Физиология эндокринной системы И вторичных месседжеров Latrodectus mactans

Физиология эндокринной системы И вторичных месседжеров Latrodectus mactans

Паракринная регуляция (“APUD” система) v Источник сигнала – соседняя клетка; v Синтез небольшого количества сигнала; v Место синтеза сигнала определяет специфику его действия; v Связывание сигнала с межклеточными белками в процессе диффузии – регуляция диффузии и защита от разрушения ; v Разрушение белковносителей протеазами – освобождение активного сигнала Эндокринная регуляция v Источник сигнала – отдаленная эндокринная железа; v Синтез большого количества сигнала специализированными клетками; v Место синтеза сигнала не определяет специфику его действия; v Связывание сигнала с молекулами и клеткаминосителями в крови – повышение растворимости, защита от разрушения; v Поступающий в кровь гормон - активен или должен быть активирован в клетке-мишени (Т 4 Т 3) Некоторые сигнальные программы используются только при паракринной регуляции (синаптическая передача, рецепторы “Notch” )

Развивающийся мозг – гигантская полифункциональная эндокринная железа

НЕЙРОЭНДОКРИННЫЕ РЕГУЛЯЦИИ У ВЗРОСЛЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ Биологи. ЦНС ческие часы Hypothalamus Нервные стимулы Гипоталамические Рилизинг- и Ингибитингфакторы Замкнутая система регуляции Стимуляция Ингибирование Предполагаемое влияние Внутренние, внешние стимулы ПРФ КРФ СС ФСГ- ГРФ ПИФ РФ РФ-ГР МИФ ТРФ Аденогипофиз ГР, пролактин, МСФ Кортикоиды Мозг Эндокринные железы АКТГ Гипофиз Прямая регуляция Обратная связь Надпочеч ники Т 3 ТСГ T 4 Щитовидная железа ФСГ ЛГ Ингиби н ЛГ Эстрогены ФСГ Семенник и Органы-мишени Яичники Тканевые метаболиты

НЕЙРОН – УНИВЕРСАЛЬНАЯ ФАБРИКА ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Нейроны гипоталамуса синтезируют классические нейротрансмиттеры и несколько десятков нейропептидов, играющих роль нейротрансмиттеров, нейромодуляторов и нейрогормонов Нейропептиды ü ü ü Заднегипофизарные ( ) Аденогипофизотропные ( ) Аденогипофизарные Желудочно-кишечные ( ) Прочие Мишень Миш ень Пептиды Пеп тид Нобелевские премии: 1955 – Vincent du Vigneaud; 1977 – R. Guillemain, A. Schally. ы Гипоталамус Портальная система циркуляции Передняя доля гипофиза Задняя доля гипофиза Общая система циркуляции

ЦЕНТРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ НЕЙРОЭНДОКРИННЫХ ЦЕНТРОВ ГИПОТАЛАМУСА Адреналин Норадреналин СТВОЛ МОЗГА Серотонин ЯДРО ШВА ГИПОТАЛАМУС Дофамин Пептид Ствол мозга 3 -й V желудочек СРЕДИННОЕ ВОЗВЫШЕНИЕ Крупноклеточные ядра Мелкоклеточные ядра Экстрагипоталамические центры Аденогипофиз Задняя доля Общая система циркуляции Кровеносные сосуды ГИПОФИЗ Ugrumov M. V. , Chandrasekhar K. , Borisova N. A, . Mitskevich M. S. 1079. Cell Tiss. Res. 201: 295 -303; Ugrumov M. V. 1992. Prog. Brain Res. 91: 349 -356;

МОНОАМИНЕРГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА (Kandel et al. , 2000) Серотонинергическая система Волокна Нейроны Регуляция: • Пищевого поведения; • Эмоций; • Суточных ритмов (сон-бодрствование); • Чувствительности; • Репродукции и др. Норадренергическая система Волокна Нейроны Туберо-инфундибулярная Дофаминергическая система Ниграстриатная система двигательное поведение Регуляция: ингибиторный контроль секреции Патология: болезнь Паркинсона пролактина гипофиза Патология: синдром гиперпролактинемии Нейроны Волокна Регуляция: • Сердечно-сосудистой системы; • Репродукции; • Адаптации; • Психического статуса и др. Дофаминергическая система Регуляция: двигательное поведение Патология: болезнь Паркинсона Регуляция: ингибиторный контроль секреции пролактина гипофиза Патология: синдром гиперпролактинемии

