Stáhnout prezentaci
Prezentace se nahrává, počkejte prosím
1
Neuropřenašeče: neuropeptidy a puriny
Neurochemie: Neuropřenašeče: neuropeptidy a puriny 6. přednáška
2
Purinergní neuropřenašeče, zejména adenosin a ATP, nebyly v rámci přenosu nervového impulsu dlouho vůbec uvažovány. úloha neuropeptidů v CNS spíše modulační fungují jako neuropřenašeče, ale mnoho jejich dalších funkcí zatím neobjasněno především látky centrálně zapojené do intermediátního metabolismu přesto koncentrovány na určitých typech synapsí a po patřičném stimulu se z nich uvolňují, aby vyvolaly patřičnou odpověď NEUROPEPTIDY malé molekuly složené z aminokyselin navzájem kovalentně propojených peptidickou vazbou neuropeptidy je rezervován pro malé proteiny, které mají neurotransmiterům podobnou funkci v rámci nervového systému (De Vied 1969) neuropeptidy = malé proteiny, které mají neurotransmiterům podobnou funkci v rámci nervového systému (CNS i PNS) nejen neuropřenašeče: některé jsou neurony uvolňovány přímo do krevního řečiště a slouží jako hormony jiné jako hormony uvolňovány endokrinními žlázami popsána zatím více než stovka
3
Progress in Brain Research, Vol. 72, Chapter 9, David de Wied
4
Klasifikace neuropeptidů
tradičně se dělí do skupin podle oblastí, ve kterých byla jejich funkce poprvé popsaná, nebo podle svého účinku nepřesné: ACTH a a-MSH se nachází nejen v neurohypofýze, ale i non neuroendokrinních neuronech a mají i non-neuroendokrinní funkce mohou koexistovat s „klasickými“ neuropřenašeči
5
Přehled genových rodin neuropeptidů na
více než 10 neuropeptidových tříd dle strukturních podobností a arbitrární funkce více než 70 kódujících genů Přehled genových rodin neuropeptidů na gen a jeho symbol lokalizace na chromosomu prekurzor aktivní peptid/y exprese v mozku myši
6
Rodiny neuropeptidů u různých živočišných kmenů
7
Kredit: Front Endocrinol (Lausanne). 2013 Aug 6;4:96
syntéza neuropeptidu vyžaduje transkripci DNA, její přepis do mRNA a tvorbu proteinu Prekurzorové proteiny proteinový produkt uvolněný z ribosomu = velký prekurzorový polypeptid vyžadující posttranslační úpravy (prepropeptid) Kredit: Front Endocrinol (Lausanne) Aug 6;4:96
8
Vznik a zpracování prepropeptidu proopiomelanokortinu (POMC)
Prekurzorové proteiny syntéza neuropeptidu vyžaduje transkripci DNA, její přepis do mRNA a tvorbu proteinu proteinový produkt uvolněný z ribosomu = velký prekurzorový polypeptid vyžadující posttranslační úpravy (prepropeptid) Vznik a zpracování prepropeptidu proopiomelanokortinu (POMC) POMC = prekurzor mnoha aktivních peptidů jeho produkty zahrnují např. adrenokortikotropní hormon (ACTH), a-melanocyty-stimulující hormon nebo b-endorfin prepropeptid obsahuje N-koncovou signální sekvenci (nasměruje nově vzniklý protein z ribosomů do lumen ER) po transportu do ER signální sekvence odštěpena signální peptidasou vzniká propeptid propeptid je přenesen do Golgiho aparátu uskladněn do velkých denzních váčků v těch dále zpracováván ve váčcích z těla buňky transportován na synapsi
9
Proteolytické zpracování
propeptidové prekurzory konvertovány na aktivní neuropeptidy sérií kroků zahrnuje štěpení konvertasami a modifikaci na specifických aminokyselinových zbytcích endoproteasy rozpoznávají a štěpí dibasické aminokyselinové páry (Lys-Arg, Lys-Lys, Arg-Arg nebo Arg-Lys) vzniklé peptidy jsou dále zpracovány exopeptidasami a různými modifikujícími enzymy fenomén zpracování prohormonů konvertasami popsán Donaldem F. Steinerem během studia vzniku insulinu (1967) dva klíčové enzymy: konvertasa prohormonů 1 a 2 (PC1 a PC2) náleží do velké rodiny prohormonových konvertas zahrnující (zatím) 9 členů označovány též PCSK1-9, přičemž PSK1 = PC1 (PC3) a PCSK2 = PC2 postupují krokově, nejprve rozštěpí v závislosti na typu tkáně patřičný dibasický pár následně pokračují v dalších štěpeních PC1 a PC2 štěpí různými způsoby POMC stejnou proteolytickou aktivitu vykazují na proinsulinu a proglukagonu v pankreatu PC2 hraje větší roli než PC1 v případě proinsulinu než proglukagonu PC1 je naopak pro štěpení glukagonu důležitější a méně využívaná pro štěpení proinsulinu než PC2 výsledek proteolytické aktivity PC1 i PC2 na POMC = malé peptidy, jejichž C nebo N konce obsahují lysinové nebo argininové zbytky PC1
