A katekolaminerg idegsejtfenotipus és neurotranszmisszió molekuláris biológiája

Átírás

1 A katekolaminerg idegsejtfenotipus és neurotranszmisszió molekuláris biológiája Sperlágh Beáta Celluláris és molekuláris neurobiológia PhD kurzus, , MTA KOKI

2 Előadásvázlat Alapok I. Noradrenalin II. Dopamin Amire koncentrálni fogok: gének, fehérjék, betegségek, gyógyszerek.

3 Alapok: Katekolaminok definíciója = di-ortohidroxifeniletilamin

4 Alapok: Neurotranszmitter kritériumok Szintézis és tárolódás az idegvégződésben ingerlésfüggő felszabadulás hatás a posztszinaptikus receptoron inaktivációs mechanizmus

5 A központi idegrendszer neurotranszmitterei és működési időskálája Serkentő: 70% Gyors Excitátoros aminosavak 90% glutamát aszpartát homociszteát Acetilkolin nachr Szerotonin 5-HT3 ATP P2 Lassú Metabotróp glutamát mglur Noradrenalin Dopamin Hisztamin Peptidek: VIP, CCK, orexin, somatostatin, neurokininek, stb. Gátló 30% GABA Glicin (gerincvelő) Acetilkolin machr Noradrenalin Szerotonin dopamin kannabinoidok Diffúzibilis mediátorok NO, CO

6 Előadásvázlat Alapok I. Noradrenalin II. Dopamin Hol neurotranszmitter a noradrenalin? 1. Központi idegrendszer 2. Vegetatív idegrendszer szimpatikus posztganglionáris rostok X. Mindkettő

7 Közös jellemzők: 1. Jól körülhatárolható magokból indulnak ki Centrális noradrenerg pályák 2. Nagy agyterületek diffúz beidegzését adják 3. Dúsan arborizáló axonjaikon nagyszámú varikozitás található, melyeknek jelentős része nem alakít ki szinapszist (NEM-SZINAPTIKUS KÖLCSÖNHATÁSOK, Vizi, 1984) 4. A felszabadult transzmittert nagy affinitású uptake rendszerek távolítják el az extracelluláris térből Fontosabb funkciók Hangulat - kedélyállapot Alvás-ébrenlét, éberség Táplálékfelvétel Szenzoros működések Vérnyomás szabályozás

8 [Ca 2+ ] i CAM A noradrenalin és a dopamin bioszintézise a-methyl-paratirozin citoplazma fluorodopa carbidopa reserpin tetrabenazin vezikula

9 A tirozin hidroxiláz enzim aktivitásfüggő szabályozása

10 A tirozin hidroxiláz enzim kimutatása

11 A dopamin béta hidroxiláz enzim kimutatása

12 A noradrenerg transzmisszió és befolyásolási lehetőségei

13 A noradrenalin felszabadulása lehet A. vezikuláris [Ca 2+ ] o -függő TTX-szenzitív Richter et al., Neuropharmacology, 2012

14 A noradrenalin felszabadulása lehet B. transzporter mediált [Ca 2+ ] o -független TTX-inszenzitív hőmérsékletfüggő Milusheva et al., Neuroscience, 2003

15 A noradrenalin plazmamembrán és vezikuláris transzporterei Uptake 1 Uptake 2 Vesicular Transport of noradrenaline (rat heart) V max (nmol/g per min) K m (μmol/l Specificity NA > A > ISO A > NA > ISO NA = A = ISO Location Neuronal membrane Non-neuronal cell membrane (smooth muscle, cardiac muscle, endothelium) Other substrates Inhibitors Methylnoradrenaline Tyramine Adrenergic neuron-blocking drugs (e.g. guanethidine) Cocaine Tricyclic antidepressants (e.g. desipramine) Phenoxybenzamine Amphetamine (+)-Noradrenaline Dopamine 5-HT Histamine Normetanephrine Steroid hormones (e.g. corticosterone) Phenoxybenzamine Synaptic vesicle membrane Dopamine 5-HT Guanethidine MPP + Reserpine Tetrabenazine

