Obecné principy endokrinních funkcí. Hormony • Starling 1905 - sekretin • Glandotropní hormony • Aglandotropní hormony • Cílové buňky Jak spolu buňky komunikují? • Intrakrinie • Autokrinie • Parakrinie • Neurokrinie • Endokrinie • Neuroendokrinie zdroj prostředí cílová buňka Chemická povaha hormonů ODVOZENÉ OD AMINOKYSELIN -Adrenalin -Noradrenalin -Dopamin -Melatonin -T3/T4 PEPTIDY A PROTEINY -Hormony hypothalamu -Hormony adenohypofýzy -Inzulin, glukagon, somatostatin -Gastrin, cholecystokinin, sekretin -Natriuretické peptidy -Erythropoietin, trombopoietin -PTH, PHrP -další STEROIDNÍ -Kortizol -Aldosteron -Testosteron -Progesteron -Estradiol -Kalcitriol Chemická povaha hormonů CHEMICKÁ STRUKTURA HORMONŮ URČUJE JEJICH BIOSYNTÉZU, SKLADOVÁNÍ, UVOLNĚNÍ, TRANSPORT, POLOČAS ELIMINACE, ZPŮSOB ELIMINACE A MECHANISMUS ÚČINKU NA CÍLOVÉ BUŇKY Hormon - charakteristika Peptidy - proteiny Katecholaminy Steroidní hormony Tyreoidální hormony F-CH vlastnosti hydrofilní hydrofilní lipofilní lipofilní syntéza proteosyntéza modifikace Tyr prekurzory CH modifikace Tyr zásoba sekreční granula sekreční granula není koloid sekrece řízená exocytóza řízená exocytóza difúze difúze transport volné volné/ slabě vázané vázané vázané eliminační poločas krátký (4 – 40 – 170 min) velmi krátký (2 – 3 min) středně dlouhý (až 180 min) Dlouhý (20 hod – 7 dní) receptory membránové membránové cytosolové jaderné účinek krátkodobý velmi krátkodobý dlouhodobý dlouhodobý buněčná odpověď rychlá velmi rychlá pomalá pomalá Hormony • Pleiotropní účinek • Multiplicita • Permisivní působení Endokrinní orgány • specializované buňky – specializované orgány (endokrinní) • „sekreční“ buňky – orgány s endokrinní funkcí • buňky bez specializované sekreční funkce • buňky konvertující prekurzory hormonů Tuková tkáň Adipokiny Cytokiny (IL-6, TNF-a) Chemokiny (MCP-1) Faktory komplementu (adipsin) Faktory ovlivňující angiogenezi, cévní stěnu a srážení (PAI-1, VEGF) Homeostáza glukózy (adiponektin, visfatin, apelin, omentin) Leptin Metabolismus lipidů (rezistin, RBP, CETP, ) Faktory ovlivňující krevní tlak (angiotenzinogen) Klinické aspekty • Produkce hormonů nádory – PARANEOPLASTICKÉ SYNDROMY Nádory GIT – ACTH (Cushingův syndrom) Nádory plic – ADH (hyponatrémie) – ACTH (Cushingův syndrom) – PTHrP (hyperkalcémie) Nádory jater a ledvin – erythropoietin (polycytémie) Sekrece hormonů a její regulace • Neurální kontrola • hypothalamus • sympatikus, parasympatikus • Hormonální kontrola • Regulace sekrece ionty nebo substráty (Glu, AMK) b-buňka d-buňka somatostatin sympatikus parasympatikus Glu AMK INZULIN Sekrece hormonů je regulována zpětnovazebně Cyklické změny sekrece hormonů Nervové/hormonální = SNC-dependentní Sytost/hlad Tělesná teplota - Melatonin - ADH - ACTH – kortisol - Inzulín - Ghrelin - Adiponektin - Leptin SCN: - Aference – sítnice - Eference – jádra hypothalamu Transport hormonů • Chemická povaha hormonu • Vazba na transportní protein(y) a její význam • Albumin • Globuliny • Specifické proteiny – TBG, SHBG, CBG • Síla vazby • „Alternativnost“ vazby – TBG versus transtyretin •Protekce •Rezervoár •Ubikvitární distribuce •Transport přes plasmatickou membránu (SHBG – megalin) MEZI HORMONEM A TRANSPORTNÍM PROTEINEM SE USTAVUJE DYNAMICKÁ ROVNOVÁHA Eliminace hormonů • Odlišná doba setrvání v cirkulaci • Metabolizace • Cílovými buňkami • Enzymovými systémy v krvi • Orgány – zejména játra • Eliminace • Játra • Ledviny FÁZE I - Hydroxylace, dekarboxylace - Oxidace, redukce FÁZE II - Glukuronidace - Sulfatace - Methylace - Konjugace s glutathionem žluč moč Cévní řečiště metabolizaceeliminace Hormony a buněčná odpověď • Cílové buňky • Specifičnost • Vysoká afinita • Selektivita BUNĚČNÁ ODPOVEĎ JE ZPROSTŘEDKOVÁNA PŘÍSLUŠNÝMI RECEPTORY SIGNÁLNÍ DRÁHY BUNĚČNÁ ODPOVĚĎ hormon amplifikace a transdukce signálu efektorové molekuly vazba na receptor synergie antagonismus možná ztráta citlivosti regulace zpětnovazebnými systémy % obsazených receptorů konformační změna MECHANISMY Konformační změny Fosforylace/defosforylace + nábor proteinů Vazba GTP (G proteiny) Vazba cAMP (efektorové proteiny) Generování molekul s prekurzory v PM Nekovalentní vazba Ca2+ Regulace buněčné odpovědi na úrovni receptorů Downregulace versus upregulace Regulace buněčné odpovědi na úrovni receptorů Homologní („s ligandem“) X heterologní desenzitizace („bez ligandu“) Hormony – proteiny a peptidy Jak vznikají a jaký je mechanismus působení? preprohormon – prohormon – hormon (+ fragmenty) Převzato. Ganong, W. F. Přehled lékařské fyziologie. 20. vydání. Galén 2005. Receptory spřažené s G proteinem (GPCR) Gs – Gs, Golf Gi •G0 (2, mozek) •Gt (2, fotorec. – cAMP-PDE) •Gz (inhibice K+ kanálů) Gq/11 G12/13 Receptory spřažené s G proteinem (GPCR) https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/circresaha.113.300308 Receptorové tyrosinkinázy • Po vazbě ligandu obvykle nastává dimerizace • ATP jako zdroj P pro fosforylaci intracelulárních domén/asociovaných proteinů • Inzulin • IGF-1/2 • EGF • PDFG https://www.researchgate.net/figure/Insulin-and-exercise- signalling-in-skeletal-muscle-control-pathways-governing- fuel_fig2_6653953 Receptory asociované s cytosolickými TK • GH, prolaktin, leptin, erythropoietin • Dimerní receptory BEZ vlastní TK aktivity • Asociace s JAK kinázou • Po vazbě ligandu – dimerizace, transfosforylace, aktivace signal transducers and activators of transcription SOCS proteiny Receptorové serin/threonin kinázy • Antimulleriánský hormon, inhibitin • Forma disociovaného heterodimeru • SMAD = „latent transcription factors“ gamma-activated sequence-like elements (GLEs, promotorová oblast některých genů) Receptorové guanylát cyklázy • Natriuretické peptidy • ANP, BNP, CNP • NO Přenos signálu – systém druhých poslů - přehled EXTRACELULÁRNÍ SIGNÁL MUSÍ BÝT PŘEVEDEN DO INTRACELULÁRNÍ ODPOVĚDI HORMON = PRVNÍ POSEL INTRACELULÁRNÍ SIGNÁLNÍ MOLEKULA GENEROVANÁ PO VAZBĚ HORMON-RECEPTOR = DRUHÝ POSEL • cAMP • TSH, glukagon, ACTH, hormony hypothalamu, ADH a další • Proteinkináza A • Modulace signálních drah kompartmentalizací (A-kinase