Obecné principy endokrinních funkcí. Funkce hypothalamu. Funkce adenohypofýzy a štítné žlázy. Integrační systémy organismu • Integrace a koordinace = zajištění integrity a činnosti organismu na všech úrovních vzhledem k měnícím se podmínkám zevního a vnitřního prostředí • Hormonální systém • Nervový systém • Pozn. Neuroendokrinie/neuroendokrinní hormony • Imunitní systém • Co vše řídí a regulují nervové a hormonální signály? • Metabolismus a vnitřní prostředí • Růst a ontogenetický vývoj organismu • Funkce tkání/orgánů • Reprodukční chování • Reakce organismu ke vztahu k zevnímu prostředí Chemičtí poslové • Cytokiny • Malé signální proteiny (hlavně glykoproteiny) • Regulace buněčné komunikace • Ne specializované buňky • extrémně nízké koncentrace • Pleiotropní efekt + redundance • Hematopoetické růstové faktory, interferony, interleukiny, lymfokiny, monokiny včetně chemokinů, atd. • Chemokiny • Skupina cytokinů s chemotaktickým účinkem • Homeostatické procesy - regulace migrace buněk v procesech „údržby“ a vývoje tkání • Zánětlivé procesy – role v imunitní odpovědi (chemoatraktivní účinek na leukocyty) • Další patologické procesy – př. nádorové • Neurotransmitery • Cca 100 látek z různých chemických skupin • Různá klasifikace (nízko-/vysokomolekulární, excitační/inhibiční/modulační, atd.) • Hormony Hormony • Starling 1905 - sekretin • Pomalý a dlouhodobý přenos signálů • Většinou překonávají větší vzdálenosti uvnitř organismu (transport krví – krevní oběh) • Tvořeny ve speciálních strukturách/ buňkách • Glandotropní hormony X aglandotropní hormony • Cílové buňky • Specifická vazebná místa • Vysoká afinita • Krátká doba působení (obvykle) Principy řízení • Mechanismus zpětné vazby • Role vlastního hormonu • Negativní X Pozitivní • Jednoduchá X Složitá • Cyklické uvolňování hormonů • Pleiotropní účinek hormonů • Multiplicita působení hormonů • Permisivní působení hormonů Hormony – proteiny a peptidy • Malé peptidy (3 AMK - TRH) až proteiny (200 AMK – růstový hormon) • Hydrofilita • Hormony hypotalamu, adenohypofýzy a neurohypofýzy • Hormony pankreatu (A-buňky – glukagon, B-buňky – inzulin, D-buňky – somatostatin, PP-buňky – pankreatický polypeptid) • Kalcitonin, parathyreoidální hormon, choriový gonadotropin, lidský choriový somatomamotropin, renin, erytropoetin, natriuretické peptidy (ANP, BNP, CNP, urodilatin), gastrin, sekretin, cholecystokinin, leptin • Někdy dále klasifikovány do „rodin“ (případně „superrodin“) dle homologních sekvencí AMK v primární struktuře: • Inzulinová skupina (inzulin, ILF I/II, relaxin) • Glykoproteinová skupina (LH, FSH, TSH, hCG) • Skupina růstového hormonu (RH, PRL) • Skupina sekretinu (sekretin, glukagon, GIP, glicentin) Hormony – proteiny a peptidy 1. Transkripce 2. Posttranskripční úpravy 3. Translace 4. Posttranslační úpravy - Vezikuly v cytoplasmě - Exocytóza - Depolarizace plasmatické membrány/ - změny Ca2+ - cAMP Chemická struktura a biosyntéza hormonů – deriváty aminokyselin • Deriváty aminokyselin, resp. tyrosinu • Katecholaminy – adrenalin, noradrenalin, dopamin • Lipofilní hormony štítné žlázy – tyroxin, trijodtyronin • Tryptofan – syntéza melatoninu • Př. syntéza hormonů štítné žlázy • Oxidace I- na I0 (thyreoidální peroxidáza) • vazba na 3 pozici tyrosinových zbytků v tyreoglobulinu (MIT) • Vazba dalších jodů – pozice 5, DIT • Oxidativní kondenzací DIT a DIT a další modifikací se dále tvoří T4 • Tvorba T3 kondenzací DIT a MIT Chemická struktura a biosyntéza hormonů – steroidní hormony Lipofilní (rozpustné v tucích) • Klasifikace dle biologické aktivity: • Glukokortikoidy (kortizol, regulace metabolismu/katabolický účinek) • Mineralokortikoidy (aldosteron, regulace kalémie/natrémie) • Androgeny (testosteron, pohlavní vývoj, anabolický účinek, krvetvorba) • Estrogeny (estradiol, proliferační účinek, vliv na CNS, atd.) • Progestiny (progesteron, gestagenní a termogenní účinek) • Kalciferol (regulace kalcemie) Hormony – steroidní hormony • Biosyntéza vychází z cholesterolu • V produkujících buňkách pouze velmi malá zásoba • Velmi rychlá mobilizace esterů cholesterolu • Zdroj cholesterolu – plasma, syntéza de novo • Snadný přestup přes biomembrány Srovnání jednotlivých typů hormonů Sekrece hormonů • Velmi nízká (velmi nízké plazmatické hladiny) • Stimulace/inhibice nervově • U některých (noradrenalin, adrenalin) velmi rychlá sekrece a účinek (sekundy) • U jiných (př. tyroxin, růstový hormon) velmi pomalý účinek (až měsíce) • Dále působky v krvi, ale také zevními faktory • Kontinuální nebo v pulzech (cyklech) • Rozdílná sekrece v: • jednotlivých fázích