10
Proteolytické zpracování
karboxypeptidasa E pak odstraňuje C-koncové zbytky zatím neidentifikovaná aminopeptidasa odstraňuje zbytky N-koncové. další úpravy po konvertasach a peptidasach: N-koncová acetylace, které často reguluje aktivitu neuropeptidu (zesílení biologické aktivity a-MSH nebo její pokles v případě b-endorfinu) peptidy obsahující C-terminální glycin: a-amidací pomocí enzymu peptidglycin a-amidující monooxygenasy (PAM); tento amidační krok podstupuje např. a-MSH konvertasy prohormonů antagonisticky ovlivňují mnohé malé peptidy inhibitory angiotensin konvertujícího enzymu (ACE): captopril klinicky využíván v léčbě hypertenze (angiotenzin fyziologicky zvyšuje cévní tonus) nebo diabetické nefropatie Diversita neuropeptidů jediný propeptid = několik bioaktivním neuropeptidům jednotlivé kroky proteolytického štěpení tkáňově specifické v předním laloku podvěsku mozkového POMC typicky konvertován na ACTH v intermediátním laloku a v neuronech produkujících POMC hlavními koncovými produkty a-MSH a b-endorfin tkáňově specifická exprese různých konvertas prohormonů konvertasy jsou vysoce citlivé na pH a Ca2+, jejich aktivita závisí i na změnách těchto parametrů uvnitř váčků
11
Diversita neuropeptidů
alternativní sestřih prvně zjištěn u kalcitoninu a kalcitoninovému genu příbuzného peptidu (calcitonin gene-related peptide, CGRP) tachykininy = produkce několika zástupců své rodiny alternativním sestřihem dvou preprotachykininových genů jeden z genů je alternativně sestřižen nejméně ve tři prepropeptidy, které dále posttranslačně produkuji pět rozdílných bioaktivních peptidů včetně neurokininu A a substance P Skladování a výlev oproti např. acetylcholinu vznikají transkripcí, translací a dále jsou upravovány posttranslačně tyto procesy probíhají v somatu i axonu neuropeptidy obsaženy ve velkých denzních vesikulech skládaných v Golgiho komplexu a transportovaných na synapsi mnoho neuronů obsahuje v synaptickém zakončení OBA typy váčků neuropeptidy poměrně typicky kolokalizovány s „klasickými“ neuropřenašeči oba typy váčků uvolňovány odlišným mechanismem a často za jiných fyziologických podmínek a potřeb k výlevu neuropeptidů je potřeba delšího a většího zvýšení hladiny Ca2+ typický vzorec vzruchové aktivity může tedy vést k preferenčnímu výlevu jednoho nebo druhého typu neurotransmiteru, případně za sebou mohou následovat neuropeptidy modulují postsynaptický účinek klasických neuropřenašečů, a to buď stimulačně nebo inhibičně silně stimulovaných zakončení
12
Neuropeptidy vs. nízkomolekulární neuropřenašeče
Vzhledem k tomu, že k výlevu neuropeptidů je potřeba delší vzruchová aktivita, mohou pozitivní i negativní zpětnou vazbou regulovat aktivitu silně stimulovaných zakončení.
13
Neuropeptidová signalizace „na dálku“
oproti klasickým neuropřenašečům nejsou rychle odstraňovány ze synaptické štěrbiny deaktivace probíhá štěpením endoproteasami a exoproteasami lokalizovanými na extracelulárních membránách (nezaměňovat s konvertasami!) mohou urazit značnou vzdálenost, než doputují ke svým receptorům (lokalizace mnoha neuropeptidů neodpovídá lokalizaci jejich receptorů) substance P vysoce koncentrována v substantia nigra, ale její receptory v této struktuře téměř chybí, zatímco v jiných částech mozku jsou detekovány hojně většina receptorů pro neuropeptidy spřažena s G-proteiny mají pro své ligandy podstatně větší afinitu než receptory pro neuropřenašeče „klasické“ (ACh R afinita 100 mM – 1 mM, neuropeptidové Rs v řádu nanomolů) interakce mezi neuropeptidy a jejich receptory je poměrně komplexní molekula noradrenalinu = jen těch několik atomů iontově nebo stericky interaguje s patřičným vazebným místem na odpovídajících receptoru, vs. interakce neuropeptidu Y (NPY) o délce 36 aminokyselin: jak se takové molekula vůbec „vejde“ do vazebného místa receptoru spřaženého s G-proteinem? Která konformace bude mít nejvyšší afinitu pro vazbu? Který aminokyselinový zbytek je pro vazbu kritický? A z kterého farmakologického pohledu mohou být připravovány nové látky, které budou dané vazebné místo antagonizovat nebo na něj budou působit agonisticky? v praxi zatím v rovině modifikovaných peptidových analogů syntetické peptidy jsou degradovány různými peptidasami, neprochází skrze hematoencefalickou bariéru, užitečné v podpůrné léčbě poruch zasahujících CNS
