A katekolaminerg idegsejtfenotipus és neurotranszmisszió molekuláris biológiája Sperlágh Beáta Celluláris és molekuláris neurobiológia PhD kurzus, 2014. 11. 11., MTA KOKI
Előadásvázlat Alapok I. Noradrenalin II. Dopamin Amire koncentrálni fogok: gének, fehérjék, betegségek, gyógyszerek.
Alapok: Katekolaminok definíciója = di-ortohidroxifeniletilamin
Alapok: Neurotranszmitter kritériumok Szintézis és tárolódás az idegvégződésben ingerlésfüggő felszabadulás hatás a posztszinaptikus receptoron inaktivációs mechanizmus
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
Előadásvázlat Alapok I. Noradrenalin II. Dopamin Hol neurotranszmitter a noradrenalin? 1. Központi idegrendszer 2. Vegetatív idegrendszer szimpatikus posztganglionáris rostok X. Mindkettő
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
[Ca 2+ ] i CAM A noradrenalin és a dopamin bioszintézise a-methyl-paratirozin citoplazma fluorodopa carbidopa reserpin tetrabenazin vezikula
A tirozin hidroxiláz enzim aktivitásfüggő szabályozása
A tirozin hidroxiláz enzim kimutatása
A dopamin béta hidroxiláz enzim kimutatása
A noradrenerg transzmisszió és befolyásolási lehetőségei
A noradrenalin felszabadulása lehet A. vezikuláris [Ca 2+ ] o -függő TTX-szenzitív Richter et al., Neuropharmacology, 2012
A noradrenalin felszabadulása lehet B. transzporter mediált [Ca 2+ ] o -független TTX-inszenzitív hőmérsékletfüggő Milusheva et al., Neuroscience, 2003
A noradrenalin plazmamembrán és vezikuláris transzporterei Uptake 1 Uptake 2 Vesicular Transport of noradrenaline (rat heart) V max (nmol/g per min) 1.2 100 K m (μmol/l 0.3 250 0.2 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
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
A monoamin transzporterek csereszabatosak
A noradrenalin metabolizmusa
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)
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 37344 Selective antagonists Prazosin, doxazosin Yohimbine, idazoxan Metaoprolol, atenolol Butoxamine
Centrális adrenerg receptorok funkciói Prefrontális kéreg: figyelem, kognitív funkciók, memória Agytörzs: vérnyomásszabályozás, alvásébrenlét Limbikus rendszer: hangulat
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
A katekolmainerg transzmisszió betegségei Gatt et al., J. Psychiatry Res, 2014
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
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, 2008. Maletic et al,, Int. J. Clin. Pract,.2007 From Sanacora et al. Nat. Rev Drug Disc. 2008
A monoamin hipotézis: érvek és ellenérvek
A depresszió modellezése állatkísérletekben Behavioral despair anhedonia szorongás
A depresszió modellezése állatkísérletekben
A transzporter gátló antidepresszánsok hatásmechanizmusa
Centrális dopaminerg pályák Fontosabb funkciók Motoros működések kéreg alatti kontrollja Viselkedés Önjutalmazási-büntetési rendszer Hormonszekréció Hányás
A dopamin és újrafelvétele és metabolizmusa DAT
Kórós dopamin metabolizmus
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
Dopamin receptorok D1 receptor D3 receptor
Az dopaminerg rendszert érintő neurodegeneratív betegségek
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
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
Antiparkinzon gyógyszerek
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
A skizofrénia dopaminerg hipotézise
Social interaction freqvency Social interaction time (%) Stereotypia (score) Central area (LineX) Locomotion (LineX) Ataxia (score) PCP indukált schizophrenia modell egérben 600 500 ** *** 2.5 2.0 *** *** 400 1.5 300 200 ** ** 1.0 *** 100 0.5 0 4.5 4.0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** *** 0.0 120 100 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- * 3.5 3.0 2.5 *** 80 60 2.0 1.5 *** *** 40 20 1.0 35 30 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** 6 0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- *** 25 ** 5 20 15 10 * 4 3 2 *** *** 5 1 0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/- 0 P2rx7 +/+ P2rx7 -/-
A D2 receptor antagonizmus és az neuroleptikus potenciál korrelációja Egyéb receptorok szerepe: D3, D4, D5, 5-HT2A/C, NMDA
Cariprazine: egy új magyar dopaminerg gyógyszer D2 és D3 parciális agonista 5HT1A antagonista Skizofrénia és bipoláris mánia
Vannak-e nem katekolaminerg transzmitterek a katekolaminerg neuronokban? 1. Purinok IGEN!!! 3. Aminosavak 2. Peptidek Pl. NPY