EIKOSANOIDY mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz.

Prezentace na téma: "EIKOSANOIDY mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz."— Transkript prezentace:

1 EIKOSANOIDY

2 Eikosanoidy Sloučeniny obsahující 20ti-uhlíkaté jádro Patří sem:
prostaglandiny tromboxany leukotrieny lipoxiny hydroxyeikosatetraenové kyseliny (HETE) hepoxiliny prostanoidy

3 BIOSYNTÉZA EIKOSANOIDŮ

4 Biosyntéza eikosanoidů
V metabolismu nenasycených mastných kyselin (PUFAs), především linolové a arachidonové:

5 Kys. arachidonová je (u lidí) syntetizována z kys. linolové:
Většina živočichů neumí vytvořit dvojné vazby za polohou ∆9  kys. linolová a linolenová jsou esenciální: musí být dodávány v potravě (rostlin-né oleje, arašídy, sója, kukuřice)

6 Přehled syntéz eikosanoidů z PUFAs
potrava – hlavně rybí olej kys. linolenová potrava arachidonová eikosapentaenová kys.linolová 1…cyklooxygenasová dráha 2…lipoxygenasová dráha dihomo-γ-linolenová kys. (8,11,14-eikosatrienová) potrava

7 Hlavní místa produkce eikosanoidů
Endoteliální buňky Leukocyty Destičky Ledviny Na rozdíl od např. histaminu nejsou eikosanoidy syntetizovány předem a uskladněny v granulech, nýbrž jsou v případě potřeby velmi rychle produkovány z uvolněného arachidonátu Biosyntéza eikosanoidů může probíhat ve všech typech buněk kromě červených krvinek

8 Hlavní kroky vzniku eikosanoidů
1) Aktivace fosfolipasy A2 (PLA2) 2) Uvolnění arachidonátu z membránových fosfolipidů působením PLA2 3) Syntéza eikosanoidů z arachidonátu: COX nebo LO dráha + další úpravy synthasami/isomerasami (přeměna PGH2 na další prostanoidy, přeměna LTA4 …) v závislosti na buněčném typu

9 1) Aktivace fosfolipasy A2
PLA2 je aktivována  intracelulární koncentrací Ca2+, stimulující roli hraje fosforylace PLA2. Vazba ligandu na receptor → aktivace fosfolipasy C: PIP2 → DAG + IP3, který otevírá kanály pro Ca2+ v ER. Účinkem Ca2+ a fosforylace (MAPK, CAMKII) translokuje PLA2 k membránám GK, ER a/nebo jádra, z nichž uvolňuje arachidonát. Ligand: např. ATP uvolňované umírajícími buňkami Ca GC, ER, or nuclear membrane translocation activation NOS synthesis/ plasma

10 Expresi / aktivitu PLA2 stimulují: interleukin-1 angiotenzin II
bradykinin EGF thrombin adrenalin… Expresi / aktivitu PLA2 blokují: dexametazon (synt. kortikoid) annexin 1 (lipokortin) – protein indukovatelný glukokortikoidy kaspasa-3 dexametazon

11 2) Mobilizace arachidonátu pro syntézu eikosanoidů
Z membránových fosfolipidů, především působením fosfolipasy A2: Uvolnění arachidonátu z fosfolipidů blokují protizánětlivé steroidy!

12 3) Biosyntéza eikosanoidů
3 dráhy: A) cyklooxygenasová – vede ke vzniku prostaglandinů a tromboxanů B) lipoxygenasová – vede ke vzniku leukotrienů, lipoxinů, hepoxilinů a 12- a 15-HETE (hydroxyeikosatetraenové kys.) C) enzymy cytochromu P450 (monooxygenasy) – vede ke vzniku dalších HETE, mj. 20-HETE; v proximálních tubulech ledvin je to hlavní dráha

13 A) Cyklooxygenasová (COX) dráha
Prostaglandin H-synthasa, která existuje ve 2 isoformách (PGHS-1/COX-1, PGHS-2/COX-2) a má dvě různé aktivity: cyklooxygenasovou (COX) – katalyzuje adici dvou molekul O2 do molekuly arachidonátu za vzniku PGG2 hydroperoxidasovou – katalyzuje přeměnu hydroperoxyskupiny PGG2 na hydroxyskupinu PGH2; využívá glutathion Je schopna autodestrukce. Daný typ buňky většinou produkuje 1 konkrétní druh prostanoidu: destičky produkují téměř výhradně tromboxany, vaskulární endoteliální buňky především prostacykliny, buňky myokardu hlavně PGI2, PGE2, PGF2

14 Prostaglandin H-synthasa
vzniká cyklický endoperoxid (9,11) & 15-hydroperoxid PGH2 = prekursor tromboxanů a dalších prostaglandinů skupiny 2 !!!