14
Vazebné modely receptoru pro NPY
Kredit: Front. Endocrinol., 04 February 2013 | doi: /fendo
15
Receptorové typy a subtypy
neuropeptidové receptory příliš početné rozděleny do jednotlivých rodin některé neuropeptidy (TRH) se sice váží jen na jediný receptor, ale mnoho jiných (např. somatostatin) obsazuje až pět receptorových typů v rámci každé receptorové rodiny vykazují jednotlivé subtypy receptorů své vlastní vzorce exprese v CNS i PNS CRF1R a CRF2R = dva receptory pro kortikotropin-uvolňující faktor (corticotropin- releasin factor, CRF) svou expresí alterují: tam, kde se vyskytuje jeden, není téměř detekovatelný ten druhý liší se afinitou k ligandům (CRF1R stejně silně váže CRF i příbuzný peptid urocortin, zatímco CRF2R má vyšší afinitu k urocortinu než CRF) tato rozdílná distribuce má fyziologický význam i další neuropeptidergní receptory mohou vázat víc než jeden peptid receptory melanokortinové rodiny = MC1-5 receptory každý z těchto receptorů může s různou potencí aktivovat ACTH, a-MCH a g-MCH MC4 receptor může být antagonizován také vzdáleně příbuzných endogenním peptidem nazvaným agouti-related peptid MC4 receptor = první receptor, u kterého byl v mozku nalezen endogenní agonista i antagonista.
16
Rodiny GPCR Rs třídy A u různých živočišných kmenů
Třída-A GPCR Rs: Rs pro tachykinin, neuromedin-U/pyrokinin, vasopressin/oxytocin, GnRH/corazonin/AKH, allatostatin-C/somatostatin a cholecystokinin/sulfakinin Kredit oboje: Gáspár Jékely PNAS 2013;110:
17
Receptorové typy a subtypy
18
Specifita receptoru pro ten který peptid je dána výhradně vnitřními vlastnostmi receptoru?
mnohé domény na extracelulárních i transmembránových doménách byly známy jako specifická vazebná místa pro určité ligandy: proteiny modifikujících aktivitu receptoru (receptor activity modifying proteins, RAMPs): ovlivňují transport CGRP receptoru do membrány a jeho glykosylaci podmiňují afinitu CGRP receptoru k příbuznému proteinu adrenomedullinu asi regulují funkce VIP, sekretinového a glukagonového receptoru (GPCRs skupiny B) peptidergní receptory nejen na synapsi v menší míře i na plasmatické membráně axonů, těl neuronů i dendritů u některých subtypů je možná jejich extrasynaptická lokalizace primární po delší vazbě ligandu na tyto receptory spřažené s G-proteiny receptory internalizovány následně buď recyklovány, nebo degradovány výjimky: receptor pro neurotensin je i s navázaným ligandem transportován do těla neuronu a byl prokázán poblíž jádra nepotvrzeno, ale peptidergní receptory by mohly hrát i roli v kontrole genové transkripce RAMP1 (isoformy RAMp1-3)
19
Funkce neuropeptidů u většiny malých neuropřenašečů popsána poměrně záhy (množství agonistů a antagonistů, kteří mohli mimikovat jejich působení, nebo naopak simulovat jejich nedostatek) v případě neuropeptidů množství těchto farmakologických nástrojů poněkud limitované jen někteří z peptidergních agonistů a antagonistů procházejí přes hematoencefalickou bariéru stanovení tkáňové koncentrace neuroppetidů? pokud je neuronální aktivita inhibována, může koncentrace neuropeptidů v tkáni růst, protože neuropeptidy se v „tichých“ buňkách akumulují naopak, vyšší aktivita neuronů může vést až ke tkáňovému vyčerpání neuropeptidů vzrůst nebo pokles hladiny neuropeptidů? ... mikrodialýza alespoň umožňuje přesně a přímo změřit extracelulární koncentrace neuropeptidů ve vybraných mozkových oblastech většina prací zabývajících se funkcí neuropeptidů postavena na přímé injikaci neuropeptidů do specifických oblastí mozku či míchy pozorování fyziologických a behaviorálních změn tímto podáním vyvolaným injikované dávky jsou často miligramové, což je vzhledem k nannomolové afinitě neuopeptidergních receptorů nefyziologické, nicméně takto byly popsány první účinky neuropeptidů
20
Kredit: Chem Biodivers. 2012 Nov;9(11):2367-87
Receptorové typy – příklady klinické farmakologie Kredit: Chem Biodivers Nov;9(11):
21
JEDNOTLIVÉ SYSTÉMY NEUROPEPTIDŮ - opioidní peptidy