ontogenetického vývoje (dětství X stáří) • závislosti na pohlaví • Závislosti na vigilitě (bdění X spánek) Transport hormonů • Dán chemickou povahou hormonu • Velmi nízká plazmatická koncentrace (jednotky pikogramů až mikrogramů.ml-1) • Hydrofilní hormony • Peptidy, katecholaminy • Rozpuštěny v plazmě • Velmi rychlá eliminace (MAO, COMT) • Steroidní hormony a hormony štítné žlázy • Vázány zejména na plazmatické proteiny (albumin, prealbumin, globuliny) • Pouze cca 10 % ve volné formě • Př. Tyroxin – 99 % vázáno, méně než 1 % ve volné formě • Komplex hormon-protein neaktivní (nemožnost dosáhnout cílových buněk) • Po disociaci komplexu aktivní forma • Komplex protein-hormon – zásobní funkce, „depo“, ale také ochrana před degradací = pomalá eliminace Eliminace hormonů • Metabolizace cílovými buňkami/tkáněmi (enzymaticky cílovými buňkami, degradace enzymy přítomnými v krevní plazmě) • Vyloučení stolicí nebo močí • Poločas eliminace pro angiotensin II je méně než 1 minuta • Poločas eliminace pro tyreoidální hormony vázané na proteiny je až 6 dní Účinky hormonů • Endokrinní • Parakrinní – ECT • Autokrinní • Pozn. neurokrinie Hormony - receptory a jejich aktivace • Vazba na specifický receptor cílové buňky • Receptor? • Počet receptorů • Změny často již v rámci několika minut • Inaktivace/eliminace • Downregulace • Inaktivace ligandů, intracelulárních signálních molekul, degradace receptorů lysozomy, snížená produkce receptorů… • Snížení sensitivity! • Upregulace • stimulace produkce / dostupnost (sensitizace) • Po vazbě se spouští velmi složitá kaskáda dějů vedoucí k odpovědi Cytosolové receptory • Steroidní hormony • Cytoplasma – hormon+receptor • Vazba na DNA, resp. HRE (= hormone response element) • Aktivace/inhibice genové exprese • Pozn. negenomické působení lipofilních hormonů • Pozn. Aldosteron • Vazba aldosteronu s mineralokortikoidním receptorem v cytoplazmě renálních tubulárních buněk • Po cca 45 minutách – zvýšení reabsorpce sodíku z tubulů a sekrece draslíku do tubulů Zoellner S, Hwang KH, Wilzewski B, Carapito C, Leize-Wagner E, Van Dorsselaer A, Bernhardt R: Aldosterone: From biosynthesis to non-genomic action onto the proteome. Steroids 2008, 73(9-10):966-972. Jaderné receptory • Hormony štítné žlázy • vazba na specifické receptory v jádře (= aktivované transkripční faktory lokalizované v chromatinu), • kontrola funkce promotorů • Vazba na DNA • změna genové exprese řady (více jak 100) intracelulárních proteinů • velmi dlouhý účinek, řádově až několik týdnů Membránové receptory • Hydrofilní hormony • Biologický účinek zprostředkován: • Ovlivněním iontových kanálů (př. acetylcholin, epinefrin) – receptory spojené s iontovými kanály • Receptory spřažené s G proteinem (heterotrimerický GTP-binding protein) • Vazba ligandu = konformační změna • výměna GDP za GPT • disociace podjednotek a další kaskáda dějů = biologická odpověď • Inaktivní stav = vazba GDP • Aktivní stav = vazba GTP • Gi (inhibiční) versus Gs (stimulační) Receptory s vlastní enzymatickou aktivitou • Receptory s enzymovou aktivitou/ receptory spojené s enzymy • Etracelulárně vazebné místo, intracelulárně místo katalytické • Po navázání ligandu aktivace / inaktivace • Př. Leptinový receptor • dimerní • postrádá enzymovou aktivitu, ale je asociován s tyrosin kinázou z JAK rodiny, JAK2 • Změna struktury po navázání leptinu = změna konformace a aktivace JAK2 • JAK2 • fosforylace dalších tyrosinových zbytků receptoru • další přenosu signálu a aktivaci STAT proteinů (signal transducer and aktivator of transcription proteins) • = aktivace transkripce příslušných genů a vznik proteinů • Fosforylace JAK2 vede k aktivaci i dalších drah, zejména MAPK (mitogen-activated protein kinases) a PI3K (phosphatidylinositol 3- kinase) • Jiný příklad – receptory aktivující adenylyl cyklázu, která katalyzuje tvorbu cAMP, druhého posla • ANP – druhým poslem je cGMP Receptory s vlastní enzymatickou aktivitou • Serin/threonin kinázy • Tyrosin kinázy • Receptorové • Intracelulární doména s tyrosin kinázovou aktivitou • Po navázání ligandu fosforylace nejen tyrosinových zbytků receptoru, ale také jiných proteinů • Monomerní – př. receptory pro Nerve growth factor (NGF), Epidermal growth factor – po vazbě ligandu dimerizace receptoru, aktivace vnitřní tyrosin kinázové aktivity, fosforylace tyrosinových zbytků a biologická odpověď • Dimerní – př. receptory pro inzulín a LGF – vazba ligandu aktivuje vnitřní tyrosin kinázovou aktivitu a vede k fosforylaci tyrosinových zbytků receptoru i jiných proteinů • Asociované s receptory • Intracelulární doména bez tyrosin