15 Produkty COX dráhy Destičky obsahují tromboxansynthasu, která řídí syntézu tromboxanů Endoteliální buňky cév obsahují prostacyklinsynthasu, která katalyzuje vznik prostacyklinu (PGI2)

16 Inhibice COX dráhy Aspirin inhibuje cyklooxygenasovou aktivitu PGHS-1 i PGHS-2 (acetylací serinu enzymu) I další nesteroidní protizánětlivá léčiva inhibují cyklooxygenasovou aktivitu (ibuprofen – kompetuje s arachidonátem) Transkripci PGHS-2 blokují protizánětlivé kortikosteroidy

17 Protizánětlivé působení kortikosteroidů

18 B) Lipoxygenasová dráha
-Glu Leukotriene D4 Leukotriene E4 -Gly peptidoleukotrieny Gly–Cys–Glu Hepoxilins (HXA3) 15-lipoxygenase 12-lipoxygenase 5-lipoxygenase 3 různé lipoxygena-sy zavádějí kyslík do polohy 5, 12 či 15 arachidonátu; prvním produktem je kys.hydroperoxy-eikosatetraenová (HPETE) Jen 5-lipoxygenasa tvoří leukotrieny; potřebuje protein FLAP

19 Syntéza peptidoleukotrienů:
Vyžaduje glutathion!

20 C) Syntéza eikosanoidů enzymy CYP450
Enzymy cytochromu P450 – monooxygenasy: RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP+ Vznikají dva hlavní typy sloučenin: epoxygenasy katalyzují vznik epoxyeikosatrienových kyselin (EETs), které jsou epoxidhydrolasami metabolizovány na téměř neaktivní dihydroxyeikosatrienové kys. (DiHETEs) hydroxylasy katalyzují vznik HETEs (20-HETE, 13-HETE ad.):

21 Celkový přehled produktů:
arachidonová kyselina CYP450 EETs DiHETEs 19-, 20-, 8-, 9-, 10-, 11-, 12-, 13-, 15-, 16-, 17-, 18-HETE cyklooxygenasy prostacykliny prostaglandiny tromboxany lipoxygenasy 5-, 8-, 12-, 15-HETE lipoxiny hepoxiliny leukotrieny

22 Strukturní charakteristiky eikosanoidů
Prostaglandiny – cyklopentanový kruh Tromboxany – šestičetný kruh obsahující jeden atom kyslíku Leukotrieny – 3 dvojné vazby konjugované + další 1 nekonjugovaná Lipoxiny – konjugované trihydroxytetraeny

23 Názvosloví prostaglandinů
3. písmeno udává funkční skupinu na cyklopentanovém kruhu Číslo v dolním indexu udává počet dvojných vazeb v postranních řetězcích Dolní index  udává konfiguraci 9–OH (pod rovinu cyklopentanového kruhu) E…β-hydroxyketon 2 dvojné vazby PGE2

24 BIOLOGICKÉ ÚČINKY EIKOSANOIDŮ

25 Eikosanoidy účinkují už ve velmi nízkých koncentracích (jako hormony)
Mají krátký poločas, působí tedy na autokrinní a parakrinní úrovni (na rozdíl od hormonů) Účinky v organismu se liší nejen podle druhu eikosanoidu, ale i podle toho, na které receptory může v daném místě působit

26 Obecně eikosanoidy: Zprostředkovávají zánětlivou odpověď, zvláště v případě kloubů (revma-tická artritida), kůže (psoriáza) a očí Účastní se vzniku bolesti a horečky Participují na regulaci krevního tlaku Účastní se regulace koagulace Ovlivňují činnost ledvin Podílí se na kontrole některých dějů rozmnožovacího systému (např. porodu)

27 Působení prostanoidů Přes receptory spřažené s G-proteiny:
a) Gs aktivují adenylátcyklasu (AC) → cAMP aktivuje proteinkinasu A… b) Gi adenylátcyklasu inhibují (např. PKA)

28 c) Gq aktivuje fosfolipasu C (vyžaduje i Ca2+), která štěpí fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát (PIP2) na inositol-1,4,5-trisfosfát (IP3) a diacylglycerol (DAG); DAG & Ca2+ aktivují proteinkinasu C, IP3 otevírá kanály pro Ca2+ v ER +

29 Biologické funkce prostaglandinů
Mediátory zánětu – způsobují: vasodilataci  zarudnutí, horkost (PGE1, PGE2, PGD2, PGI2) zvýšení permeability cév  otok (PGE2, PGD2, PGI2) Regulují bolest a horečku (PGE2) PGE2, PGF2 stimulují svalstvo dělohy při porodu PGE inhibují žaludeční sekreci HCl (syntetická analoga se užívají pro léčbu peptických vředů) Vazodilatační PGE, PGA a PGI2 snižují systémový arteriální tlak Ovlivňují agregaci destiček: PGI2 má silný protiagregační účinek PGE2 inhibuje resorpci vody a Na+ ve sběracím kanálku. PGI2: vazodilatace  regulace glomerulární filtrace.