Opiodní peptidy jsou farmakologicky jedny z nejdůkladněji studovaných látek – primárně kvůli svým silným analgetickým vlastnostem, ale také kvůli svému působení proti kašli (antitussika) a průjmu (antidiarhoetika). např. morfin byl užíván už v 19. století velká spotřeba opiátových analgetik spolu s rizikem vzniku závislosti na nich = vývoj opiátových farmak, která by závislost nezpůsobovala ani dnes sice nelze oddělit nejúčinnější analgetické vlastnosti opiátů od těch, které navozují závislost nicméně i tak objevení malých, lipofilních molekul jako naloxon a nalotrexon naloxon se užívá v léčbě předávkování opiáty nalotrexon = jehož působení je déledobější, při léčbě závislostí na opitátech a při léčbě alkoholismu opioidní = spojeno s endogenními peptidy, které vykazují podobnou farmakologii jako opiát opiáty = morfin a jemu příbuzná nonpeptidová analoga všechny známé opiodní peptidy jsou produkty tří velkých prekurzorových proteinů každý z nich je kódován vlastním genem: POMC, z něhož jsou odvozeny ACTH, b-endorfin a několik nonopiodních petidů, proenkefalin, z něhož pochází met-enkefalin a leu-enkefalin a prodynorfyn, který je prekurzorem dynorfinu a jemu příbuzných proteinů naloxon
22
morfinu podobné opiáty se preferenčně váží na m receptory
opioidní peptidy sdílejí určité stejné aminokyselinové sekvence velmi často obsahují např. sekvenci čtyřech aminokyselin Tyr-Gly-Gly-Phe na svém N-konci, která bývá následována buď Met nebo leucinem morfinu podobné opiátové alkaloidy z opia pravděpodobně mimikují konformaci N-koncového tyrosinu endogenních peptidů tři typy opiodních receptorů: m, k a d + NOR (orfaninový R, R pro nocicceptin) m a d receptory jsou schopny formovat heterodimery receptory spřaženy s G-proteiny, konkrétně s Gi/o rodinou morfinu podobné opiáty se preferenčně váží na m receptory m receptory = preferenční vazebné místo endogenních opioidních peptidů b-endorfiny spojeny se sestupnými drahami bolest i v jiných oblastech mozku (ventrální tegmentum, ncl. accumbens), kde jsou zodpovědné za zesílený efekt opiátů m receptory se také vyskytují ve striatu (motorická kontrola) a l. coeruleus, ve kterém mohou vyvolávat mnohé somatické projevy závislosti na opiátech a opiátové abstinence nejdůležitější role v supraspinální analgesii vysoká afinita k benzomorfanové třídě opiodních látek (pentazocin) morfin pentazocin
23
JEDNOTLIVÉ SYSTÉMY NEUROPEPTIDŮ - Opiodní peptidy
d receptory jsou hlavními vazebnými partnery enkefalinů tyto receptory nejen z zadních kořenech míšních, ale i v oblastech mozku, které nejspíše nehrají v nocicepci žádnou úlohu klinické využití agonistů d receptorů zatím není známo k receptory = vykazuje k nim nejvyšší afinitu dynorfin k- prefix od prototzpického agonisty ketocyklazocinu tyto peptidy se ovšem váží s různou afinitou ke všem třídám opiodních Rs nociceptiny (orphaniny) = látky se zajímavými antiopioidní efekty váží se na receptory spřaženéné s G-proteiny, které vykazují vysokou míru homologie s receptory opioidními zvyšují vnímavost k bolestivým stimulům v hypothalamu, mozkovém kmeni, koncovém mozku, obou rozích míšních ketocyklazocin orphanin FQ 17 AA
24
Kortikotropin uvolňující faktor (corticotropin-releasing factor (CRF)
CRF = peptid o délce 41 aminokyselin prvně izolován jako hypothalalmický faktor napomáhající podobně jako vasopressin sekreci ACTH (sekvenován prvně u ovcí, 1981) syntetizován populací neuronů paraventrikulárního jádra hypothalamu odtud uvolňován do portálního spojení s hypofýzou nejen secernován do této portální cirkulace - neurony paraventrikulárního jádra hypothalamu projkují do různých mozkových struktur syntetizován také mimo hypothalamus, např. v centrálním jádře amygdaly sekvence: SQEPPISLDLTFHLLREVLEMTKADQLAQQAHSNRKLLDIA CRF uvolňovaný z amygadaly hraje kritickou roli v odpovědi mozku na stres zřejmě přispívá i ke vzniku pocitů strachu a úzkosti částečně zodpovědný za negativní projevy odvykacího syndromu závislých jedinců může být také zapojen do long-term deprese v mozečku dva subtypy CRF receptorů. CRF1 R je široce exprimován v celém mozku. Jeho antagonisté mohou sloužit jako látky v terapii úzkosti a deprese. CRF2 R je koncentrován v bočních jádrech septa. Laterální septum je spojeno s emocemi, strachem a kognitivními funkcemi. Endogenním ligandem CRF2 R je urocortin (a urocortin II, jemu příbuzný).
