- somatostatin
PP buňky
- Pankreatický Polypeptid
Pankreatické ostrůvky představují 1 - 2 % pankreatu, ale průtok krve nimi představuje 10 - 15 %.
nzulin
Charakteristika
- Polypeptid
- Sekreční granula - volný inzulín a C-peptid
- Dva typy sekrečních granul:
- Rychle sekretovatelné (5 %)
- Rezervní pool (95 %)
- Poločas 3 - 8 min
- Degradace - játra ( až 50 %), ledviny, cílové tkáně (inzulínové proteázy)
CI4-FA
u-cnain
r:        ( X
15
Fasiaciing analogues
knJnlispro Insulnaspan
Lůng-actníg analogues
kisuSti ala/gina Oeiew insulin
Nudeus
Endoplasmic reliculum
Ribos tunes
Molecular farms of insulin
30 min
Pjoinsulin
Clashrin
rraffls Gnlgi network tmmaiur« granule
Svítíc ry g ranuk-
C-peptide
SS
Insulin
Regulated     C*a membrane
Inzulín je sekretován spolu s C-peptidem, který je ukazatelem sekreční aktivity beta buněk.
Sekrece inzulínu
Insulin concentrations (pM) in portal vein
300-1 250-200-150-100-50-
Kombinace zvýšení absolutní sekrece a frekvence pulzů
Insulin Secretion
Fasting
Post-Meal
B
Basal
Phsse II
Time (min)
15 18
Sekrece inzulínu je pulzní a vykazuje rytmicitu. Stimulace sekrece inzulínu glukózou je bafázická. Glukóza vykazuje inkretinový efekt.
Sekrece inzulínu - „normální" a obézní
Q.
CL> Q. i
U
CL) U (TJ
1_ +->
CL) U
c o
(TJ
a; E
N
aľ E
i - n
1SO
I 13D E
a> 120 ■
Q
3 T10 (5
100 BO
4 4
-1-1-1-1
nur.?.    iŕoa    ieofi    ?ooo    Moo imdd
3 0 2.6
2i-
i n
1.4 1 D 0.6-0.2
hľ\f\
•   »Normal
í—i Obese
-1-r
0600     tOOv     1400     1 600     2200     Q2O0 0600
-1-1-i-r-
O80O    1200     1600    2000    3400 0400 1 mn .hnu-;;
c
(TJ
Ť3 (TJ
I
(TJ
0^ (TJ
N
CU U
CD i_
CU l/l
E
N
Normal
Obese
1		
		
-		
	l j	iM
		Mi
	I	AU
-J		MrV
i i i n
100
0600   1200   1800   2400   0600      0600   1200   1800   2400 0600
Clock time
Regulace sekrece inzulínu
(3 buňky pankreatu = neuroendokrinní integrátor, odpověď na:
- Plasmatické hladiny substrátů (AA, Glu)
- PC hormonů (inzulín, GLP-1, somatostatin, adrenalin)
- PC neurotransmiterů (noradrenalin, acetylcholin)
Glucose
Endoplasmic reticulum
AMK- Leu, Arg, Lys
- Generování ATP
- Přímá depolarizace PM
Modifikace translace mRNA
- Glu-(+) mRNA
Další: - GH, VIP, sekretin, gastrin, glukokortikoidy, Prolaktin, placentální laktogen, pohlavní hormony
Glukóza je hlavním stimulem pro sekreci inzulínu. Glukóza má permisivní účinek na sekreci dalších modulátorů sekrece inzulínu.
17 Glucose transporter
j Glucokinase G lucose-6 - phosph ate
1
Glycolysis
Mitochondrion
Intracellular,. Ca2+ stores <
Insulin  0 0 Cai containing {j. ^granules
Amino acids Ketoacids
Acetylcholine {+) CCK (+)
Glucagon (+) GLP-1 (+)
Epinephrine (-) Norepinephrine (-) Somatostatin (-)
Voltage-dependent A NCa2+ channel
ATP-sensitive K* channel
^ Ca2+
)
Depolarization
Fyziologické účinky inzulínu
Bezprostřední účinky
- Sekundy I -   Modulace transportu K+ a Glu
Účinky časné
- Několik málo minut
- Regulace metabolické aktivity
Účinky střednědobé
- Minuty až hodiny
- Regulace metabolické aktivity
Účinky opožděné Hodiny až dny Buněčný růst Buněčná diferenciace
Účinek inzulínu na cílové tkáně je anabolický a je zprostředkován inzulínovým receptorem.