A, аминокислота; D, ДОФА-декарбоксилаза M, моноамин; МОНОАМИНЕРГИЧЕСКИЙ НЕЙРОН: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ TC, клетка-мишень; X, промежуточный продукт Моноаминергический нейрон Серотонин Дофамин COOH Специфические характеристики: CH 2 C H NH 2 L-Триптофан ü Полный набор ферментов синтеза моноаминов; N H Тирозингидроксилаза COOH CH 2 C H OH NH 2 5 -Гидрокситриптофан Относительно специфические характеристики: ü Везикулярный мембранный транспортер 2 -го типа. , L-Тирозин HO Триптофангидроксилаза ü Мембранный транспортер моноаминов. C NН 2 H СH 2 СOOH HO HO СH 2 Декарбоксилаза ароматических L-аминокислот CH 2 NH 2 5 -Гидрокситриптамин (=серотонин) N H NН 2 L-ДОФА N H OH C H HO HO СH 2 CH 2 NН 2 Дофамин

РЕЦЕПЦИЯ (Habener, 2002; Lazar, 2002)

Различные механизмы первичного действия гормонов на клетку. А. Жирорастворимый гормон проходит через мембрану и, присоединившись внутри клетки к молекуле рецептора, образует активный комплекс, который воздействует на генетический аппарат. Б. Гормон, нерастворимый в жирах, присоединяется к рецептору на поверхности клетки и стимулирует ферментативное образование второго посредника, который, связавшись с другой молекулой, образует с ней метаболически активный комплекс.

КЛАССИЧЕСКИЕ ВТОРИЧНЫЕ МЕССЕНДЖЕРЫ аденилатциклаза - циклический аденозинмонофосфат (ц. АМФ); гуанилатциклаза - циклический гуанозинмонофосфат (ц. ГМФ); фосфолипаза С - инозитолтрифосфат (ИФ 3); ДИАЦИЛГЛИЦЕРОЛ (ДАГ) ИОНЫ КАЛЬЦИЯ (Са 2+) ОКСИД АЗОТА (NO) МОНООКСИД УГЛЕРОДА (СО) СУЛЬФИД ВОДОРОДА (SH)

G-белки ГТФ-связывающие белки связывают и гидролизуют ГТФ. Они служат молекулярными переключателями, регулирующими множество внутриклеточных процессов. Активная форма G-белка отличается высоким сродством к ГТФ. Обладая собственной ГТФазной активностью G-белки гидролизуют ГТФ, переходя при этом в неактивную ГДФсвязанную форму. Активные G-белки, связываясь и модифицируя активность определённых ферментов и ионных каналов, модулируют множество жизненно важных клеточных процессов. Известно два класса G-белков – гетеротримерные G-белки или мономерные ГТФ-связывающие белки (малые G-белки).

Гетеротримерныей G-белок состоит из трёх субъединиц: α (40 000 Да), β (около 37 000 Да) и γ (8000 -10 000 Да). Функция и специфичность G-белка обычно определяется его α-субъединицей. У большинства из них субъединицы β и γ прочно связаны между собой. Гетеротримерные G-белки служат посредниками между рецепторами плазматической мембраны для внеклеточных регуляторных веществ (гормонов, нейромодуляторов) и внутриклеточными процессами, которые они контролируют. Связывание лиганда с его рецептором активирует G-белок , а тот либо активирует, либо ингибирует фермент или ионный канал.

G - белок- опосредованная сигнальная трансдукция

Никотиновый и мускариновый холинорецепторы

Система аденилатциклаза ц. АМФ Как действуют подавляющие аденилатциклазу гормоны (соматостатин, ангиотензин II и др. ) 1. Гормон-рецепторные комплексы взаимодействуют в мембране клетки с G-белком, 2. G-белок вызывает гидролиз ГТФ до ГДФ и подавление активности аденилатциклазы Как действуют активирующие аденилатциклазу гормоны (глюкагон, тиротропин, паратирин и др. ) 1. Образование гормон-рецепторного комплекса приводит к связыванию ГТФ с GS-белком, 2. GS-белок вызывает присоединение Mg к аденилатциклазе и ее активацию 3. Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется ц. АМФ, 4. ц. АМФ вызывает: активацию протеинкиназ и системы кальцийкальмодулин, а затем фосфорилирование белков. Это меняет проницаемость мембран, активность и количество ферментов. активацию трансметилаз и метилирование ДНК, РНК, белков, гормонов, фосфолипидов. Это влияет на процессы пролиферации, дифференцировки, состояние проницаемости мембран и свойства их ионных каналов Прекращение гормонального эффекта осуществляется с помощью фосфодиэстеразы, вызывающей гидролиз ц. АМФ с образованием аденозин-5 -монофосфата. Однако этот продукт гидролиза превращается в клетке в аденозин, также обладающий эффектами вторичного посредника, так как подавляет в клетке процессы метилирования.