25
Tachykininy substance P, neurokinin A (NKA, dříve označovaný jako substance K) a neurokinin B (NKB), kassinin, eledoisin = tachykininy všechny tachykininy sdílejí stejnou C-koncovou sekvenci Phe-X-Gly-Leu-Met-NH2 substance P a NKA kódovány genem pro preprotachykinin A vznikají alternativním sestřihem NKB je kódován genem pro preprotachykinin B všechny známé tachykininové receptory jsou spřažené s Gq proteiny označovány jako NK1, NK2 a NK3 receptory substance P vykazuje nejvyšší afinitu k NK1 receptoru, NKA preferenčně váže NK2 receptor a NKB zejména NK3 receptory
26
Substance P a neurokinin A
substance P: už v 70. letech se věřilo, že by mohla být hlavním transmiterem nocicepce synapse primárních aferentních noiceptorů zadních kořenů míšních obsahují značné množství neuropeptidů, z nichž nejhojnější jsou calcitonin gene-related peptid (CGRP), ! substance P a NKA substance P v nocicepčních C vláknech kolokalizována s glutamátem její výlev z velkých denzních váčků vyžaduje silnější stimulus, než který by stačil pro klasický výlev glutamátu uvolňuje se i retrográdně z volných nervových zakončení nocicepčních neuronů přispívá k fenoménu neurogenního zánětu, při kterém interaguje s peptidem bradykininem myši knock-outované pro NK1 receptor nebo gen pro preprotachykinin A: nevykazovaly projevy neurogenního zánětu, ale jejich nocicepce byla omezena jen v určitých nocicepčních drahách žádnou změnu oproti přirozenému fenotypu např. nevykazovaly v mechanické hypersenzitivitě navozené zánětem deficity v nocicepci vykazovaly jen při aplikaci nocicepčních stimulů se vzrůstající intenzitou Roli substance P v nocicepci tedy evidentně mohou přebírat i jiné nocicepční neuropřenašeče. substance P a NK1 Rs se nacházejí v amygdale antagonista NK1 Rs v pokusech prováděných na mládětech morčat izolovaných od matky snižoval zvukové projevy jejich stresu antagonisté NK1 Rs testováni jako antidepresiva a anxiolytika; slibní i v léčbě chemotarapií navozené nausey (oproti antagonistům 5-HT3 receptorů (ondasetron) blokují nejen časnou, ale i pozdní fázi tohoto fenoménu)
27
Antagonisté NK1 Rs - ANTIEMETIKA
Aprepitant Antagonisté NK1 Rs: potenciální analgetika potenciální antidepresiva potenciální hypnotika možná role v etiologii bipolární poruchy (studie z r. 2008, Arch. Gen. Psychiatry 65 (1): 53–61 )
28
Byly naklonovány i NTS2 a NTS3 (=sortilin, mikroglie) receptory.
Neurotensin (NT) peptid o délce 13 aminokyselin vzniká z prekurozru obsahujícího také peptid neurotensinu podobný 6 aminokyselin) NT exprimován v mozku, nadledvinách a střevu, a to v mírně odlišných formách podle své tkáňové distribuce jeho C-konce obsahuje alternativně jednu ze tří Lys-Arg sekvencí, které jsou podle typu tkáně rozdílně štěpeny v mozku z prekurzoru vzniká NT a neuromedin N v nadledvinách vzniká delší forma neuromedinu N, neurotensin a jeho o něco delší štěpný produkt ve střevu vzniká NT a delší forma neuromedinu N dva typy receptorů pro neurotensin : NTS1 a NTS2 receptory NTS1 mRNA je produkována v substantia nigra, ale ne ve striatu kupodivu, vlastní protein NTS1 receptorů se na dopaminergních terminálách striata nachází NT tak zřejmě moduluje dopaminergní transmisi exprese mRNA pro neurotensin je ve striatu vyvolaná antagonisty D receptorů, z nichž mnohé souží jako antipsychotika a nebo psychostimulační drogy (kokain, amfetamin) Byly naklonovány i NTS2 a NTS3 (=sortilin, mikroglie) receptory. neurotensin
29
Neuropeptid Y (NPY) jedním s řady navzájem příbuzných peptidů, které tvoří rodinu pankreatických polypetidů 36 AA izlován r jejími dalšími členy jsou pankreatický polypeptid (PP) a polypeptid YY (PYY) NPY je nejhojnějším neuropeptidem mozkové kůry koncentrován je i zadních rozích míšních a v hypothalamu v sympatiku i v CNS bývá kolokalizován s noradrenalinem NPY a jemu peptidy se u savců váží na receptory označované Y1 až Y (u lidí jen čtyři - Y1, Y2 , Y4, Y5) receptory vykazují různou afinitu pro NPY, PP i PYY nacházejí se presynapticky i postsynapticky v různých oblastech mozku aktivace Y1 receptoru zřejmě souvisí s poklesem úzkostného chování, asi na úrovni amygdaly a kůry mozkové agonisté Y1 receptoru by mohla být slibná anxiolytika, a vykazují i určitý antinocicepční efekt naproti tomu aktivace Y5 receptoru vede ke zvýšení příjmu potravy (nejspíše na úrovni hypothalamu) antagonisté Y5 receptorů by tedy mohli být úspěšní v léčbě obezity NPY