nzulinový receptor
Charakteristika
- 2 a a 2 ß podjednotky
- TK aktivita
- Fosforylace IRS 1-4 (insulin receptor substrate)
- Interakce s dalšími buněčnými substráty
- PI3K (fosfatydylinositol-3-kináza)
- MAPK (mitogen-activated protein kinase)
Endocytóza IR
Acidifikace endosomu
Disociace inzulínu
a podjednotky vazba ligandu
ß podjednotky = TK aktivita
Fosforylace Degradace I
Počet dostupných IR je ovlivněn cvičením, dietou, vlastním inzulínem a dalšími hormony. Obezita a chronická hyperinzulinémie indukuje významné snížení počtu IR, cvičení a hladovění naopak významné zvýšení počtu IR.
IRS4
L
IRS3
r-*-
T Glucose uptake & T Glycolysis T Glycogen synthesis & I GEuconeogenesis t LipogenGsis & I Lipolysis T Protein synthesis & 4- Proteolysis
Ceit surviva [/growth__j
Bezprostřední účinky inzulínu na cílové tkáně
		
Transporter	Exprese	Funkce
GLUTI	- Ubikvitární - Ery, endotheliální buňky (CNS), placenta, ledviny, tlusté střevo - Kosterní svaly, adipocyty	-   Bazálni uptake Glu
GLUT2	- (3 buňky pankreatu - Játra, tenké střevo, ledviny	- Glu senzor - Uptake Glu při vysokých koncentracích cirkulující Glu
GLUT3	- Primárně neurony - Dále placenta, játra, epiteliální buňky GIT	- Bazálni uptake Glu - Zásadní význam pro CNS
GLUT4	- Kosterní svaly a adipocyty - Vezikula!	-   Inzulínem stimulovaný uptake Glu
	-  Jejunum, spermie	-  Transport Fru
Utilizace glukózy je nejvýznamnějším bezprostředním účinkem inzulínu. Děje se tak prostřednictvím inzulín-dependentních GLUT transportérů.
Časné a střednědobé účinky inzulínu
Glycogenolysis
Glycogen
Dány fosforylací enzymů zapojených do metabolických drah Kosterní svaly, tuková tkáň a játra
Tvorba ketolátek (-)
- Defosforylace hormon-sensitivní lipázy (inhibice využití triglyceridů a jejich štěpení na FFA a glycerol)
- Aktivace acetylkoenzym A karboxylázy (lipogeneze)
- Antagonizace účinku katecholaminů na lipolýzu (fosforylace a aktivace fosfodiesterázy = snížení intracelulárního cAMP)
Utilizace glukózy
- Játra
- Stimulace exprese enzymů zapojených do využití Glu (glukokináza, pyruvát kináza) a lipogenních enzymů
- Inhibice enzymů zapojených do tvorby Glu (fosfoenolpyruvát karboxykináza, glukóza-6-fosfatáza)
- Stimulace syntézy glykogenu
- Stimulace syntézy malonylkoenzymu A - inhibice syntézy ketolátek
Ig
T Glycogen j I synthase
Glycogen Phosphorylase TG
Glucose-1-P
Gluconeogenesís
{2) Pyruvate
i
(2) Oxaioacetate
I I    I PEP cartoxykinase T G í 2 iPFP
í
(2) 3-Phosphoglycerate
í
12} 1,3-Bisphosphoglycerate
Fructose-1,6-Diphosphate
^ Fnictose-1,6-bisphosphate f(j Fructose-6-phosphate
t
Giucose-6-phospnate
Glucose
nzulin a kosterní svaly
nzulín a játra
(+) uptake glukózy (GLUT4) (+) syntéza glykogenu (+) transport AM K (+) translace mRNA (-) degradace proteinů (+) preference tukových zásob mechanismus - Fosforylace mTOR
Významný anabolický efekt!
Direct effects of insulin
IGlycogenolysis IGluconeogenesis
Insulin
Adipose tissue
Indirect effects of insulin
I Decrease free fatty acid
flux to liver I Glucagon secretion
Gluconeogenesis
Glucagon
Free + fatty acid
Insulin —
Glucose
Význam GLUT2!
