EIKOSANOIDY mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz

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

BIOSYNTÉZA EIKOSANOIDŮ

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Protizánětlivé působení kortikosteroidů

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

Syntéza peptidoleukotrienů: Vyžaduje glutathion!

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.):

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

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

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

BIOLOGICKÉ ÚČINKY EIKOSANOIDŮ

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

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)

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)

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 +

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.

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

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

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)

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

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

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)

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

Fáze zánětu a jejich mediátory

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)

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