kinázové aktivity, ale je nekovalentně asociována s tyrosin kinázou • Př. JAK Adenylyl cykláza - cAMP systém • Stimulační/ inhibiční G proteiny • Po nahrazení GDP GTP se odštěpí komplex beta a gama a komplex GTP-alfa, který aktivuje adenylyl cyklázu na vnitřní straně membrány, což vede k vzestupu koncentrace cAMP (Gs proteiny) • U Gi naopak inhibice • Gs aktivující hormony: ACTH, ADH, adrenalin, noradrenalin, kalcitonin, CGRP, CRH, dopamin, FSH, glukagon, oxytocin, sekretin, a některé další • Gi aktivují tytéž jako výše, ale dále acetylcholin, angiotenzin II, dopamin, melatonin, somatostatin a další • Regulační role alfa podjednotky a štěpení GTP na GDP a Pi za následné tvorby trimerního G proteinu • Inaktivace cAMP fosfodiesterázou na 5´-AMP • Inaktivace fosfatázami IP3 a DAG jako druzí poslové • angiotenzin II, GnRH, některé katecholaminy, oxytocin, GHRH, TRH, vasopresin aktivují po navázání transmembránové receptory • aktivace fosfolipázy C • štěpení některých fosfolipidů cytoplazmatické membrány, zejména PIP2 (fosfatidyl-inositol-3,4-bisfosfát) na dva produkty – IP3 a DAG • IP3 mobilizuje vápenaté ionty z mitochondrií a ER, které pak slouží jako další poslové a zprostředkovávají buněčnou odpověď (kontrakce hladké svaloviny, sekreční funkce) • DAG aktivuje protein kinázu C = fosforylace řadu proteinů Kalcium-kalmodulin systém • Sytém založen na vstupu vápenatých iontů do buňky: • 10-8 až 10-7 mol.L-1 versus 10-6 až 10-5 mol.L-1 • Mechanismus • Změna membránového potenciálu • Interakce hormonu s receptorem, který je spojen s vápníkovým kanálem • Po vstupu vápenatých iontů se váží na kalmodulin • 4 vazebná místa pro Ca • aktivaci nebo inhibici protein kináz • fosforylace proteinů = změna aktivity proteinů NO jako signální molekula • nitrergních neurony, endotel cév • NO-syntetáza (NOS) • Aktivace NOS zprostředkována Ca2+- kalmodulinem • NO velmi rychle difunduje do buněk • aktivace cytoplazmatické guanylát cyklázy • vznik cGMP (= druhý posel) • aktivace proteinkinázy G • následně změnou hladiny volných intracelulárních Ca iontů dochází k vazodilataci • Terapeutický dopad – inhibice cGMP specifické fosfodiesterázy (Viagra) Donald JA, Forgan LG, Cameron MS: The evolution of nitric oxide signalling in vertebrate blood vessels. J Comp Physiol B-Biochem Syst Environ Physiol 2015, 185(2):153-171. Měření hladiny hormonů v krvi • Problém = extrémně nízká koncentrace • Vysoce senzitivní metody, např. radioimunoanalýza • Poprvé použita na kvantifikaci inzulínu v krvi v 50. letech 20. století • Rosalyn Sussman Yalow – Nobelova cena (1977) • Princip: imunochemická reakce mezi antigenem a protilátkou prováděna in vitro v přítomnosti vhodného radioindikátoru • Sledována je distribuce radioindikátoru, resp. značeného a neznačeného antigenu • Metoda velmi nákladná • ELISA • Opět využití vazby antigen-protilátka • ELISA v různých modifikacích (přímá/nepřímá) Hierarchie hormonů • 1. nervový signál (CNS) • 2. Neurohormonální „přepojovací“ centrum = hypothalamus • 3. Následně výdej hormonu z hypothalamu a s neuronálně s ním spojené neurohypofýzy, případně sekundárně z adenohypofýzy • 4. Releasing (RH) / inhibiting (IH) hormony • 5. Glandotropní hormony adenohypofýzy řídí periferní endokrinní žlázy • 6. Uvolňován konečný hormon • Nadřazené hormony ovlivňují rovněž růst periferní endokrinní žlázy (kompenzační hypertrofie, kompenzační atrofie) • Možnost mnohonásobné modulace/zesílení signálu • Hormony nezávislé na ose hypothalamus-hypofýza: • Hormony pankreatu • Parathormon • Kalcitonin a kalcitriol • Angiotenzin a aldosterol • Erytropoetin • GIT hormony • Atriální natriuretický hormon (baroreceptory) • Melatonin (dostředivé nervové signály – světelné podněty) Hypotalamo-hypofyzární systém • Hypotalamus • Oddíl přední části diencefala, ležící pod sulcus hypothalamicus a před interpedunkulárními jádry • Spojen se zadním lalokem hypofýzy svazkem nervových vláken (ncl. supraopticus a ncl. supraventricularis) • Spojení s předním lalokem hypofýzy je zprostředkováno cévami (portální hypofyzární cévy) • Arteriální větévky z karotid a circulus Willisi tvoří na ventrální straně hypotalamu síť fenestrovaných kapilár – primární kapilární pleteň • Jednotlivé kapiláry se spojují do sinusů, které jako portální hypofyzární cévy vedou krev hypofyzární stopkou ke kapilárám předního laloku hypofýzy • Krátký portální oběh propojuje přední a zadní lalok hypofýzy Funkce hypotalamu - Spánek X bdění a vztah k biologickým rytmům - Regulace tělesné teploty - Funkce vegetativní, emoce a chování - Apetitivní chování (hlad, žízeň) - Sexuální