anchoring proteins (AKAPs)) • cGMP • ANP, BNP, CNP • NO jako signální molekula • DAG a IP3 • PIP2 – fosfolipáza C systém • Ca2+ • Ca2+/Ca2+-kalmodulin Systém AC - cAMP Systém PLC – IP3/DAG Systém cGMP - NO jako signální molekula Systém Ca2+ - kalmodulin Shrnutí – membránové receptory a asociované systémy Klinické aspekty • Syndromy rezistencí k hormonům (př. IR, IGF-1, TRb) • Syndromy způsobené mutacemi CPCRs a G proteinů • ADH – nefrogenní diabetes insipidus • ACTH – familiární ACTH rezistence • GnRH – hypogonadotropní hypogonadismus • FSH – hypergonadotropní ovariální dysgeneze • LH – mužský pseudohermafroditismus • Melanokortin 4 – obezita • PTH/PTHrP – Blomstrandova letální chondrodysplazie Hormony působící přes jaderné receptory Hormony působící přes jaderné receptory HORMONY -Hormony štítné žlázy – TRa/b -Estrogeny – ERa/b -Testosteron - AR -Progesteron - PR -Aldosteron - MR -Kortizol - GR PRODUKTY METABOLISMU A XENOBIOTIKA -Mastné kyselina – PPAR a,b,g -Oxysteroly – jaterní X receptor LXR a,b -Žlučové kyseliny - BAR -Hem – RevErb a,b -Fosfolipidy – homolog jaterního receptoru LRH-1, SF-1 -Xenobiotika – pregnanový X receptor PXR - konstitutivní androstanový receptor CAR VITAMÍNY -1,25-[OH]2D3 - VDR -All-trans-retinová kyselina – RA receptory a,b,g -9-cis-retinová kyselina – retinoid X receptor RXR a,b,g homodimery heterodimery -Orphan „sirotčí“ receptory -Variantní receptory Vysvětlení některých účinků a patologií Obecný mechanismus účinku hormonů působících přes jaderné receptory -Vysoká afinita vazby ligandu = dáno strukturou R -Rozeznání specifické promotorové oblasti -Dimerizace receptorů (homodimery, heterodimery) -Remodelace chromatinu pro genovou expresi (HDAC) -Genová exprese ve výsledku snížená, nebo zvýšená PROČ POUZE JADERNÉ RECEPTORY? -Syntéza v cytoplasmě -Zde setrvávají do vazby ligandu, nebo transport do J -Regulační mechanismus – modifikace a počet receptorů -Významný parametr – selektivita cílových buněk -Tkáňově specifické faktory, koaktivátory a korepresory Příklad – steroidní hormony a hormony štítné žlázy Ukončení účinku hormonu Receptorem zprostředkovaná endocytóza a následná degradace v lysozómu Fosforylace/defosforylace receptoru nebo proteinů signální dráhy Ubikvitinace a proteosomální degradace Vazba regulačního faktoru na příslušný protein (enzym) Vnitřní enzymová aktivita a její regulace Klinické aspekty • Nadprodukce hormonů • Nedostatečná produkce hormonů • Změny citlivosti cílových tkání a/nebo změna buněčné odpovědi • Zvýšená inaktivace nebo degradace hormonů • Nedostatečná produkce nebo zvýšená degradace transportních proteinů • Změny produkce transportních hormonů při fyziologických stavech (těhotenství) Klinické aspekty - Snížení počtu receptorů - Snížení koncentrace enzymu aktivujícího hormon - Zvýšení koncentrace nekompetitivního inhibitoru - Snížení počtu cílových buněk - Snížení afinity hormonu k receptoru - Snížení počtu receptorů - Zvýšená rychlost degradace hormonu - Zvýšená koncentrace antagonistů/competitivních inhibitorů