16 A noradrenalin transzporter (NET) MAT Gene Size Human Chromosome DAT hdat 620 amino acids 5p15.3[2] SERT hsert 630 amino acids 17q11.2[2] NET hnet 617 amino acids 16q12.2[2] Na + /Cl - függő equilibratív transzporter Szubsztrátja: noradrenalin, amfetamin, metamfetamine, MDMA (extasy), cocaine, ritalin, 6-hydroxidopamine működése kétirányú

17

18 A monoamin transzporterek csereszabatosak

19 A noradrenalin metabolizmusa

20 A MAO és a COMT Adrenaline or noradrenaline to 3,4-Dihydroxymandelic acid Metanephrine or normetanephrine to vanillylmandelic acid (VMA) Dopamine to dihydroxyphenylacetic acid 3-Methoxytyramine to homovanillic acid Dopamine 3-Methoxytyramine DOPAC HVA (homovanillic acid) Norepinephrine Normetanephrine Epinephrine Metanephrine Dihydroxyphenylethylene glycol (DOPEG) Methoxyhydroxyphenylglycol (MOPEG) 3,4-Dihydroxymandelic acid (DOMA) Vanillylmandelic acid (VMA)

21 Adrenerg receptorok felosztása α: noradrenaline > adrenaline > isoprenaline β: isoprenaline > adrenaline > noradrenaline α 1 α 2 β 1 β 2 β 3 Second messengers and effectors PLC activation camp camp camp camp IP 3 DAG Calcium channels Potassium channels Ca 2+ Agonist potency order NA A > ISO A > NA > ISO ISO > NA > A ISO > A > NA ISO > NA = A Selective agonists Phenylephrine, methoxamine Clonidine, clenbuterol Dobutamine, xamoterol Salbutamol, terbutaline, salmeterol, formoterol BRL Selective antagonists Prazosin, doxazosin Yohimbine, idazoxan Metaoprolol, atenolol Butoxamine

22 Centrális adrenerg receptorok funkciói Prefrontális kéreg: figyelem, kognitív funkciók, memória Agytörzs: vérnyomásszabályozás, alvásébrenlét Limbikus rendszer: hangulat

23 A noradrenerg transzmisszió betegségei A depresszió kórformái Előfordulás: kb. 5-10% A. Unipoláris reaktív (50-60%) endogén (25%) genetikus halmozódás B. Bipoláris (10-15 %) Lényege: A kedélyállapot kórós eltolódása negatív/pozitív irányban SNP: Case-control, asszociációs vizsgálatok, GWAS Meta analízisek Meta analízisek összevetése Kandidáns gének:. 5-HTTLPR, HTR1A, TPH1, COMT, DAT1, DRD4

24 A katekolmainerg transzmisszió betegségei Gatt et al., J. Psychiatry Res, 2014

25 A depresszió tünetei Depresszió Mánia Pszichés Lehangoltság Pesszimizmus Bűntudat Felhangoltság Optimizmus Fokozott önértékelés Kritikátlanság Pszichomotoros Cselekvési gátoltság Iniciatíva szegénység Étvágy Szexualitás Alvászavar Hiperaktivitás Agresszivitás, intolerancia Étvágy Fokozott szexualitás Alvászavar Hospitalizáció Szuicidum veszély Hospitalizáció Közveszélyesség, agresszió

26 A depresszió fontosabb hipotézisei Monoamin (1965) HPA axis (1985) Citokin (1999) Neuroplaszticitás (2003) Neurodegeneratív (2005) Network (2007) Glutamát Belmaker, RH; Agam, Galila New England Journal of Medicine. 358(1):55-68, January 3, Maletic et al,, Int. J. Clin. Pract,.2007 From Sanacora et al. Nat. Rev Drug Disc. 2008