chování/sexuální orientace? - Endokrinní funkce: - AH zásadně reguluje (mimo PRL) – produkce stimulačních a inhibičních hormonů pro adenohypofýzu - syntéza v různých hypotalamických jádrech - stimulace nebo inhibice sekrece příslušných hormonů - Pro NH hormony syntetizuje vasopresin (ADH), oxytocin - supraoptické a paraventrikulární jádro); magnocelulární neurony, axonální transport do NH - Hypotalamus sbírá informace o: - Koncentraci živin, elektrolytů a hormonů - Osmolaritě krve - Ze senzorických systémů - O globálních funkcích - Následně na základě těchto informací ovlivňuje funkci adenohypofýzy/neurohypofýzy Stimulační a inhibiční hormony hypotalamu HORMONY HYPOTALAMU VERSUS IMUNITNÍ SYSTÉM – cytokiny působí stimulačně na sekreci CRH a somatostatinu a inhibičně na sekreci TRH. TRH (tyreoliberin) • tripeptid, identifikovaný 1969 jako první z liberinů. • Syntéza v parvocelulární části nucleus paraventricularis. • Krátký eliminační poločas (jednotky minut). • Stimuluje syntézu TSH a PRL, • Jeho syntéza regulována hormony štítné žlázy (negativní zpětná vazba). • Syntetizován i v jiných částech CNS i mimo CNS (kardiovaskulár, GIT), • na myokard působí pozitivně inotropně a chronotropně, • v CNS ovlivňuje přenos vzruchu, zvyšuje bdělost, stimuluje dýchání. • Pozn. CREB = cAMP response element-binding protein, vazba na cAMP response elements a regulace transkripce • CREB ovlivňuje expresi genů např. pro tyrosin 3-monooxygenázu, ale zejména pro řadu neuropeptidů (somatostatin, CRH) • Pozn. ELK1 – transkripční faktor, role ve formaci dlouhodobé paměti CRH (kortikoliberin) • stimulace syntézy POMC (pro- opiomelanokortin) • Identifikace struktury až v roce 1981 • Peptid, 41 AMK • Syntéza v parvocelulární části hypotalamického nucleus paraventricularis. • Pozn. POMC je prekurzorem rovněž ACTH, melanotropního hormonu MSH a beta-endorfinu v hypofýze. Pozn. Prekurzorový peptid, 241 AMK Pozn. CLIP = kortikotropinu podobný intermediátní peptid Pozn. Lipotropiny • beta - 90 AMK stimulace melanocytů a zvýšená produkce melaninu další možné peptidy (jako fragmenty) • gama – aminoterminální fragment betalipotropinu, 56 AMK GHRH (somatoliberin), GHIH (somatostatin) • GHRH • Identifikován v roce 1982, 44 AMK. • nucleus arcuatus. • Stimulace sekrece růstového hormonu • GHRH receptor spřažen s G-proteinem (Gs) • Aktivace kaskády cAMP/fosfolipázy C • fosforylace CREB (cAMP response element-binding protein) a změny v transkripci • Pozn. Terapie hypotalamické sterility u žen (agonisté buserelin, leuprorelin) • GHIH • rovněž neurotransmiterem v míše, kůře a mozkovém kmeni • syntetizován i v GIT a pankreatu • Vyskytuje se ve dvou formách, peptid ze 14 AMK (90 % v eminentia media) a jako peptid z 28 AMK • 6 rozdílných genů + 5 receptorů (G protein) • Rozdíly v účincích = kvantitativní. • Inhibuje sekreci TSH a prolaktinu • Inhibuje sekreci inzulínu a glukagonu a většiny GIT hormonů • Nepřímo snižuje sekreci HCl • Pozn. Oktreotid/lanreotid (karcinoidní symptom) GnRH (gonadoliberin) • dekapeptid, první dvě AMK stejné jako TRH • paraventrikulární oblast hypotalamu, nucleus arcuatus, a z mediální preoptická oblast • GNRH1 lokalizován na chromozomu 8, tvoří se z preprohormonu (92 AMK) • Receptory spřažené s G proteinem, aktivace fosfolipázy C, mobilizace Ca iontů a protein kinázy C • Reguluje FSH/LH syntézu a uvolnění příslušnými gonadotropními buňkami • V dětství velmi nízká hladina, která stoupá během puberty a dospívání • Zvýšená hladina prolaktinu inhibuje sekreci GnRH, naopak zvýšená hladina inzulinu zvyšuje jeho tvorbu, stejně jako kisspeptin • Regulace buněčné proliferace? PIH (= prolactin-inhibiting hormone) • Nucleus arcuatus, nucleus paraventricularis • Dopaminergní tuberoinfundibulární dráha • Ovlivnění sekrece prolaktinu – inhibiční účinek • Laktotropy bez přítomnosti PIH vytváří prolaktin kontinuálně • Pozn. bromokriptin – inhibice tvorby PIH Hypofýza • Hypophysis cerebri, glandula pituitaria • oválné rozšíření na konci infundibulárního výběžku hypothalamu • sella turcica kosti klínové • Dvě části – adenohypofýza a neurohypofýza, s hypotalamem spojena stopkou, která prochází přes diaphragma sellae • Adenohypofýza – původ v ektodermě stropu primitivní ústní dutiny • růstový hormon (GH, somatotropin, STH) • adrenokortikotropní hormon (ACTH) • tyreotropní hormon (TSH) • prolaktin (PRL) • folikuly stimulující hormon (FSH) • luteinizační hormon (LH) • Neurohypofýza – nervový původ, tvořena převážně axony hypotalamových neuronů • antidiuretický hormon (ADH, vazopresin) • oxytocin (OXY) Adenohypofýza • Produkce hormonů AH je