Old hormones of the insulin family as new developmental signals

Abstract

Insulin was first identified as an anabolic pancreatic hormone responsible for glucose homeostasis, and Insulin-like Growth Factor (IGF-I) as the mediator of the action of Growth Hormone on postnatal growth. New molecular, pharmacological and embryological information has broadened the scope of the physiological roles of these hormones and their related molecules, particularly the insulin precursor proinsulin, during vertebrate development. Studies in our laboratory have demonstrated that proinsulin is expressed and functional before emergence of the pancreas. Proinsulin gene expression in the chick and mouse embryo shows fine transcriptional and postrancriptional regulation with generation of specific embryonic transcripts which are differentially translated. The protein product remains as unprocessed proinsulin that protects the cells from excessive apoptosis during neurulation. In contrast, IGF-I is expressed later than proinsulin in the chick embryo and it starts in the nervous system. In the mouse embryo, generation of olfactory bulb stem cells in culture has allowed the study of these molecules’ role in the proliferation and differentiation of neural precursors. Proinsulin and IGF-I can cooperate with mitogens (EGF and FGF2) in the control of stem/ precursor cells proliferation and IGF-I is an essential factor for neural differentiation. Mice deficient in IGF-I present a disruption of olfactory bulb cytoarchitecture, with decreased numbers of mitral cells and abnormal radial glia. This article gives thus an overview of the important role of insulin family proteins in development.

Keywords: Proinsulin.—Insulin-like growth factor I.—Embryo.— Stem cells.— Neurogenesis.

Resumen

La insulina fue identificada como una hormona anabólica pancreática, responsable de la homeostasis de la glucosa, y el Factor de Crecimiento similar a la Insulina tipo I (IGF-I) como el mediador de la acción de la Hormona de Crecimiento postnatalmente. Nuevas informaciones moleculares, farmacológicas y embriológicas han ampliado el concepto del papel fisiológico de estas hormonas y sus moléculas relacionadas, particularmente del precursor de la insulina, la proinsulina, en el desarrollo de vertebrados. Los estudios de nuestro laboratorio han demostrado que la proinsulina está expresada y es funcional antes de que aparezca el páncreas. La expresión de proinsulina en los embriones de pollo y ratón muestra regulación transcripcional y post-transcripcional muy fina, con la generación de transcritos específicos embrionarios que se traducen de formas distintas. El producto de estos mRNAs se mantiene como proinsulina sin procesar, que protege a las células de la apoptosis excesiva durante la neurulación. En contraste, el IGF-I está expresado más tarde que la proinsulina en el embrión de pollo y comienza en el sistema nervioso. En el embrión de ratón, la generación de células madre neurales en cultivo ha permitido estudiar el papel de estas moléculas en la proliferación y diferenciación de precursores neurales. La proinsulina y el IGF-I pueden cooperar con los mitógenos (EGF y FGF2) en el control de la proliferación de células madre/precursores mientras que el IGF-I es un factor esencial para la diferenciación neural. Los ratones deficientes en IGF-I presentan alteración de la citoarquitectura del bulbo olfatorio con disminución del número de neuronas mitrales y glía radial anormal. Este artículo da una visión global del importante papel de las proteínas de la familia de la insulina en el desarrollo.

Palabras clave: Proinsulina.—Factor de crecimiento similar a la insulina tipo I.— Embrión.—Células madre.—Neurogénesis.