Молекулярная нейробиология Лекция 3 Пептидные регуляторы И А

Молекулярная нейробиология Лекция 3. Пептидные регуляторы И. А. Гривенников Институт молекулярной генетики РАН

Пептидные регуляторы функций организма, включая функции ЦНС, представлены соединениями, содержащими в основном от 2 до 25 -30 а. о. В настоящее время известны несколько тысяч регуляторных пептидов. Классификация регуляторных пептидов осуществляется как по схожести функций, так и по месту синтеза и локализации в организме.

Уникальные свойства регуляторных пептидов Являются эндогенными регуляторами большинства функций в организме. Оказывают свое действие в низких концентрациях. Обладают специфичностью действия. Являются потенциально безопасными для организма.

Некоторые пептиды обнаруженные в мозге

Некоторые примеры совместной локализации Нейротрансмиттеров и пептидов в нервном окончании В нервном окончании присутствуют везикулы двух размеров: 50 нм-содержат классические Нейротрансмиттеры (синаптические везикулы) 100 -250 нм –содержат регуляторные пептиды (секретоные везикулы)

Синаптические везикулы Секреторные везикулы Синаптическое окончание в спинном мозге кролика. Х 68000.

Регуляторные пептиды (нейропептиды в мозге) ответственны за так называемую медленную синаптическую передачу в отличие от классических Нейротрансмиттеров (АХ, глутамата и тд). Действие нейропептидов осуществляется в основном через рецепторы, ассоциированные с G-белками В отличие от классических нейротрансмиттеров нейропептиды синтезируются на рибосомах в теле клетки и транспортируются в нервные окончания в виде везикул Пока одно исключение: FMRF-amide напрямую активирует амилорид-чувствительный Натриевый ионный канал

Пептиды синтезируются в виде больших молекулпредшественников пролактин инсулин Все молекулы предшественники несут сигнальную последовательность 60 -70 а. к. , определяющую их доставку в цистерны эндоплазматического ретикулума

Синтез и выброс секреторных белков и регуляторных пептидов в эукариотических клетках, включая нейроны.

Специфический процессинг предшественников Х-RR- ПЕПТИД-RR-ХХХ Места расщепления предшественника под действием специфической эндопротеазы. С С-конца молекулы пептида RR-аминокислоты отщепляются карбоксипептидазой Е Зрелый регуляторный пептид может подвергаться дальнейшей модификации: - достаточно часто С-конец пептида амидирован, - если с N-конца пептида присутствует остаток глутаминовой кислоты, то довольно часто происходит его циклизация.

Молекула-предшественник может нести: -Одну копию пептида -Несколько копий одного и того же пептида -Несколько копий разных пептидов с близкими функциями - Несколько копий разных пептидов с различными функциями

Устойчивость регуляторных пептидов Время полужизни обычно от секунд до нескольких минут нейроны Глиальная клетка Расщепление регуляторных пептидов осуществляется большим количеством различных эндо- и экзопептидах

Релизинг фактор тиреотропного гормона (TRH) p. Glu-His-Pro-NH 2 Получен в очищенном виде в 1969 г (группы под руководством Гуллемина и Шелли) (за 10 лет работы было переработано 10 тонн гипоталамусов крупного рогатого скота) В мозге млекопитающих секреция гормонов передней долей гипофиза находится под контролем нейросекреторных клеток гипоталамуса, которые секретируют специфические релизинг факторы.

Другие релизинг факторы были идентифицированы вскоре после TRH. Релизинг фактор Лютеинизирующего гормона (LHRH) Релизинг фактор кортикотропного гормона (CRH) Релизинг фактор гормона роста (GHRH) Соматостатин (ингибитор секреции гормона роста) Каждый из этих факторов действовал на клетки гипофиза через Соответствующие G-белки

Опиоидные пептиды (свыше 30 пептидов) и их рецепторы (1973 -1975 гг. ) (сначала идентифицированы рецепторы по связыванию антагониста налоксона) Met- энкефалин Tyr-Gly-Phe-Met Leu- энкефалин Tyr-Gly-Phe-Leu Эндорфины (альфа, бетта, гамма) динорфины Большинство этих пептидов обладает выраженным обезболивающим действием. Кроме этого пептиды этого семейства оказывают эффекты на высшие функции мозга: функция внутренних факторов подкрепления и удовольствия.