regulována hypothalamem • Pět typů buněk produkujících rozdílné hormony • Jejich činnost je kontrolována hypotalamem (viz výše) • Parvicelulární neurony z různých jader hypotalamu • Axonální transport a terminální zakončení v oblasti eminentia mediana • Zde uvolňovány a transportovány to portálního oběhu (absence HEB, fenestrace) • Krví transportovány k cílovým buňkám adenohypofýzy, z nichž jsou uvolňovány dále do krevního oběhu • Produkce hormonů vykazuje cyklickou/pulzní činnost • Kvantitativní zastoupení jednotlivých typů buněk se liší v závislosti na fyziologických/patologických podmínkách • Folikulostelární buňky? Preproopiomelanokortin • Kortikotropy • Velký prekurzorový protein • Po odštěpení signálního peptidu proopiomelanokortin • Také plíce, GIT, placenta, hypothalamus • Kortikotropy: • ACTH a b-lipotropin a malé množství b-endorfinu • Pars intermedia: • CLIP, g-LPH a b-endorfin • Pozn. Melanotropiny • melanocyty • Receptory pro melanotropin-1 • Význam ACTH! Růstový hormon (somatotropní hormon, somatotropin, STH) • Chromozom 17 • hGH-N • „normální“, 75 % STH, Mr = 22000, 191 AMK • hGH-V • Zejména placenta, 191 AMK, od předchozího se liší v 13 AMK, v krvi téměř výhradně během těhotenství • Výrazná variabilita v STH u savců • STH – vazba na protein, který představuje fragment extracelulární domény receptoru pro STH • Cca 50 % ve vázané formě • Poločas cca 6 – 20 min, denní výdej 0.2 – 1.0 mg/den • Bazální hladina cca 3 ng/ml • Receptor – GHR gen • Vazba ligandu = dimerizace • Mutace = Laronův syndrom (nanismus) • Pozn. JAK-STAT (signal transducers and activators of transcription) Růstový hormon (somatotropní hormon, somatotropin, STH) • Aglandotropní • Indukuje růst téměř všech tkání schopných růstu (hypertrofie, mitóza) • Zvýšená depozice proteinů chondrocyty a osteogenními buňkami • Změny konverze chondrocytů na osteogenní buňky = růst kosti • Specifické účinky metabolické • Zvýšení proteosyntézy téměř ve všech somatických buňkách (do několika minut) • Zvýšení transportu AMK přes biomembrány • Zvýšení mRNA translace na ribozomech • Zvýšená transkripce, a to dlouhodobě (24 – 48 h) • Snížení katabolismu aminokyselin, peptidů a proteinů • Zvýšená exkrece 4-hydroxyprolinu • Zvýšení absorpce vápenatých iontů v GIT a snížení exkrece Na+ a K+ •Zvýšení mobilizace mastných kyselin z tukové tkáně (do několika hodin) • Zvýšení koncentrace volných MK v krvi a současně zvýšení jejich utilizace jako zdroj energie • Zvýšená konverze MK na acetyl-CoA a jeho následné využití pro energetický metabolismus • Preference před proteiny a cukry • Ketogenní efekt •Snížení utilizace glukózy a sacharidů • Snížení uptake glukózy, zejména v kosterním svalu a tukové tkáni • Zvýšená produkce glukózy v játrech • Zvýšená sekrece inzulinu (diabetogenní efekt) •= zvýšení tělesné hmotnosti; pro zvýšení hmotnosti jsou nezbytné sacharidy spolu s inzulinem Somatomediny • Zprostředkovávají účinek RH • Jejich účinek je často podobný inzulínu = inzuline-like growth factors (IGF), primární struktura vysoce homologní s inzulínem • IGF-1 je produkován játry následkem stimulace růstovým hormonem • Cirkuluje v krvi navázané na specifické transportéry (cca 6, IGFBP1-6) • Antiproliferativní účinky? • Nejvýznamnější, Mr = 7500, „sulfatační faktor“ • IGF1 gen • Změny exprese příslušného genu nacházeny u řady nádorových onemocnění • Významná role v procesu buněčné proliferace a apoptózy • Pygmejové – vrozená genetická vada, chybí IGF-1 • Pozn. Syntetický analog mecasermin • IGF-2 – význam zejména v ontogenetickém vývoji (gravidita, vývoj plodu) • Vazba na IGF-1/2 receptory • Změny exprese u některých typů nádorů Regulace sekrece RH • Pulzní sekrece • Sekrece je stimulována: • Proteinovou deficiencí (nedostatečný příjem proteinů v potravě) • Hypoglykémie (výraznější než deficit proteinů v potravě) • Nízká hladiny volných MK v krvi • Cvičení, fyzická zátěž • Emoční vlivy (rozrušení) • Trauma • Ghrelin – regulace distribuce a využití energie, produkován ghrelinovými buňkami v GIT • Vliv katecholaminů, serotoninu, histaminu, GABA, cytokinů • Zvýšená produkce je zaznamenána během prvních dvou hodin hlubokého spánku • Fyziologická hladina 1.6 – 3.0 ng.mL-1, u dětí a adolescentů až 6.0 ng.mL-1 • Zvýšení až na 50.0 ng.mL-1 během nedostatku proteinů nebo sacharidů v potravě • S věkem klesá Pozn. Poruchy sekrece růstového hormonu • Hypofyzární gigantismus (u dětí, neuzavřené epifyzární štěrbiny – růst kostí) • Akromegálie (u dospělých, zvětšení akrálních částí, zesílení kostí, sklon k hyperglykémii až diabetu) • Poruchy hypofýzy (nedostatek