Sytost versus hladovění
Opozdené účinky inzulínu
- Syntéza lipogenních enzymů
- Inhibice enzymů glukoneogeneze
- MAPK kaskáda
- Prorůstový účinek - (+) buněčný růst
- Mitogenní účinek
Klinický přesah
- Hyperinzulinémie - DM2
- Zvýšené riziko nádorových onemocnění
- Endometrium
- Prs
- Tlusté střevo
- Ledviny
- Proliferace hladké svaloviny
- Hypertenze
- Ateroskleróza
- Dyslipidemie
- Choroby CV
Hypoglykémie a mechanismy zabra
v
í hypoglykémii
Decreased glucose
Decreased insulin I
increased glucagon I
(Lost in T1 DM)    (Lost in T1 DM) Liver
I
Peripheral
sensors
(PNS) #
(SNS)
■ Increased sympathoadrenal outflow
i
medulla f v Increased NE     Increased ACh
) "" "(PalP'ta,ions-    (sweating, hunger) L J tremor, arousal)
^_)
^ •»        * increased if     Adrenal^ A
1
T
Increased epinephrine I
Increased neurogenic symptoms I
(Often attenuated in T1 DM)   (Often attenuated in T1 DM)
Increased glycogenosis +
Increased gluconeogenesis
U
Muscle   Kidney Fat
Increased lactate, j amino acids, glycerol
increased glucose production
I
I
>
Decreased glucose clearance
Increased ingestion of carbohydrates
w Increased j glucose
J
T Epinephrine
Liver
-1
Pancreatic islets
a2y    \ (3
I Insulin tGlucagon
-1-
Muscle
Fat
Ma (?ßa)
/ t Glycolysis \ Glucose   T Lipolysis
* J transport
t Glycogenolysis ~\ ^_      í Lactate /
í Gluconeogenesisj ^   and Alanine
/\ í
DOlj
1
I
t Glucose production
—J—
t Glucose
I Glucose utilization
_I
{t Glycerol tNEFA
Vegetativní nervový systém představuje významný mechanismus zabraňující hypoglykémii. Adrenalin připravuje tělo na bezprostřední výkon, mobilizuje tedy energetický substrát - glukózu - jako zdroj energie. Další významné hormony regulující glykémii jsou RH a glukokortikoidy.
23
Diabetes mellitus 1. typu
Gut
Muscle
Lactate Amino acids
Glucose Ketones
Kidney
Glucose Ketones
Triglyceride
Genetic predisposition
Environmental trigger (virus?)
I
Islet cell-directed antibodies
7
T-celi-mediated ß-cell injury
Regulatory -T-cells?-
F FA
DKA trigger (illness?)
100-1
Adipose tissue
CO CO
CO E
Ü
I
CO.
Impaired 1st-phase insulin secretion •«—*■
Stable diabetes
Unstable diabetes
«-►
Time (yrs)
DMI je spojena s mobilizací substrátů pro glukoneogenezi a ketogenezi ze svalů a tukové tkáně, zvýšenou glukoneogenezí a ketogenezi v játrech, stejně jako narušeným příjmem substrátů periferními tkáněmi.
Diabetes mellitus 2. typu
Glucose
Klinický přesah
Inzulínová rezistence
- Mutace v IR genu
Defekty v sekreci inzulínu
- Mutace v genu pro inzulín (proinzulin)
- Mutace v mitochondriálních genech
- MODY (Maturity-onset diabetes of the young)
- HNF-4a (MODY 1)
- Glucokinase (MODY 2)
- HNF-la (MODY 3)
- IPFl(MODY4)
- HNF-l(3(MODY5)
- NeuroDl/BETA2 (MODY 6)
ATP-sensilive K+ channel
DM2 je multifaktoriální choroba spojená s rezistencí periferních tkání (svaly, tuková tkáň) k inzulínu, narušené sekreci inzulínu (zejména pod vlivem glykémie) a zvýšenou produkcí glukózy v játrech.
Diabetes mellitus 2.