АДЦиклазы – 9 изоформ (от I до IX) Характеризуется в основном по их чувствительности к Са 2+ и РК-С. Тип I и III – стимулируется субмикромолекулярными концентрациями Са 2+. Тип V и VI – ингибируются субмикромолекулярными концентрациями Са 2+. Тип II и VII – стимулируется РК-С. Тип IV – не обладает чувствительностью ни к Са 2+, ни к РК-С. Тип IX – ингибируются Са-чувствительной фосфатазой – кальцинсурином. Тип V и VI – наиболее вероятная мишень для G-белков чувствительных к пертуссис-токсину.

Фосфодиастеразы (PDES) PDE 1, -2, -3, -4, -5, -6, -7. 7 генных семейств определяют синтез изоформ 1 – 7, где >50 различных PDES. PDE -3, -4, -7 – разрушают преимущественно ц. АМФ. PDE -1, -2, -5, -6 - разрушают преимущественно ц. ГМФ. Неселективный ингибитор – 3 -изобутил-1 метилксантин (JBMX). PDE-4 – генное семейство имеет 4 подсемейства PDE-4 А-D, которые дают 15 -20 вариантов в этих субсемействах. PDE-1 – хорошо выражена в ГМК.

Система фосфолипаза С - ИФ 3 1. 2. 3. 4. 5. 6. Этапы: Образование гормон-рецепторного комплекса с Gбелком активирует мембранную фосфолипазу-С, Фосфолипаза-С вызывает гидролиз фосфолипидов мембраны с образованием: ИФ 3 и ДГ. ИФ 3 ведет к выходу Са 2+ из внутриклеточных депо. Связывание Са 2+ со специализированным белком кальмодулином активирует протеинкиназу-С и вызывает фосфорилирование внутриклеточных структурных белков и ферментов. ДГ повышает сродство протеинкиназы-С к Са 2+, способствуя ее активации, что также завершается процессами фосфорилирования белков. ДГ одновременно активирует фосфолипазу А-2. Под влиянием последней из мембранных фосфолипидов образуется арахидоновая кислота, являющаяся источником простагландинов и лейкотриенов. В разных клетках организма превалирует один или другой путь образования вторичных посредников, что в конечном счете и определяет физиологический эффект гормона. Через рассмотренную систему вторичных посредников реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецептором), вазопрессина, ангиотензина II, соматостатина, окситоцина.

ИФ 3 связывается с рецептором – каналоформером, расположенным на эндоплазматической сети и вызывает выход Са 2+ в цитоплазму.

Сигнальная трансдукция при активации АТ 1 рецепторов

Система кальций-кальмодулин Вызываемое гормональным стимулом кратковременное увеличение в клетке кальция и его связывание с кальмодулином является пусковым стимулом для многочисленных физиологических процессов: 1. сокращения мышц, 2. секреции гормонов, 3. выделения медиаторов, 4. синтеза ДНК, 5. изменения подвижности клеток, 6. транспорта веществ через мембраны, 7. изменения активности ферментов.

Система кальцийкальмодулин Этапы: 1. Са 2+ поступает в клетку: А) либо после образования гормонрецепторного комплекса Б) либо из внеклеточной среды через кальциевые каналы В) либо из внутриклеточных депо под влиянием ИФ 3. 2. В цитоплазме немышечных клеток кальций связывается со специальным белком-кальмодулином, а в мышечных клетках роль кальмодулина выполняет тропонин С. 3. Комплекс кальций-кальмодулин и активирует многочисленные протеинкиназы, 4. Протеинкиназы обеспечивают фосфорилирование, а следовательно изменение структуры и свойств белков. 5. Кроме того комплекс кальцийкальмодулин активирует фосфодиэстеразу ц. АМФ, что подавляет эффект ц. АМФ.

Система гуанилатциклаза ц. ГМФ Этапы: Активация гуанилатциклазы происходит опосредованно через ионизированный кальций (ацетилхолин, натрийуретический гормон) и оксидантные системы мембран (оксид азота). Под влиянием гуанилатциклазы из ГТФ синтезируется ц. ГМФ, ц. ГМФ активирует ц. ГМФ-зависимые протеинкиназы, Протеинкиназы уменьшают скорость фосфорилирования легких цепей миозина в гладких мышцах стенок сосудов, приводя к их расслаблению. В большинстве тканей биохимические и физиологические эффекты ц. АМФ и ц. ГМФ противоположны (сердце, гладкие мышцы кишечника Ферментативный гидролиз ц. ГМФ, а следовательно, и прекращение гормонального эффекта, осуществляется с помощью специфической фосфодиэстеразы.