růstového hormonu) – u dětí zejména zaostávání v růstu, hromadění abdominálního tuku, regrese svalové tkáně, zvýšené riziko kardiovaskulárních chorob a aterosklerózy • Laronův nanismus (areaktivní nebo chybějící receptory pro růstový hormon) • Defekt tvorby IGF-1/2 Prolaktin (PRL) • 199 AMK s třemi disulfidickými můstky, Mr = 22 500, laktotropní buňky adenohypofýzy • - vliv hypotalamu na syntézu PRL / + vliv tyreoliberinu a VIP peptidu, ale také estrogenů • Vyplavuje se při spánku (téměř kontinuálně během celé doby spánku), ale rovněž za stresových podmínek, mírně i při fyzické námaze • Vyplavuje se při orgasmu (úměrně uspokojení a vede ke krátkodobému poklesu sexuálního apetitu) • Laktotropní účinek • Stimulace diferenciace prsní žlázy v pubertě • Gravidita - 20x vyšší hladina • kojení - vliv dráždění bradavek • V graviditě spolu s estrogeny a progesteronem stimuluje zvětšování a rozšiřování alveol a kanálků prsní žlázy • Stimuluje syntézu kaseinu a laktalbuminu • U mužů přibližně poloviční hladina ve srovnání se ženami (muži cca 5 ng.ml-1, ženy cca 8 ng.ml-1) • U mužů ovlivňuje metabolismus testosteronu a tvorbu receptorů pro androgeny • Vysoká hladina PRP = amenorea, anovulace spojená s galaktoreou (u žen), u mužů pokles libida, impotence, oligospermie, snížená produkce testosteronu ACTH – adrenokortikotropní hormon • Lineární polypeptid, 39 AMK, POMC • Inaktivace in vitro 10 min, místo inaktivace neznámé • Zvýšení sekrece glukokortikoidů • ACTH receptory (G protein) • Také osteoblasty, mechanismus účinku přes VEGF, přežívání osteoblastů? • Zvýšení citlivosti nadledvin vůči dalším dávkám ACTH • Sekrece v nepravidelných pulzech = diurnální rytmus (suprachiasmatická jádra hypothalamu) • 25 pg/ml • Při stresu se rapidně zvyšuje množství secernovaného ACTH cestou sekrece CRH Neurohypofýza - ADH • Peptid z 9 AMK • velkobuněčná část nucleus paraventricularis a nucleus supraopticus • Prekurzorová molekula obsahuje signální peptid, ADH, neurofyzin II a glykoprotein • ADH se váže na neurofyzin II a transportuje se axonálním transportem do neurohypofýzy, kde se oba paptidy secernují do krve • Syntéza ADH je regulována: • osmolaritou krevní plazmy • Změny osmolarity – osmoreceptory v přední stěně třetí mozkové komory, dále do n. supraopticus a n. paraventricularis • Změny osmolarity však ovlivňují sekreci přímo na úrovni magnocelulárních neuronů těchto jader • Hypoosmotická stimulace • změnami objemu cirkulující krve a změnami krevního tlaku • Změny krevního tlaku – baroreceptory (sinus caroticus a arcus aortae) • ADH: • Zvyšuje zpětné vstřebávání vody ze sběrných kanálků ledvin prostřednictvím akvaporinu 2 • Vazokonstrikční účinek – redistribuce krve z kožní, svalové a střevní oblasti do mozku a jater • Vliv na paměť, podporuje tvorbu a vybavování paměťové stopy Neurohypofýza - Oxytocin • Oxytocin • 9 AMK, od ADH se odlišuje 3. a 8. AMK • Prekurzorová molekula se syntetizuje ve stejných částech jakou v případě ADH • Podnětem pro sekreci: • je dilatace porodních cest tlakem plodu a podráždění prsních bradavek • Reflexně se vyplavuje při kojení, ale také při orgasmu • Hlavní účinky má na reprodukční systém: • Uterokinetické účinky (použití oxytocinu na indukci porodu), vyvolává kontrakce dělohy i stahy myoepiteliálních buněk prsní žlázy • U mužů pravděpodobně zvyšuje kontrakce hladké svaloviny ductus deferens • Další účinky: • Regulace hospodaření s vodou a minerály – zesiluje antidiuretický účinek ADH a působí natriureticky • Inhibuje tvorbu a vybavování paměťové stopy • Pozn. Melanocyty inhibující faktor – vzniká z oxytocinu, modulace některých typů receptorů, potencuje účinek melatoninu (melatonin – epifýza, spolu s glomerulotrofinem a DMT, cirkadiánní/cirkanuální biorytmy, řízena hypotalamem, informace ze sítnice). MSH – melanocyty stimulující hormon • Pars intermedia hypofýzy • Tvoří ho bazofilní melanotropní buňky • Protein, formy – alfa/beta/gama? • α-MSH: Ac-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val • β-MSH: Ala-Glu-Lys-Lys-Asp-Glu-Gly-Pro-Tyr-Arg-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Ser-Pro-Pro- Lys-Asp • γ-MSH: Tyr-Val-Met-Gly-His-Phe-Arg-Trp-Asp-Arg-Phe-Gly • Společné sekvence s kortikotropinem = společný původ v pro-opiomelanokortinu • Vzestup hladiny během těhotenství = společně s estrogeny zodpovědný za pigmentaci kůže těhotných • Regulace pigmentace kůže v případě nedostatku hormonů kůry nadledvin? • Pozn. Syntetická analoga (afamelanotid – fotoprotekce; Melanotan II – zvýšení libida, Bremelanotid – afrodisiakální efekt, oba zprostředkované neurony hypotalamu