30
PURINY Puriny nejsou jen stavebními kameny RNA a DNA, metabolickými kofaktory nebo druhými posly jako cAMP nebo cGMP. Hrají také důležitou roli v signalizaci mezi neurony. Biochemie purinů dusíkaté heterocykly tvořené kondenzovaným pyrimidinovým a imidazolovým kruhem v purinergní transmisi využívány nukleosidové a nukleotidové deriváty samotného purinu v nukleových kyselinách jsou využívány dva purinové deriváty (adenin a guanin) v rámci signalizace mezi neurony využívány hlavně adenosin a ATP využíván i jim příbuzný je adenindinukleotid (ApnA) = molekula sestávající ze dvou adenosinů kovalentně spojených řetězcem dvou až šesti fosfátů. na neurotransmisi se do určité míry mohou podílet i nukleotidové deriváty pyrimidinového typu guanin adenin
31
Skladování a výlev purinů
adenosin a ATP/ApnA vykazují i odlišné vlastnosti ATP a ApnA skladovány v malých synaptických váčcích a uvolňovány exocytosou navozenou depolarizací a vtokem Ca2+ do zakončení často jsou také detekovány ve stejných synaptických váčcích na stejné synapsi adenosin uvolňován z nonvesikulárních cytoplasmatických zásob mimo cytoplasmu jej mohou uvolňovat obousměrné nukleosidové transportéry může vznikat rovnou v synaptické štěrbině, kam je uvolňován ve formě ATP a během sekundy metabolizován na membráně navázaná ectodiphosphohydrolasa konvertuje ATP na ADP a AMP AMP rozpustnou či s membránou asociovanou ecto-5´-nukleotidasou konvertován na adenosin výlev ATP tedy rovněž může být vydatným zdrojem extracelulárního adenosinu ApnA je hydrolyzován pomaleji a zůstává v synaptické štěrbině delší dobu Purinové transportéry nukleosidové transportéry = k membráně vázané proteiny sloužící k přenosu purinových a pyrimidinových nukleosidů dovnitř a ven z mnoha typů buněk liší se svou substrátovou specifitou (jsou purin- nebo pyrimidinselektivní) některé koncentrují nukleosidy v buňce v závislosti na Na+ jiné transportují nukleosidy ve směru jejich koncentračního gradientu
32
Purinové transportéry
jiné transportují nukleosidy ve směru jejich koncentračního gradientu farmakologicky bylo odlišeno nejméně sedm nukleosidových transportérů čtyři i klonováni u lidí 3 koncentrační transportéry (CNT - přenáší proti gradientu; AZT!) 4 ekvilibrační (ENT – v obou směrech), jejich inhibitory (dilazep) jsou vazodialtancia i farmakologie CNT zahrnuje některé terapeuticky využitelné látky: • několik chemoterapeutik nádorového bujení (gemcitabin) a • silná antivirotika jako zidovudin (AZT) či Zalcitabin, užívané v léčbě AIDS obvykle nukleosidové analogy potenciálně i farmaka užitečná v léčbě neuropsychiatrických poruch Kredit:Mol Aspects Med Apr-Jun;34(2-3):529-47
33
Charakteristiky některých purinových Rs
Blood Sep 20;120(12): purinergní signalizace se objevuje už u bakterií, améb, bičíkovců, řas, hub, žahavců, žebernatek, ploštěnců, hlístic, korýšů, měkkýšů, kroužkovců, ostnokožců a hmyzu u rostlin zvyšuje extracelulárně podané ATP a jiné nukleotidy cytoplasmatickou koncentraci vápníku, čímž ovlivňuje růst rostliny a její odpověď na různé stimuly
35
P1 receptory = adenosinové receptory A1, A2A, B a A3
Purinové receptory Purinové receptory tvoří relativně velkou a různorodou skupinu proteinů, dělenou do dvou hlavních podskupin, označovaných jako P1 a P2 receptory. P1 receptory = adenosinové receptory A1, A2A, B a A3 P2 receptory = dvě rodiny zástupců • P2Y receptory spřažené s G-proteiny a • P2X receptory, které jsou ligandem ovládané iontové kanály P1 receptory = adenosinové receptory A1, A2A, B a A3 . váží adenosin a jeho analoga spřaženy s G-proteiny vyklonovány čtyři subtypy A1 subtyp je nejrozšířenější v mozku a v páteřní míše nejvyšší afinitu vykazuje k adenosinu aktivace A1 subtypu anxiolytické, antikonvulzivní, analgestické a sedační účinky adenosinu antagonisté A1 receptoru stimulační efekty v nižších dávkách např. zvyšují pozornost (kofein), ve vyšších dávkách vyvolávají pocity úzkosti a podráždění kofein
36
