A PEPTIDERG NEUROMODULÁCIÓ MOLEKULÁRIS ALAPJAI

Átírás

1 A PEPTIDERG NEUROMODULÁCIÓ MOLEKULÁRIS ALAPJAI Dobolyi Árpád Semmelweis Egyetem, Anatómiai, Szövet-és Fejlődéstani Intézet, Neuromorfológiai Kutatócsoport MTA-ELTE Molekuláris és Rendszer Neurobiológiai Ktcs.

2 A NEUROPEPTIDEK DEFINÍCIÓJA / JELLEMZŐI 3-50 aminosavból álló, neurotranszmitter / neuromodulátor funkcióval rendelkező bioaktív peptidek Prepropeptidként szintetizálódnak, és processzálódnak Axonokban szállítódhatnak, anterográd irányba történő vezikuláris transzporttal Szabályozott vezikuláris szekrécióval ürülnek Nagy affinitású, 7TM domén, G-protein csatolt sejtmembrán receptorokhoz kötődnek

3 A NÖVEKEDÉSI FAKTOROK ÁLTALÁNOS FUNKCIÓI Sejt túlélése Osztódás Differenciáció Sejthalál Sejt alak, migráció szabályozása, Nyúlvány- és szinapszis képződésének, fennmaradásának szabályozása

4 NEUROPEPTIDEK CSOPORTOSÍTÁSA

5 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

6 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

7 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

8 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

9 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

10 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

11 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

12 NEUROPEPTIDEK CSALÁDJAI

13 NEUROPEPTIDEK CAENORHABDITIS ELEGANS-BAN 113 neuropeptid gén kódol több, mint 250-féle neuropeptidet 40 gén kódol inzulin-szerű peptideket 31 gén kódol FMRFamide-szerű peptideket 42 gén kódol nem-inzulin, és nem-fmrfamide-szerű peptideket Az aktív peptidek prekurzor fehérjékből poszttranszlációs módosítással keletkeznek A neuropeptidek elsősorban az idegrendszerben fejeződnek ki, mind érző, mind motoros neuronokban, mind pedig interneuronokban Néhány neuropeptid nem-idegszövetben is kifejeződik Knock-out állatokban defektes lehet a lokomóció, az alakváltozás, a peterakás, az etanol válasz, és szociális viselkedések

14 SZIGNÁLPEPTIDEK ÉLESZTŐBEN: ALFA-MATING FAKTOROK 12 ill. 13 aa-ból álló a ill. alfa mating faktor Élesztő ivaros szaporodását segíti elő, haploid sejtek temelik Egy haploid sejt vagy az egyiket, vagy a másikat termeli, és kibocsátja Feromonként írható le, de a neuropeptidek neurokémiai modellje: Neuropeptidekhez hasonlóan processzálódik Szekretálódik Specifikus GPCR receptorokon hat Hatásaik: Szomszéd haploid sejtek G1 fázisban leállnak Körte alakú lesz a sejttest egy keletkező nyúlvány miatt Enzimatikus felkészülés a fúzióra

15 A NEUROPEPTIDEK DEFINÍCIÓJA / JELLEMZŐI 3-50 aminosavból álló, neurotranszmitter / neuromodulátor funkcióval rendelkező bioaktív peptidek Prepropeptidként szintetizálódnak, és processzálódnak Axonokban szállítódhatnak, anterográd irányba történő vezikuláris transzporttal Szabályozott vezikuláris szekrécióval ürülnek Nagy affinitású, 7TM domén, G-protein csatolt sejtmembrán receptorokhoz kötődnek

16 NEUROPEPTIDEK SZINTÉZISE

17 GLUTATION SZINTÉZIS

18 NEUROPEPTIDEK TRANSZLÁCIÓJA

19 NEUROPEPTIDEK POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSAI

20 GLIKOPROTEIN HORMONOK Thyroid-stimulating hormone Follicle-stimulating hormone Luteinizing hormone Chorionic gonadotropin - Két alegység dimer - Alpha alegység közös - N- és O-glikoziláció - Glikolizáció kell a működéshez