Proteiny
- Katabolismus proteinů
- Negativní dusíková bilance
Tuky
- Katabolismus tuků s tvorbou ketolátek
- Snížená syntéza MK a triglyceridů
- Zvýšená hladina volných FA
- Katabolismus MK a tvorba ketolátek
Hyperglykémie
- Glykosurie, osmotická diuréza a polyurie
- Zvýšená osmolarita plasmy, Polydipsie, ADH
- Dehydratace
- Snížení objemu ECV a TK
- Polyfágie
Ketoacidóza
- Metabolická acidóza
- Hyperventilace
- Acidifikace moči
- Hyperkalémie
O)
Ě 1 00
w
50-
/ subject	
	
Fasting plasma
glucose concentration
T me after oral glucose [hi]
KEY
I
Range for diagnosis of pre-diabetes
Glukagon
Charakteristika
- Peptidický hormon (29 AMK)
- Syntetizován jako proglukagon
- Pankreas, enteroendokrinní buňky v GIT
- CNS
- Alternativním sestřihem vznikají další peptidy, z nichž nejvýznamnější je GLP-1
- Krátký poločas (5 - 10 min)
- Degradace játry
Sekrece
- (+) AMK
- (+) hypoglykémie
Receptory
- Játra, ß buňky, ledviny, srdce, tuková tkáň, cévy, CNS, žaludek, nadledviny
Funkce
- Homeostáza glukózy - antagonismus k inzulínu
Glucagon release is stimulated by:
■ Hypoglycemia
■ Epinephrine
■ Vagal stimulation
Glucagon release is inhibited by:
• Hyperglycemia
• Somatostatin
Receptor
I   ^   Mobilizace Ca2+
PGC-1 * PEPCK
G-6-Pase
i i
Glucagon
Cytoplasm
a Phosphorylase
i Glycolysis 1 Glycogenesis    T Gluconeogenesis       T Glycogenosis .
T Phosphorylase Kinase |
—
Glucagon T Hepatic glucose output
Proglukagon - alternativní sestřih
Glicentin - L-buňky (tenké střevo) Preproglucagon
- Stimulace sekrece inzulínu
- Inhibice žaludeční sekrece
- Trofický účinek ve střevě Proglucagon
Oxyntomodulin - tlusté střevo (anorexigenní faktor)
- Postprandiální sekrece
- Zvýšení výdeje energie
- (+) glukózová tolerance
GRPP
(inhibice Glu stimulované sekrece inzulínu, modulátor energetického metabolismu)
IP-1,IP-2 L-buňky
(modulace sekrece inzulínu?)
a-cell
Glicentin-related pancreatic peptide
Intervening peptide 1
Major proglucagon fragment
GLP-1
Psck2 dominant
Glucagon
GRPP
IP1
IP2
GLP-2
Psck1/3 dominant
GLP-1
GLP-2
] PS	GRPP	Glucagon	IP1	GLP-1	IP2	GLP-2
						
	GRPP _i	Glucagon	IP1	GLP-1	IP2	GLP-2 _/
Glucagon
IP1
Oxyntomodulin
IP2
GRPP    Glucagon     IP1 Glicentin
GLP-1 a GLP-2 - významné farmakologické cíle
Charakteristika Neuroendokrinní L buňky
Funkce- GLP-1 (GLP1R)
- (+) sekrece inzulínu
- (-) sekrece glukagonu
- (+) neogeneze a proliferace LO
- (-) apoptózy (3 buněk
Funkce-GLP-2 (GLP2R)
- (-) motility antra
- (-) potravou stimulované sekrece žaludeční šťávy
- Trofický efekt (tenké střevo, kolon)
- (-) apoptózy enterocytů
- (+) toku krve a absorpce živin
CNS
- Kaudální NTS - viscerosenzorické informace
- Aktivace POMC neuronů
- Inhibice příjmu potravy (anorexigenní faktor)
- Indukce pocitu nasycení = rychlá modifikace příjmu potravy na základě metabolických substrátů (glukóza), hormonů (leptin) a neuropeptidů.
Klinický význam
- Agonisti GLP1R - léčba DM2
- Exenatid, lixisenatid
- Liraglutid
- Albiglutid, dulaglutid
- Inhibitory dipeptidyl peptidázy 4 (DPP4)
- sitagliptin, vildagliptin, saxagliptin, alogliptin, linagliptin
- DM2
GLP-1 a GLP-2 vykazují inkretinový účinek připravující sekreci inzulínu v závislosti na přítomnosti glukózy v lumen GIT.
Účinek GLP-1 a GLP-2 - přehled
Brain
I Apetite
t Neuroprotection
Heart
i Gastric emptying
tCardioprotection t Cardiac output
Liver
Stomach
t Insulin biosynthesis tp-cell proliferation lß-cell apoptosis
t Insulin sensitivity i Glucose production
t Insulin secretion 4 Glucagon secretion
Muscle
t Blood flow
t Hexose transport
t Proliferation
» Apoptosis
* Permeability
i Motility
ibroblasts Gut
endocrine L cells
♦ •■Enteric
neurons
GLP-1
GLP-2
Glukagon - sekrece
0.
c
c
T-type Caz+ channel
TTX-sensíttve Na+ channel
1*
to -60 mV
T*
L- or N-type Ca2+ channel
Ca2
Na+
Ca2
[Ca2-]
repolarization
Glucagon release
K-
* O Q
Paracrine modulators (insulin, sine, GABA)
K0R channel
Sekrece glukagonu vyžaduje depolarizační kaskádu, na jejímž konci je influx vápenatých iontů a sekrece glukagonu.