A2 receptorů vyklonovány dva podtypy: A2A a A2B k adenosinu mají poněkud nižší afinitu než A1 receptor A2B receptory široce rozšířené v celém lidském těle jejich exprese v mozku a páteřní míše je ale nízká oproti nim jsou A2A receptory vysoce koncentrovány v zadním striatu, ncl accumbens a čichovém laloku - třemi mozkovými oblastmi s dopaminergní inervací interakce dopaminu a adenosinu jsou v těchto oblastech popsány ve striatu agonisté A2A receptorů inhibují odpovědi navozené D2 receptory naopak antagonisté je mimikují – i to přispívá se stimulačním účinkům kofeinu a jiných methylxanthinů antagonizací A2A Rs kofein redukuje klidový tok cerebrálními arteriemi o 22-30% inverzní působení A2A a D2 receptorů by snad mohlo být užitečné v terapii Parkinsonovy choroby metabolity kofeinu
37
A3 receptor v nízkých hladinách exprimován v mozku
jeho funkce v mozku zatím není do detailů popsána (možná role v neuroprotekci i neurodegeneraci) má neuroprotektivní i neurodegenerativní efekty, může posilovat buněčnou proliferaci i smrt kardioprotektivní funkce během srdeční ischemie (selektivní agonista CP532,903) antagonista SSR by mohl být vhodný pro terapii bronchiálního astmatu agonista CF-101 v klinických pokusech léčby revmatické artritidy (genericky IB-MECA, hotová je fáze II, stejně jako fáze II psoriatické studie) a tzv. syndromu suchého oka (keratoconjunctivitis sicca, fáze III) ze všech adenosinových receptorů vykazuje k adenosinu nejnižší afinitu zatímco A1 a A2 receptory váží adenosin s nanomolární afinitou, A3 receptor potřebuje mikromolární koncentrace
38
P2Y receptory spřažené s G-proteiny a vyklonováno 14 P2Y receptorů váží difosfáty i trifosfáty purinových i pyrimidinových nukleotidů, stejně jako ApnA afinita k různým ligandům se liší např. P2Y1 receptor váže ATP a ADP, ale ne UTP nebo UDP naopak, P2Y2 receptor je aktivován ATP i UTP se stejnou potencí oba P2Y1 i P2Y2 receptory byly detekovány v mozku Nomenklatura P2Y receptorů je poněkud zmatečná, protože některé subtypy, u kterých se mělo za to, že jsou naklonovány, naklonovány vlastně nebyly :) P2Y receptory Všimněte si, že P2Y3, P2Y5, P2Y7, P2Y8 a P2Y9 , receptory vlastně nejsou ;)
39
Ionotropní purinergní receptory (P2X R)
P2X receptorů bylo charakterizováno subtypů u člověka se nacházejí zejména na chromosomech 12 a 17 kationtové kanály aktivované ATP nebo ApnA sestávají z více podjednotek dva transmembránové segmenty s C- i N- koncem v cytoplasmě (podobně jako mechanosensitivní kanály vláskových buněk nebo epitheliální Na+ kanály obratlovců) nejspíše trimery, TM2 segment tvoří vnitřní pór in vitro formují homomery s výjimkou P2X6 podjednotky fuknční kanál obvykle heteroromer extracelulární smyčky spojené disulfidickými můstky Na+, K+, Ca2+ evolučně primitivní a nezávisle oddělená receptorová rodina
40
Trimer P2X receptoru se 3 molekulami ATP
Kredit:
41
aktivace P2X receptorů rychlé toky Na+, K+ a Ca2+ depolarizace buňky vyskytují se na periferii, na nervosvalovém spojení, v míše i mnoha oblastech mozku ovlivňují srdeční rytmus, cévní a svalový tonus, kontrakci vas deferens při ejakulaci nebo nocicepci overexprese P2X4 Rs v míše vede k hypersensitizaci P2X4 a 7 Rs citlivé na makrocyklický lakton ivermectin (zvyšuje jejich vodivost a zvyšuje pravděpodobnost otevření kanálu – pozitivní allosterický modulátor) P2X4 R
42
Funkce purinů připisovaná celá řada funkcí, ale jen některé byly s určitostí potvrzeny adenosin má anxiolytické a hypnotické vlastnosti, což potvrdilo i podávání antagonistů adenosinových receptorů kofein a jiné methylxanthinové sloučeniny zvyšují bdělost a kognici antagonisté purinergních receptorů by mohli být využívání jako podpůrná léčba symptomů u deficitů spojených a Alzheimerovou chorobou a jinými formami demence Neuroprotekční účinky adenosinu: např. po mozkové mrtvici. mrtvici doprovází ischemie spojená se zvýšením koncentrace glutamátu ten navozuje masivní vtok Ca2+ do buněk a jejich excitotoxickou smrt ideální neuroprotektivum: • za ischemických podmínek inhibuje presynaptický výlev glutamátu • zabraňuje depolarizaci postsynaptické membrány a vtoku Ca2+ do postsynaptické buňky adenosin vyhovuje oběma parametrům aktivace presynaptických A1 receptorů adenosinem blokuje výlev glutamátu aktivace postynaptických A1 receptorů otevírá draslíkové a chloridové kanály a vede k hyperpolarizaci membrány celkový výsledek: snížený vtok vápníku a nižší úmrtnost neuronů pokusy na zvířecích modelech tuto hypotézu potvrzují
43
Adenosinová signalizace v léčbě Parkinsonovy nemoci?