21 PREPROPEPTIDEK JELLEMZŐ FELÉPÍTÉSE

22 PROPEPTIDEK HASÍTÁSA - ENDOPEPTIDÁZOK

23 PROHORMONE CONVERTASES

24 A POMC ENDOPROTEOLÍZISÉT VÉGZŐ ENZIMEK, ÉS A HASÍTÁSAIK SORRENDJE

25 A POMC TERMÉKEI A HIPOFÍZIS ELÜLSŐ ÉS KÖZÉPSŐ LEBENYÉBEN, VALAMINT AZ AGYBAN (PL. N. ARCUATUS) ACTH: adrenocorticotropin; CLIP: corticotropin-like intermediate lobe peptide; LPH: lipotropin; MSH: melanocyte-stimulating hormone; MC-R: melanocortin receptor

26 TOVÁBBI PÉLDÁK SZÖVETFÜGGŐEN PROCESSZÁLT NEUROPEPTID PREKURZOROKRA Preproenkefalin aa peptidek a mellékvesében, met- és leu-enkephalin pentapeptidek a hypothalamusban Preprosomatostatin Som-28 a bélben és a pancreasban Som-14 a hypothalamusban Preprocholecystokinin kb. 30 aa peptidek a bélben kisebb peptidek az agyban

27 NEUROPEPTIDEK TÖRZSFEJLŐDÉSÉNEK ELVE A GRF (GHRH) PEPTIDCSALÁDON BEMUTATVA Gluc: glucagon; GLP: glucagon-like peptide; GRF: growth hormone releasing factor; PACAP: pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide; PRP: PACAP-related peptide; PHI: peptide histidine-isoleucine; Sekr: secretin; VIP: vasoactive intestinal peptide

28 NEUROPEPTIDEK GÉNSZERKEZETE PÉLDA: POMC

29 ALTERNATÍV SPLICING PREPROTACHIKININ A

30 PEPTIDEK AMIDÁLÁSA A C-TERMINÁLISON enzim: peptidylglycin alpha amidating mono-oxigenase (PAM) PHM: peptidylglycin-a-hydroxylating mono-oxygenase; PAL: peptidyl-a-hydroxyglycin-a-amidating lyase

31 AZ NPY PROCESSZÁLÁSA PC2 ÁLTALI PROTEOLÍZIS ÉS AMIDÁLÓDÁS CPON: C-terminal flanking peptide of NPY

32 PEPTIDEK VÉDELME AZ N-TERMINÁLISON: PYRO- GLUTAMATE SZINTÉZIS; enzim: glutaminyl-cyclase

33 SZULFATÁLÁS ÉS FOSZFORILÁLÁS Viszonylag kevés számú peptid esetén Irreverzibilis, dinamikus szabályozás nem ismert Az érintett peptidek hatásához lehet szükséges, esetleg féléletidejüket hosszabíthatja Foszforilálódó peptidek: ACTH, gastrin, opioid peptidek, PTH, GH, PRL, ANP Szulfatálás enzime: tyrosilprotein sulphotransferase 1, 2, melyek a Golgi készülék integráns membránproteinjei szulfatálódó peptidek: enkephalin, CCK, gastrin

34 GASTRIN ÉS CCK - Azonos C-terminális - Gastrin antrum G sejtjeiből ürül táplálék hatására, H+ szekréciót okoz - CCK a bélből ürül táplálék hatására, emésztőenzimek bélbe kerülését okozza - CCK szulfatálás kell a hatáshoz - gastrin szulfatálás csak stabilizál - CCK A receptor: gastrin és CCK - CCK B receptor: csak CCK

35 NEUROPEPTIDEK POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSAI

36 A NEUROPEPTIDEK DEFINÍCIÓJA / JELLEMZŐI 3-50 aminosavból álló, neurotranszmitter / neuromodulátor funkcióval rendelkező bioaktív peptidek Prepropeptidként szintetizálódnak, és processzálódnak Axonokban szállítódhatnak, anterográd irányba történő vezikuláris transzporttal Szabályozott vezikuláris szekrécióval ürülnek Nagy affinitású, 7TM domén, G-protein csatolt sejtmembrán receptorokhoz kötődnek