Fyziologické účinky glukagonu
Cílový enzym	Metabolická odpověď
(+) exprese Glu-6-fosfatázy	Vstup Glu do cirkulace
(-) glukokinázy	Snížení vstupu Glu do glykolytické kaskády
(+) fosforylace (aktivace) glykogen fosforylázy	(+) glykogenolýzy
(-) glykogen syntézy	(-) syntézy glykogenu
Inaktivace fosfofruktokinázy 2, aktivace fruktóza-6-fosfatázy	(-) glykolýzy (+) glukoneogeneze
(-) pyruvát kinázy	(-) glykolýzy
Adipocyte
Gluconeogenesis
Malonyl CoA (FA synthesis)
Další účinky
- Stimulace fosforylace (aktivace) hormon-senzitivní lipázy a lipolýzy - substráty pro glukoneogenezi a tvorbu protilátek
- FFA jako zdroj energie zejména pro kosterní svaly
lovým orgánem pro působení glukagonu jsou játra, kde stimuluje glukogenogenezi a glykogenolýzu, čímž zvyšuje glykémii.
ntegrovany ücinek glukagon - inzulin
Orbital prefrontal cortex
I
I I
I
r
J Glucose
Physiology
Medial prefrontal cortex
]
Pancreatic islets
p-cells —► 1 Insulin
u-cells —► t Glucagon
t	A-	Hippocampus
Dorsal midline thalamus		Brain stem
±		Amygdala
Hypothalamus	\	
t Sympathoadrenal activity +
i Insulin + t Glucagon
y
J
Somatostatin
Charakteristika
Peptidický hormon (14 AM K) Sekrece stimulována:
- Potravou bohatou na tuky (FFA)
- Potravou bohatou na sacharidy (Glu)
- Potravou bohatou na proteiny (AM K - Leu, Arg)
Funkce
- Parakrinní působení - (-) inzulín, glukagon, PP
- Inhibice prakticky všech exokrinních a endokrinních funkcí GIT
- Inhibice motility
Klinický význam -Analoga somatostatinu a inzulin/glukagon-produkující nádory
Insulin
Význam parakrinní cholinergní signalizace v sekreci somatostationu - parakrinně působící acetylcholin stimuluje sekreci inzulínu, ale stimuluje i sekreci somatostatinu.
Pankreatický Polypeptid - PP
Charakteristika
- Peptidický hormon (36 AMK)
- Sekrece stimulována:
- Potravou (proteiny), distenze žaludku
- Cvičením
- Přímou vagální stimulací
- Inzulínem indukovanou hypoglykémií
- Sekrece inhibována
- Hyperglykémií
- Bombesinem, somatostatinem
- Receptory:
- Žaludek, tenké střevo, kolon, pankreas, prostata, enterický NS, CNS
Funkce
- Inhibice exokrinní pankreatické sekrece
- Inhibice kontrakce žlučníku Modulace žaludeční sekrece Modulace žaludeční motility Regulace příjmu potravy ?
Activity of hepatic vagal nerve
gallbladder motility | ^^^/^
pancreatic exocrine secretion ]
energy expenditure T
Ghrelin
gastric emptying 1
Pankreatický Polypeptid stimuluje výdej energie prostřednictvím sympatické stimulace hnědé tukové tkáně. Kromě toho moduluje sekreci CCK a inhibuje sekreci ghrelinu.
Amylin
Charakteristika
- Peptidický hormon (37 AMK)
- ß buňky, žaludek, proximální tenké střevo
- Posttranslační modifikace (amidace)
- Sekrece společně s inzulínem a C-peptidem
- Vzestup po aplikaci:
- p.o. a p.e. glukózy
Funkce
- Zpomalení vyprazdňování žaludku na vagálním podkladě
- Inhibice sekrece glukagonu (postprandiální)
- Svaly
- Inhibice syntézy glykogenu Stimulace glykogenolýzy, glykolýzy a produkce laktátu
food © intake ,
Klinický význam
- Zvýšená plasmatická koncentrace při obezitě, gestačním diabetu a DM2
- Analoga amylinu v terapii DMI a DM2 (pramlintid) -amylin-deficientní stavy
glucagon 0 release
pancreas
amylin
Adiposity Nociception Maternal behaviors Neurogenesis Anxiolytic/antidepressant Bone homeostasis