Проэнкефалин А содержит 6 копий Мet-энкефалина и 1 копию Leu-энкефалина Проэнкефалин В содержит 3 копии Leu-энкефалина

Рецепторы опиоидных пептидов (1973 г. ) Подразделяются на несколько подтипов: мю-, дельта-, каппа-, сигма-, эпсилон. Бетта-эндорфин – Энкефалины Динорфины Морфин N-аллилнорциклазоцин – мю- и эпсилон дельта каппа мю сигма Субъединицы рецепторов – 45 -66 к. Д. В основном сопряжены с Gi- регуляторными белками, регулируют уровень калия (+) и кальция (-)

Кальцитонин и CGRP два пептида из одного гена. Кальцитонин - регуляция уровня кальция в организме CGRP (calcitonin gene related peptide) синтезируется в мозге. Идентифицирован в Нервно-мышечных окончаниях и сенсорных ганглиях. Подавляет ветвление (спрутинг) нервных окончаний. Индуцирует синтез АХ- рецепторов.

Тканеспецифичный альтернативный сплайсинг приводящий к появлению двух разных пептидных продуктов. Пептид относящийся к продукту гена продуцируется в мозге. кальцитонина (CGRP)

Тахикинины Нейрокинины, Нейромедины, Бомбезины, др. Тахикинины беспозвоночных, амфибий, рыб. Рецепторы: NK 1, NK 2, NK 3 и их подтипы (Рецепторы ассоциированы с G-белками, приводят увеличению уровней DAG, ITP, Ca) Эффекты: расслабление гладкой мускулатуры, бронхов, центральные эффекты, болевая чувствительность. Молекула предшественника: препротахикинин Нокаут по гену, кодирующему Субстанцию Р приводит к понижению территориальной Агрессии и снижению болевой чувствительности

Субстанция Р (вещество Р) H-Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Phe-Gly-Leu-Met-NH 2 Нейрокинин А H-His-Lys-Thr-Asp-Ser-Phe-Val-Gly-Leu-Met-NH 2 Нейрокинин В H-Asp-Met-His-Asp-Phe-Val-Gly-Leu-Met-NH 2 Нейромедин N H-Lys-lle-Pro-Tyr-lle-Leu-OH Нейромедин В H-Gly-Asn-Leu-Trp-Ala-Thr-Gly-His-Phe-Met-NH 2

Механизмы, приводящие к появлению различных тахикининовых пептидов за счет альтернативного сплайсинга и процессинга, протекающие в различных типах клеток.

Вазопрессин CYFQNCPRGa Подавляет диурез, стимулирует гипертензию. Принимает участие в формировании памяти.

Пептиды, происходящие из молекулы проопимеланокортина

Некоторые свойства пептидов проопиомеланокортина АКТГ стимулирует стероидогенез Бетта-эндорфин обладает анальгетическими свойствами Липотропин стимулирует липолиз Меланоцитстимулирущие гормоны пигментация кожи, регуляция веса тела, процессы обучения и формирования памяти

Передняя доля гипофиза ____________ Средняя доля гипофиза П Процессинг проопиомеланокортина в передней, р промежуточной и задней частях гипофиза. о ц Разный процессинг в разных отделах: е с образование разных пептидов с разными с функциями!!! и н г

МЕЛАНОКОРТИНОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ( МС-R ) ( связаны с G-белками ) МС-R 1 МС-R 2 МС-R 3 МС-R 4 МС-R 5 315 (317)а. а. 297 а. а. 323 (361)а. а. 333 а. а. 325 а. а. Меланома (мозг, гипофиз, семенники) Надпочечники (жировая ткань, кожа) Мозг, (желудок, Поджелудочная железа, плацента) Мозг, кожа, Мышцы, Селезенка, яичники, семенники, надпочечники Пигментация Кожи, Воспаление Стероидогенез ? (нейропротек -ция, регенерация) Потребление пищи (вес тела), болевая чувствительность, (нейропротек -ция) ? регенерация мышц и нервов (нейропротекция) a-MSH Kd – 0. 12 n. M ACTH Kd – 0. 1 n. M g, b-MSH, a-MSH Kd – 7 -13 n. M a-MSH, b-MSH Kd – 70 -380 n. M a-MSH, b-MSH Kd – 10 -70 n. M Гомология внутри семейства от 40 до 70% (аминокислотная последовательность) Вторичные мессенджеры: DAG/ITP ( Ca 2+ ), c. AMP

МС-R 4 принимает участие в регуляции потребления пищи у животных. Нокаут гена этого рецептора приводит к ожирению Кстати, недавно идентифицированный рецептор Y 5 для нейропептида Y ( NPY) также принимает участие в регуляции потребления пищи. Введение данного пептида в мозг приводило к увеличению потребления пищи. Лептин –белок, который подавляет развитие ожирения, ингибирует синтез NPY в гипоталамусе

4 примера генерации пептидов Различные способы генерации регуляторных пептидов В организме

Регуляция экспрессии нейропептидов осуществляется на нескольких уровнях: транскрипции, синтеза, процессинга и наконец секреции.