37 SZABÁLYOZOTT ÉS FOLYAMATOS SZEKRÉCIÓ

38 NEUROPEPTIDEK AXONÁLIS TRANSZPORTJA

39 NEUROPEPTIDEK FELHALMOZÓDÁSA A PRESZINAPTIKUS TERMINÁLISOKBAN A peptidek large dense core vesiculákban (LDCVs) nem pedig small clear vesiculákban (SCVs) helyezkednek el.

40 PEPTIDEK INGERÜLET HATÁSÁRA TÖRTÉNŐ FELSZABADULÁSA

41 NEUROPEPTID VEZIKULÁK (LDCV) MOBILIZÁLÁSA

42 NEUROPEPTIDEKET TARTALMAZÓ VEZIKULÁK MOBILIZÁLÁSÁNAK MECHANIZMUSA

43 NEUROPEPTIDEK FELSZABADULÁSA A felszabadulás mértéke PKCe függő lehet

44 PEPTIDEK HATÁSAI A NEUROTRANSZMISSZIÓRA

45 NPY HATÁSAI EGY NEURON MŰKÖDÉSÉRE Source: Neuron, Volume 76, Issue 1, Pages (DOI: /j.neuron )

46 TRH HATÁSA NTS SEJTEK AKTIVITÁSÁRA

47 PEPTIDEK EGYÜTTES TÁROLÓDÁSA PÉLDA CGRP SP

48 PEPTIDEK EGYÜTTES TÁROLÓDÁSA

49 PEPTIDEK EGYÜTTES FELSZABADULÁSÁNAK EGY LEHETSÉGES JELENTŐSÉGE Source: Neuron, Volume 76, Issue 1, Pages (DOI: /j.neuron )

50 A NEUROPEPTIDEK DEFINÍCIÓJA / JELLEMZŐI 3-50 aminosavból álló, neurotranszmitter / neuromodulátor funkcióval rendelkező bioaktív peptidek Prepropeptidként szintetizálódnak, és processzálódnak Axonokban szállítódhatnak, anterográd irányba történő vezikuláris transzporttal Szabályozott vezikuláris szekrécióval ürülnek Nagy affinitású, 7TM domén, G-protein csatolt sejtmembrán receptorokhoz kötődnek

51 G-PROTEIN CSATOLT PEPTID RECEPTOROK

52 G-PROTEIN CSATOLT RECEPTOR CSALÁDOK

53 A-TÍPUSÚ GPCR-EK HOMOLÓGIA VISZONYAI

54 B-TÍPUSÚ GPCR-EK ALCSALÁDJAI Methuselah-like receptors in insects play a role in aging and reproduction. Antagonizing these receptors can extend the life span of the animal, but also reduce reproduction and increase cold sensitivity. Receptors with unusually large N-terminal extracellular domains that contain a number of well- characterized protein modules. Potential role in cell adhesion.

55 RECEPTOR ACTIVITY MODIFYING PROTEINS

56 CGRP PEPTIDCSALÁD RECEPTORAI AM: adrenomedullin; AMY: amylin; CT: calcitonin; CGRP: calcitonin gene-related peptide; CL receptor: calcitonin receptor-like receptor