27 A monoamin hipotézis: érvek és ellenérvek

28 A depresszió modellezése állatkísérletekben Behavioral despair anhedonia szorongás

29 A depresszió modellezése állatkísérletekben

30 A transzporter gátló antidepresszánsok hatásmechanizmusa

31 Centrális dopaminerg pályák Fontosabb funkciók Motoros működések kéreg alatti kontrollja Viselkedés Önjutalmazási-büntetési rendszer Hormonszekréció Hányás

32 A dopamin és újrafelvétele és metabolizmusa DAT

33 Kórós dopamin metabolizmus

34 Dopamin receptorok felosztása D 1 type D 2 type Distribution D 1 D 1 D 5 D 2 D 3 D 4 Cortex Limbic system Striatum Ventral hypothalamus and anterior pituitary Agonists Dopamine + (low potency) + (low potency) Apomorphine PA (low potency) PA (low potency) Bromocriptine PA (low potency) PA (low potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) + (high potency) Antagonists Chlorpromazine Haloperidol Spiperone Sulpiride Clozapine Signal transduction Increase camp Increase camp Decrease camp and/or increase IP 3 Decrease camp and/or increase IP 3 Decrease camp and/or increase IP 3 Effect Mainly postsynaptic inhibition Mainly postsyn aptic inhibitio n Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release

35 Dopamin receptorok D1 receptor D3 receptor

36 Az dopaminerg rendszert érintő neurodegeneratív betegségek

37 Parkinson kór Lényege: a nigrostriatális dopaminerg pálya degenerációja Oka: idiopathiás vagy szekunder (gyógyszer indukált, MPTP, rotenon) Jellege: krónikus, progresszív, időskori Legfontosabb tünetek Nyugalmi tremor Izomrigiditás Bradykinesia vagy akinesia Poszturális instabilitás Finomkoordináció zavara Dementia, depresszió nem szükségszerű Szövettani jellegzetesség: Lewy-testek Neurokémiai elváltozások: striatális dopamin tartalom dopamin felvétel

38 A Parkinson kór kialakulásában szerepet játszó tényezők Környezeti rizikófaktorok: Rotenon, paraquat, MPTP Genetikus prediszponáló faktorok: a-synuclein, parkin, ubiquitin hidroláz mutáció Mitokondriális diszfunkció Abnormális proteinek aggregációja Kóros protein oxidáció/nitráció Nigrostriatális dopaminerg pálya szelektív degenerációja Extrapiramidális mozgásszervi tünetek

39 Antiparkinzon gyógyszerek

40 Tünetei Pozitív Érzékelés zavarai Hallucinációk Téveseszmék Elidegenedési élmény Gondolkodás zavarai Inkoherencia Dezorganizáció Kognitív deficit (nem feltétlen) Viselkedés zavarai Pszichomotoros nyugtalanság Inadekvát viselkedés Skizofrénia Előfordulás: 1%, herediter, fiatal felnőttkor Jellege: krónikus, progresszív, nem neurodegeneratív Negatív Érzelmi-hangulati élet zavarai Érzelmi elsivárosodás Anhedonia Viselkedés zavarai Indítékszegénység (katatónia, stupor) aszociabilitás

41 A skizofrénia dopaminerg hipotézise

42 Social interaction freqvency Social interaction time (%) Stereotypia (score) Central area (LineX) Locomotion (LineX) Ataxia (score) PCP indukált schizophrenia modell egérben ** *** *** *** ** ** 1.0 *** P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** *** P2rx7 +/+ P2rx7 -/- * *** *** *** P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** 6 0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** 25 ** * *** *** P2rx7 +/+ P2rx7 -/- 0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/-

43 A D2 receptor antagonizmus és az neuroleptikus potenciál korrelációja Egyéb receptorok szerepe: D3, D4, D5, 5-HT2A/C, NMDA

44 Cariprazine: egy új magyar dopaminerg gyógyszer D2 és D3 parciális agonista 5HT1A antagonista Skizofrénia és bipoláris mánia

45 Vannak-e nem katekolaminerg transzmitterek a katekolaminerg neuronokban? 1. Purinok IGEN!!! 3. Aminosavak 2. Peptidek Pl. NPY