Insulin-degrading enzyme

François Authier, PharmD, PhD
Barry I. Posner, MD
John J.M. Bergeron, DPhil

Clin Invest Med 1996; 19 (3): 149-160

Dr. Authier is with the Institut national de la santé et de la recherche médicale, Unité 30, Hôpital des enfants malades, Paris, France; Dr. Posner is with the Department of Medicine, McGill University; and Dr. Bergeron is with the Department of Anatomy and Cell Biology, McGill University, Montreal, Que.

(Original manuscript submitted Aug. 14, 1995; received in revised form Dec. 20, 1995; accepted Jan. 10, 1996)

Abstract

The authors review recent research on an enzyme hypothesized to play a major role in the degradation of insulin. After binding to its receptor on the cell surface, insulin is internalized by receptor-mediated endocytosis and degraded within components of the endosomal apparatus. Degradation of insulin is important in the termination of signaling and clearance of the circulating hormone. It has been proposed that insulin-degrading enzyme (IDE), an evolutionarily conserved, neutral thiol-metalloendopeptidase, plays a crucial role in the degradation of internalized insulin in many types of cells. Despite the substantial evidence supporting the importance of IDE in cellular insulin degradation, there is controversy over its mode and site of action, mainly because of its cytosolic location. Its physiological location in cells has recently been elucidated through subcellular fractionation of liver parenchyma and through immunofluorescence microscopy of stably transfected Chinese hamster ovary cells that overexpress IDE. These experiments have excluded the presence of the enzyme in endosomes and have defined a peroxisomal location, consistent with the presence of a peroxisomal targeting sequence at the carboxyl terminus of the protein. Recently, researchers have demonstrated the functional significance of peroxisome-associated IDE (type I peroxisomal enzyme) in degrading cleaved leader peptides of peroxisomal proteins targeted by the type II motif. IDE is the first cloned and characterized proteinase to be localized to peroxisomes. Moreover, IDE appears to be a member of a newly identified superfamily of metalloendopeptidases that has an HXXEH active-site motif. Although fundamental questions concerning the biological role of IDE remain, its high degree of evolutionary conservation suggests that it must have important functions and multifaceted biological significance.

Résumé

Les auteurs étudient les recherches récentes portant sur une enzyme qui jouerait un rôle important dans la dégradation de l'insuline. Après liaison à son récepteur à la surface cellulaire, les complexes insuline-récepteur sont internalisés et s'accumulent dans les endosomes, des vésicules impliquées au stade précoce de l'endocytose. Au pH acide de l'endosome, l'insuline est dégradée par une ou plusieurs protéases présentes dans la lumière des endosomes. Cette dégradation est un phénomène important pour l'arrêt du signal hormonal et la clairance métabolique de l'hormone. L'insulinase est une thiol-métalloendopeptidase d'activité optimale neutre, très conservée au cours de l'évolution et qui a été proposée comme l'enzyme clef du métabolisme de l'insuline dans un grand nombre de types cellulaires. Malgré certains résultats militant en faveur de l'implication physiologique de cette enzyme dans la dégradation de l'insuline, une controverse s'est établie quant à son mécanisme et son site d'action, en raison principalement de sa localisation proposée initialement comme cytoplasmique. La découverte de sa véritable localisation physiologique est récente : au moyen d'études par fractionnement subcellulaire du tissu hépatique et par immunofluorescence sur des cellules d'ovaire de hamster chinois surexprimant l'insulinase, son exclusion du compartiment endosomal et son association aux peroxysomes ont été demontrées. Cette dernière localisation est en accord avec la présence d'une séquence d'adressage peroxysomale à l'extrémité C-terminale de la séquence de la protéine. Le rôle physio-logique de l'insulinase peroxysomale (enzyme peroxysomale de type I) dans la dégradation des séquences-signal libres des enzymes peroxysomales de type II a été récemment démontré, au moyen d'une approche biochimique. L'insulinase représente ainsi la première protéase peroxysomale identifiée à ce jour. De plus, l'insulinase semble appartenir à une nouvelle famille de protéases comportant la séquence consensus HXXEH au niveau du site actif. Bien que persistent de nombreuses questions quant à la fonction physiologique de l'insulinase, sa conservation phylogénétique suggère qu'elle possède des fonctions biologiques importantes et diverses.

CIM June 1996 / MCE Juin 1996

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