podání selektivníh agonistů A1 receptorů bezprostředně před ischemickou atakou nebo v jejím průběhuu významné snížení ztráty neuronů a chrání před následnými deficity paměti naopak, podávání selektivních antagonistů ischemické poškození mozku zhoršuje !POZOR! – množství adenosinu se v mozku během ischemie dramaticky zvyšuje aktivace A1 receptorů může být do určité míry neuroprotekční, na jiných subtypech purinergních receptorů vyvolává opačný efekt aktivace A2 receptorů na modely mozkové mrtvice výrazně negativní dopad podávání selektivní antagonistů A2 receptorů působilo neuroprotekčně stejně tak bezprostřední aktivace A3 receptorů výrazně zvyšovala u pokusných zvířat poškození mozku a úmrtnost kupodivu, dlouhodobé podávání téhož farmaka mělo efekt naprosto opačný na různorodosti těchto pozorování se zřejmě podílí vliv adenosinu na cévní tonus a agregaci krevních destiček Adenosinová signalizace v léčbě Parkinsonovy nemoci? ve striatu poměrně hojně exprimovány A2A receptory inhibují odpovědi navozené D2 receptory a naopak antagonisté je mimikují – aktivace A2A receptorů navozuje pokles motorické aktivity inverzní působení A2A a D2 receptorů by snad mohlo být užitečné v pomocné terapii alespoň těchto projevů popsáno několik látek, které při perorálním podání selektivně blokují A2A receptory při současném podávání s L-dopa snižují její vedlejší účinky u některých parkinsonických pacientů může zmírňovat dyskinesii i theofylin theofylin
44
Role purinů v modulaci imunitní odpovědi
cestou aktivace P2X7 receptorů dochází k poklesu intracelulární hladiny draslíku a formování tzv. inflamosomu autokrinní purinergní signalizace = důležitý kontrolní bod při aktivaci leukocytů puriny mohou (v závislosti na cytokinovém okolí) fungovat imunosupresivně i imunostimulačně Roli hraje také koncentrace ATP: mM koncentrace aktivují A2A a A2B receptory, což vede k inhibici výlevu granulí z neutrofilů a zabraňuje oxidativnímu vzplanutí X nM koncentrace ATP naopak stimulují A1 receptory, což vede k chemotaxi neutrofilů do místa zánětlivého stimulu.
45
adenosin a ATP slouží také jako mediátor v komunikaci neuron-glie
Role purinů v CNS adenosin a ATP slouží také jako mediátor v komunikaci neuron-glie oba indukují proliferaci astrocytů v mikrogliích jsou exprimovány P2X i P2Y receptory P2Y6 receptor, zprostředkovávající primárně odezvu na UDP, hraje důležitou roli ve fagoptóze mikroglií a jejich proliferaci P2XR receptory jsou zapojeny do drah neuropatické bolesti P2Y12 receptor = specializovaný pattern recognition receptor (receptor rozpoznávající vzorec/motiv), např. molekulární vzorec patogenity v rámci imunitní odpovědi ve frontální kůře mozku pacientů s Alzheimerocou chorobou byla prokázána zvýšená hladina A1 a A2A receptorů, zatímco hladina A1 receptorů ve vnější vrstvě gyrus dentatus hippokampu byla snížena Kredit:
46
Kredit: J Neurochem. 2014 Mar;128(5):650-61
47
Role purinů v antikoalulaci
agonisté zejména P2Y12 receptoru Prasugrel, Ticagrelor nebo Ticlopidin Clopidogrel (prodáván jako Plavix = dříve celosvětově druhý nejpředepisovanější přípravek musí být v organismu aktivován CYP2C19 v játrech 2-14% US populace má sníženou hladinu tohoto jaterního enzymu nižší účinnost a vedlejší účinky Prasugrel tímto netrpí Clopidogrel Prasugrel
48
Co si pamatovat z dnešní přednášky
neuropeptidy: klasifikace neuropeptidy: vznik a a proteolytické štěpení neuropeptidy: rozdíly v signalizaci oproti „klasice“ neuropeptidy: funkce puriny: skladování a výlev puriny: receptorové třídy puriny: příklad farmakologie receptorů
Podobné prezentace
© 2024 SlidePlayer.cz Inc.
All rights reserved.