Предполагаемая модель NO сигнала в ГМК.

Взаимосвязи вторичных посредников Между вторичными посредниками устанавливаются различные взаимоотношения: 1) равнозначное участие, когда разные посредники необходимы для полноценного гормонального эффекта; 2) один из посредников является основным, а другой лишь способствует реализации эффектов первого; 3) посредники действуют последовательно (например, ИФ 3 обеспечивает освобождение кальция, ДГ облегчает взаимодействие кальция с протеинкиназой С); 4) посредники дублируют друга для обеспечения избыточности с целью надежности регуляции; 5) посредники являются антагонистами, т. е. один из них включает реакцию, а другой — тормозит (например, в гладких мышцах сосудов ИФ 3 и кальций реализуют их сокращение, а ц. АМФ — расслабление).

Нобелевскию премию по химии в этом году получили два американских профессора – Роберт Лефковитц из университета Дьюка в Северной Каролине и Брайан Кобилка из Стэнфордского университета в Калифорнии – за исследования рецепторов, сопряжённых с G-белками (GPCR – G-protein-coupled receptors). GPCR являются передатчиками сигналов внутрь клеток, позволяя клеткам, различным органам и системам организма общаться друг с другом, а также получать информацию об окружающей среде. Существует около 800 различных GPCR, которые находятся в мембранах клеток человека и распознают широкий диапазон внеклеточных симулянтов, включающих ионы, гормоны, нейротрансмиттеры, пептиды и т. д. Примерами хорошо известных молекул, на которые реагируют рецепторы, являются адреналин, серотонин, дофамин, гистамин, кафеин, опиоиды, каннабиноиды, хемокины и многие другие. Рецепторы передают сигналы путём активирования ГТФ-связывающих белков (G-белков), которые в свою очередь запускают цепочки сложных внутриклеточных реакций, приводящих к определённым клеточным и физиологическим ответам.

JAK – STAT сигнализация при активации рецептора интерферона - 2

Спасибо за внимание

CICR – опосредованный выброс кальция из СПР

Са – является основным лигандом регуляции Са-воротного механизма, активируя каналы в мк. М концентрациях и ингибирует их в м. М – концентрациях. Это предполагает 2 места связывания Са 2+. Руанодин – активирует каналы в н. М концентрациях (растительный алкалоид). Другие эффекторы Са каналов саркоплазмотического ретикулума (СПР) – Mg 2+, АТФ, кальмодулин, кофеин. (ЗН) – Руанодин как маркер связыванных Са каналов с СПР.

Са-АТФазы CПР (SERCA) – 5 изоформ, продукт 3 членов SERCA 1, 2, 3. SERCA 1 – является активной изоформой быстросокращающихся скелетных мышц. SERCA 1 б – представлена в быстросокращающихся скелетных мышцах в неонатальном периоде. SERCA 2 а – является основой изоформой в медленно сокращающихся скелетных мышцах и кардиальной мышце. SERCA 2 б – представлен повсеместно, но является преобладающим в невозбудимых клетках. SERCA 3 – представлен в основном в невозбудимых клетках, хорошо выражена в тонком кишечнике, тимусе и мозжечке.

Схематическое изображение строения α и β - адренорецепторов

СИНТЕЗ ПЕПТИДНЫХ ГОРМОНОВ (Habener, 2002) Хроматин (ДНК+протеин) Нуклеосома Ядро ДНК Транскрипция РНК полимераза Предшественник м. РНК Пре-м. РНК Вырезание интронов Воссоединение “СAP” Me 7 GPPP м. РНК Посттранскрипционный процессинг м. РНК ААААА 3’ Цитоплазма Трансляция т. РНК, аминокислоты м. РНК Рибосомы Эндоплазматический ретикулум Препрогормон Комплекс Гольджи СНО Прогормон Зрелый гормон Препротеин Секреция Модификация Протеин Транспорт Котрансляция Посттрансляционный процессинг: - пресекреторный - постсекреторный Посттрансляция Биологическое действие Сигнал ПРЕПРОГОРМОН ПРООПИОМЕЛАНОКОРТИН d-MСГ -ЛПГ β-Эндорфин ПРОСОМАТОСТАТИН С-С-28 С-С-14

Схематичное изображение эффектов глюкокортикоидов на NF-k. B активацию

Предполагаемые механизмы действия мелатонина на клеточном уровне. RZRα, β – ретиноидные Z рецепторы α и β

Классификация потенциало-зависимых кальциевых каналов

Геномные и негеномные эффекты эстрогенов на гладкую мышцу

Регуляция синтеза и секреции эндотелина – 1

Сигнальная трансдукция при активации ЭТ - 1 рецептора