dù vậy, thành phần amino acid của các thụ thể này vẫn rất khác nhau. Khi insulin bám vào thụ thể của nó, nó kết tập thành từng đám và được đưa vào tế bào bời những thụ thể trung gian nhập bào. Cuối cùng, phức hợp thụ thể-insulin đi vào lysosomes, tại đây cái thụ thể bị phá hủy hay được tái sử dụng. Chu kì bán hủy của thụ thể insulin khoảng 7 giờ. Hình 6.22: Sự phosphoryl hóa PDK-1 và PDK-2 dẫn tới sự kích hoạt PKB/Akt. Khi PKB/Akt được kích hoạt nó gây ra sự vận động của protein vận chuyển glucose từ máu vào mỡ và tế bào cơ vân. Như vậy nhiều glucose được hấp thụ hơn dẫn đến hạ đường huyết. Hình 6.23: Lộ trình tính hiệu của thụ thể insulin và chú giải