exprimující melanokortinové receptory MC3R a MC4R) Štítná žláza • Glandula thyroidea, hmotnost cca 20 g, uložena na přední straně průdušnice pod štítnou chrupavkou • Tvořena dvěma navzájem spojenými laloky thyroidálním istmem, někdy lobus pyramidalis • Silná vaskularizace • Skládá se z mnoha kruhových folikulů (acinů) s jednou vrstvou folikulárních buněk, vnější stranu tvoří bazální membrána a na apikální straně je dutina vyplněná koloidem. Z apexů thyroidálních buněk do koloidů pronikají mikroklky a šíří se do nich mikrokanálky • Mezi folikuly je tkáň s kapilárami (fenestrace), nervy a parafolikulárními (C-) buňkami • Produkce tyroxinu (T4) a trijodtyroninu (T3), v patrafolikulárních buňkách se tvoří kalcitonin Tvorba hormonů štítné žlázy - poznámky • Pendrin • sodium-independent chloride/iodide transporter • Preferovaný anion = jodid, i za vysoké koncentrace Cl• SLC26A4 gen • Mutace v genu = DFNB4 (nesymptomatický)/Pendredův syndrom (symptomatický, vrozená porucha sluchu, porucha funkce štítné žlázy) • Pozn. Také vnitřní ucho (udržování iontové rovnováhy endolymfy) + ledviny + další tkáně • Pozn. Další role pendrinu v buněčném transportu jodidu • Pozn. Pravděpodobná přítomnost dalších transportních mechanismů • Pozn. Elektrochemický gradient (-50 mV versus koloid) • T4 – 80 %, T3 – cca 20 % • T4 je prohormon, vzniká z něj T3 částečnou dejodací • Tímto procesem může vznikat neaktivní rT3 (reverzní) • Během hladovění se zvyšuje tvorba rT3 Tyreoglobulin • Glykoprotein (10 % sacharidové složky), Mr = 660 000 • Dvě podjednotky • 123 tyrosinových zbytků • Pouze 4 – 8 je dále zapojeno do tyreoidálních hormonů • V krevním séru 6 ng/ml, zvýšena při hypertyreóze/některých formách karcinomu (marker) • Half-life 65 hodin Regulace syntézy T3 a T4 • TSH (TRH – stimulace biosyntézy a vylučování, TSH - inhibice) • negativní zpětná vazba • TSH se váže na membránové receptory folikulárních buněk, což má za následek vzestup koncentrace vápenatých iontů a aktivaci adenylyl cyklázového systému • Následně se zvyšuje vychytávání jodidu z krve, stimuluje se syntéze tyreoglobulinu a současně i jeho proteolýza s následným uvolňováním hormonů štítné žlázy do krve • Trvalá stimulace TSH – hyperplazie folikulárních buněk, úbytek koloidu • Pokles stimulace – atrofie folikulárních buněk, hromadění koloidu • Sekrece TSH je regulována negativní zpětnou vazbou hormony štítné žlázy, současně je hladina TSH kontrolována hypotalamem • pozn. propylthiouracyl, methimazol, karbimazol • inhibice syntézy T3 a T4 přes inhibici peroxidázy • Propylthiouracyl inhibuje konverzi T4 na T3 v extratyreoidálních tkáních • Inhibice/změna struktury tyreoglobulinu • Pozn. Chloristan – inhibice transportu jodu • Pozn. Jód ve vysoké dávce (více jak 6000 µg/den) = přechodný tyreostatický efekt při hypertyreóze • Pozn. Ionty lithia – inhibice uvolňování tyroxinu TSH (adenohypofýza) • Glykoprotein s Mr = 28 000 • Receptor prp TSH – Gs/PLC • Specifické vlivy na štítnou žlázu: • Zvýšená proteolýza tyreoglobulinu • Zvýšená aktivita jodidové pumpy • Zvýšený eflux iodidu do koloidu (výrazná akcelerace procesu) • Zvýšená jodace tyrosinu • Zvětšení a zvýšení sekreční aktivity tyroidálních buněk • Zvýšení počtu těchto buněk • Kontrola prostřednictvím TRH (thyrotropin-releasing hormone) • TRH uvolňován také následkem dalších stimulů, např. chladu (excitace hypotalamických center pro termoregulaci) • Sekreci TSH inhibují • Glukokortikoidy • Dopamin, somatostatin (úroveň hypofýzy) Transport T3 a T4 a účinky • T3 a T4 cirkulují v krvi navázané na vhodné transportní proteiny = depo • Hladina T4 v krevní plazmě 80 µg.L-1, T3 80 µg.L-1 • Inhibice degradace a rovnoměrná distribuce • 99.98 % T4 ve vázané formě • Poločas pro T4 je 6-7 dní • 0.2 % T3 ve volné formě, zbytek ve vázané, z toho 46 % na TBG • INDEX VOLNÉHO THYROXINU + INDEX VOLNÉHO TRIJODTYRONINU • Do tkání se dostává pouze volná frakce, tj. asi 0.03 % T4 a 0.3 % T3 • ! Pouze volná frakce má vliv na TSH • Hlavním transportním proteinem je TBG (thyroxine binding protein), prealbumin (TBPA – transtyretin, poločas 2 dny) a albumin (největší kapacita pro T4, poločas 13 dní) • ! Největší afinita pro T4 = TBG • ZMĚNA FRAKCE PŘÍŠLUŠNÝCH TRANSPORTNÍCH PROTEINŮ? • Těhotenství – zvášení hladiny TBG (estrogeny) • Glukokortikoidy, androgeny, L-asparagináza – snížení hladiny TBG • Salicyláty, fenytoin, 5-fluorouracyl – inhibice vazby T4 a T3 na TBG Transport T3 a T4 a účinky • Po vstupu do buňky se T4 dejóduje na T3 a T3 se váže s jadernými receptory TR: • 3 druhy dejodáz • Mikrosomy jater a ledvin, typ I (AMK selenocystein ve