57 GUANILÁT-CIKLÁZ KAPCSOLT RECEPTOROK

58 NATRIURETIC PEPTIDEK

59 NATRIURETIC PEPTID RECEPTOROK

60 ANP CSÖKKENTI A VÉRTÉRFOGATOT

61 AZ ANP ELOSZLÁSA AZ AGYBAN

62 INZULIN RECEPTOR SZIGNÁL TRANSZDUKCIÓJA

63 A PROLAKTIN RECEPTOR SZIGNÁLTRANSZDUKCIÓJA

64 RF-PEPTIDEK IONOTROP RECEPTORAI FMRFamide (Phe-Met-Arg-Phe) egy fontos neuropeptid több gerinctelen fajban

65 FMRFamide HATÁSA H + -RECEPTOR IONCSATORNÁKRA

66 NEUROPEPTIDEK INAKTIVÁCIÓJA Proteolítikus degradáció az extracelluláris térben A résztvevő peptidázok integráns membránfehérjék Szférikus okokból fehérjéket nem hasítanak Peptidázcsaládok Neprilysin-szerű endopeptidázok (Zn-metallopeptidázok) hasítás hidrofób aminosavak N-terminális oldalán enkephalinase (neutral endopeptidase 24.11), DINE (damage-induced neuronal endopeptidase), endothelinconverting enzymes 1, 2 szubsztrátok: opiátok, CGRP, tachykininek, szomatosztatin Aminopeptidázok (metallo-exopeptidázok) aminopeptidase A, P, puromycin-sensitive aminopeptidase Dipeptidyl peptidase III és IV-szerű peptidázok (szerin proteázok) dipeptid hasítás az N terminálisról szubsztrátok: glucagon-like peptides, angiotensine II Angiotensin-converting enzymes-ace (Zn-metallopeptidázok) dipeptid hasítás a C terminálisról szubsztrátok: enkephalin, SP, LH-RH, CCK-8

67 NEUROPEPTIDEK DEGRADÁCIÓJA ENDOSZÓMÁKBAN

68 PÉLDÁK NEUROPEPTIDEK FUNKCIÓIRA 1. NEUROHYPOPHYSIOTROP HORMONOK CRH LH-RH SOM GH-RH

69 KISS I NEURONOK MINT INTEGRÁTOROK

70 KISS I NEURONOK SZEREPE AZ LH SZEKRÉCIÓBAN

71 Substance P von Euler és Gaddum, 1931 hatás felfedezése (bél összehúzódás) Bengt Pernow, 1953 agyi eloszlás Susan Leeman, 1971 szekvenálás 1987-re 3 féle receptor farmakológiai elkülönítése Nakanishi, 1987 receptor klónozása

72 A neurokinin 1 receptor immunoreaktivitásában SP-SAP hatására bekövetkező csökkenés Khasabov S G et al. J. Neurosci. 22:

73 Az SP-SAP előkezelés gátolja a capsaicin hatására bekövetkező aktivitásfokozódást a gerincvelő NK-1 receptor tartalmú sejtjeiben Khasabov S G et al. J. Neurosci.22:

74 Az SP-SAP előkezelés kivédi a kapszaicin-okozta mechanikai és hőingerre létrejövő szenzitizálódást Khasabov S G et al. J. Neurosci. 22:

75 AZ ENDOGÉN ANALGÉZIA: OPIOIDOK ÉS CÉLTERÜLETEIK β-endorphin enkephalins dynorphins endomorphins nociceptin location of the cells hypothalamus central gray dorsal horn inhibitory interneurons central gray dorsal root ganglion dorsal root and Gasserian ganglia target areas periaqueductal central gray (enkephalin and dynorphin cells) rostral ventromedial medulla (5-HT/SP/TRH cells) dorsal horn projection neurons rostral ventrolateral medulla (A5-subcoeruleus NE cells) lamina I.-IV. (presynaptic inhibition on primary afferents) dorsal horn (lamina I.-II.) spinal trigeminal nucleus dorsal horn, limbic cortex

76 OREXIN TISZTÍTÁSÁNAK KROMATOGRÁFIÁS LÉPÉSEI

77 A LATERÁLIS HYPOTHALAMUS OREXIN ÉS MELANIN- CONCENTRATING HORMONE (MCH) SEJTJEI

78 OREXIN KNOCK-OUT EGÉR NARKOLEPSZIÁS TÜNETEI

79 Orexin sirns laterális hypothalamikus injekciójának hatása az orexin szintre

80 A laterális hypothalamikus orexin szint sirnssel való csökkentésének hatása a REM alvásra

81 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!