30 Biologické funkce tromboxanů
Tromboxany jsou syntetizovány destičkami a obecně vyvolávají vaso-konstrikci (TXA2) a agregaci destiček TXA2 je produkován i v ledvinách a zprostředkovává odpověď na ANGII Tromboxany a prostaglandiny (PGI2) tak obecně působí antagonisticky při regulaci koagulace U Eskymáků:  příjem kys. eikosapentaenové (rybí olej) a syntéza prostanoidů skupiny 3… možná důvod nízkého výskytu srdečních chorob a delší doby koagulace: TXA3 je slabší proagregační stimul než TXA2 a navíc PG3 a TXA3 inhibují uvolnění arachidonátu a tvorbu TXA2

31 Biologické funkce leukotrienů
Vznikají především v leukocytech, které pro ně mají i receptory Leukotrieny mají velmi silný bronchokonstrikční účinek; LTC4, LTD4 a LTE4 se souhrnně označují jako slow-reacting substance of anaphylaxis (SRS-A) Zvyšují permeabilitu cév Působí chemotaktivně a aktivačně na leukocyty (hlavně eosinofily a monocyty), podporují diapedézu do místa poškození (mj. zvyšují expresi integrinů na povrchu leukocytů) a fagocytózu Regulují vasokonstrikci účastní se zánětlivých reakcí: imunitní obrany proti infekcím i alergických projevů a autoimunitních chorob

32 Role LTs v obraně proti infekcím
(receptory pro LTs) (indukce exprese genů) (aktivace NADPH-oxidasy) (syntéza iNOS) (uvolnění z neutrofilů) (podpora diapedézy, oddálení apoptózy leukocytů)

33 ALE: Nadprodukce LTB4 byla prokázána u: Crohnovy choroby
revmatické artritidy psoriázy cystické fibrózy Leukotrieny jsou podezřelé i z účasti na vývoji aterosklerózy Nadměrná bronchokonstrikce – u některých forem astmatu

34 Lipoxiny Lipoxiny jsou syntetizovány hlavně leukocyty a destičkami pod vlivem cytokinů (IL-4, TGF-β): a) 5-lipoxygenasa (5-LO) neutrofilů produkuje leukotrien LTA4, ten vstupuje do destiček a zde je činností 15-LO přeměněn na LXA4 / LXB4 b) 15-LO epiteliálních buněk a monocytů produkuje 15-HPETE, jež se stává substrátem 5-LO a epoxidhydrolasy leukocytů …transcelulární biosyntéza Hlavní produkty: LXA4, LXB4

35 Biologická úloha lipoxinů
Na rozdíl od prozánětlivých eikosanoidů lipoxiny zánětlivou reakci brzdí Hypotéza: v 1. fázi zánětlivé odpovědi – produkce leukotrienů (např. LTB4, který řídí migraci leukocytů do místa poškození) → vzestup hladiny prostaglandinů (PGE2), které „přepínají“ syntézu eikosanoidů z LTs na LXs  v 2. fázi se tvoří lipoxiny podporující ukončení akutního zánětu a bránící jeho přechodu v chronický Proto se dnes intenzivně studuje potenciální terapeutické využití LXs v léčbě určitých zánětlivých onemocnění (glomerulonefritida)

36 Účinky LXs vedoucí k ukončení zánětu
Inhibují chemotaxi neutrofilů a eosinofilů a diapedézu neutrofilů Inhibují produkci ROS (neutrofily, lymfocyty) a ONOO- (neutrofily) Inhibují produkci určitých cytokinů leukocyty Stimulují nezánětlivou fagocytózu (apoptotických neutrofilů…) Působí i jako antagonisté receptorů pro LTs Působí nejen na buňky myeloidní linie: inhibují kontrakci hladkého svalstva bronchů inhibují produkci určitých cytokinů buňkami střev, fibroblasty… inhibují interakci leukocytů s endoteliálními buňkami Nezánětlivá fagocytóza – roste produkce TGF-β1 a klesá produkce IL-8

37 Fáze zánětu a jejich mediátory

38 Biologické funkce HETEs
5-HETE se podílí na imunitní obraně proti bakteriálním infekcím (účastní se chemotaxe a degranulace neutrofilů a eosinofilů) 20-HETE vyvolává vasokonstrikci (účinkem na hladké svalstvo cév); v ledvinách také reguluje vylučování Na+ a diurézu I 12- a 15-HETE jsou syntetizovány v ledvinách a podílí se na regulaci angiotensinového systému (asi zprostředkovávají inhibici reninu zpětnou vazbou; 12-HETE také sekreci aldosteronu indukovanou ANGII)

39 Biologické funkce hepoxilinů
HXA3 stimuluje (glukosou indukovanou) sekreci inzulinu v β-buňkách pankreatu Při oxidativním stresu je stimulována produkce HXA3, který zvyšuje expresi glutathionperoxidasy…obrana před oxidačním poškozením buněk? Stabilní analoga HXA3 in vitro indukují apoptosu nádorových buněk a inhibují růst nádoru