struktuře) • Mozek, hypofýza, hnědý tuk – typ II • Placenta, mozek – typ III • Kolísání dejodace v průběhu života (během fetálního života převládá T3) • Dejodace je závislá na řadě dalších faktorů (deficit selenu, jaterní cirhóza, renální selhání, atd.) + VLIV DIETY • Dva lidské TR geny: • alfa-receptorový gen na chromozomu 17 a beta-receptorový gen na chromozomu 3 • ALTERNATIVNÍ SESTŘIH ZA VZNIKU DVOU RŮZNÝCH RECEPTOROVÝCH PROTEINŮ • TRb2 pouze v mozku • TRa1 a TRa2, stejně jako TRb1 v celé řadě tkání • Nejasná funkce TRa2 – neváže T3 • Mutace genu pro TRb = rezistence k hormonům štítné žlázy na periferii a v adenohypofýze (pozn. Syndrom hyperaktivity) • Komplex (monomery, homodimery, heterodimery s jinými jadernými receptory, zejména s retinoidními receptory X) se pak pomocí zinkových prstů dále váže k DNA = genomické účinky • Hormony štítné žlázy mají i „negenomické“ účinky Účinky thyroidálních hormonů • Stimulace, případně inhibice exprese celé řady proteinů (enzymy, membránové proteiny, hormony) • podpora růstu a morfogenetické maturace mladého organizmu • stimulace metabolizmu (zvýšení tvorby tepla za zvýšení potřeby kyslíku) • U dětí význam pro normální vývoj nervové soustavy, růst, ale i maturaci kostí • Vliv na CNS • Zvýšení množství proteinů v mozkomíšním moku • Zvýšená reaktivity na katecholaminy (vliv na retikulární aktivační systém) • Vliv na vývoj mozku (mozková kůra, bazální ganglia) • Změna reflexů • Ovlivnění aktivity chondrocytů v růstových destičkách kostí • U hypotyreiodálních dětí se opožďuje růst kosti i uzavírání epifyzárních štěrbin Účinky thyroidálních hormonů • Pozitivně chronotropní a inotropní účinek • prakticky bez vlivu na TK, zvýšení minutového srdečního výdeje • zvýšení počtu beta-adrenergních receptorů v srdci (pozn. betablokátory při projevech hypertyreózy) • Zvýšená GIT motilita • Stimulace syntézy enzymů: • pro glukoneogenezi (zvýšení resorpce cukrů z trávícího ústrojí), • lipolýzu a proteolýzu (pozn. tyreotoxická myopatie) - výrazná proteolýza proteinů kosterního svalu, svalový třes • Rovněž změna v expresi genů pro MHC • Snížení hladiny cholesterolu v krvi nezávisle na zvýšení spotřeby kyslíku • Kalorigenní účinek (stimulace metabolismu MK a jejich mobilizací) • T3 a T4 zvyšují spotřebu kyslíku téměř ve všech tkáních s výjimkou mozku, testes, lympafických uzlin, uteru, sleziny a adenohypofýzy (zde T4 ano, T3 ne) • Zvýšení vylučování dusíku (negativní dusíková bilance, pokles tělesné hmotnosti) • Zvýšená potřeba všech vitamínů (pozn. karotenémie) Negenomické účinky tyroidálních hormonů • Regulace iontových kanálů • Regulace oxidativní fosforylace • Zprostředkovány cAMP nebo proteinkinázami Pascual A, Aranda A: Thyroid hormone receptors, cell growth and differentiation. Biochimica Et Biophysica Acta-General Subjects 2013, 1830(7):3908-3916. Hypertyreóza (tyreotoxikóza): Zvýšená tvorba tepla, snižování tělesné hmotnosti při vysokém příjmu potravy, neklid, tachykardie, zvýšená ventilace Příčiny? Pozn. Gravesova nemoc, exoftalmus (edematozní změny retro-orbitálních tkání, degenerativní změny extraokulárních svalů, pravděpodobně autoimunní proces) Hypotyreóza: - Poruchy štítné žlázy/hypofyzární selhání/hypotalamické selhání - Citlivost na chlad, suchá chladná pokožka, zpomalení pohybů, pomalá tichá řeč, bradykardie, retence vody, u dětí psychomotorická retardace - Hypotyreóza u dospělých = myxedém (hromadění komplexů proteinů, polysacharidů, hyaluronové kyseliny a kyseliny chondroitinsírové v kůži) - Hypotyreóza od narození = kretenismus - Příčiny? Význam jódu • Adekvátní příjem jódu je nezbytný pro správnou funkci štítné žlázy • Denní potřeba jódu: • První rok života 50 µg/den • 2 – 6 let 90 µg/den • 7 – 12 let 120 µg/den • 12 a více let 150 µg/den • Těhotné a kojící 250 µg/den • V USA denní příjem až 500 µg/den • Plasmatická hladina cca 3 µg.L-1 • Štítná žláza (cca 120 µg/den, secernuje cca 80 µg/den)/ledviny • Do ECT difunduje denně cca 40 µg • Zdroj jodu také T3 a T4 – metabolizace v játrech, denně 60 µg do ECT • Ztráta jodu ve stolici 20 µg/den • Celkové množství jódu vstupujícího do ECT je 600 µg/den, 120 µg/den štítná žláza a 480 µg/den vyloučeno močí • Nedostatek jódu vede ke kompenzačnímu zvětšení štítné žlázy (struma) / Nadbytek jodu – snížení vychytávání jodidu, zmenšení • Profylaxe – přidávání KI do kuchyňské soli • Pozn. Strumigenní látky, zejména brukvovité - glukosinoláty hydrolyzující na thiokyanáty • Goitrin vznikající konverzí glukosinolátu progoitrinu nebo 2-hydroxy-3-butenyl glukosinolátu – cyklický thiokarbamát – interakce s metabolismem jódu