”hermosolun erittämä peptidi, esim. hormoni tai muu viestiaine (joita voi erittyä myös muista soluista)”; ( Terveyskirjasto, Duodecim)
Esimerkki tällaisestä neuropeptidistä, hermokudoksen viestiaineesta, on dynorfiiniryhmän peptidit. Tämä voi tuntua yksitoikkoiselta tekstiltä, mutta - sen voi vakuuttaa- niin on kaikki tekstit neuropeptideistä: tekstiä on paljon, varmaa tulosta on vähän, suuresta väitöskirjametriaalista voi jäädä sormenpäihin vain hippu jotain uutta asiaa- johtopäätöksiä lyhyenä lauseena. Neuropeptidiala sen kun vain kasvaa ja paisuu, kirjallisuus neuropeptideistä lataa suunnattoman määrän internet-tietueita. Aina tulee uutta väitöskirjaa. Mutta asia on kiinnostava, koska samalla etsitään ihmisen aivojen terveyden tärkeitten molekyylien osatotuuksia, uutta palaa isoon palapeliin käsitykseemme aivoista tällä vuosituhannella ja koetetaan löytää keinoja pystyä estämään esim. neurodegeneratiivisia tauteja. Eihän niitä pystytä vielä estämään eikä parantamaan täysin. Tässä on tietoa eräästä tällaisesta neuropeptidiryhmän molekyylistä nimeltä DYNORFIINI. Nämä ovat vielä sikälikin vaikeita aiheita, koska tuntemukseni aivoista ei ole mikään kovin selvä kartta kuten esim turistikartta Helsinkiin, joten kaikki oheistetut kartat olisivat eräänlaisia illuusioita asiasta. Korkeintaan jonkin molekyläärisen yksityiskohdan voi tiivistää kartaksi.
LÄHDE: Marinova Z Väitöskirja dynorfiiniryhmän opioideista ja non-opioideista vaikutuksista.
Marinova Zoya. Opioid and non-opioid activities of the dynorphins.(2006). Karolinska Institutet. ISBN 91-7140-593-3.
Tämä vuonna 2006 ilmestynyt väitöskirja kuvaa jo aiemmin tunnettua neuropeptidiä DYNORFIINIA, mutta antaa siitä uuden tärkeän perspektiivin pohdittavaksi. DYNORFIINI voi olla joko (a) merkityksestä dementian kehittymisessä tai (b) merkkiaine neuronaalisen säätelyn epätasapainosta ja heijastaa ongelmaa, jossa sen pitoisuudet eivät ole tasapainoiset.
(Kommenttini: Ettei vain ole jokin ihmiskunnan ikivanhan retroviruksen jäänne, jonka aivo on kompromittoinut luoden sille pienen vallinta-alueen joissain neuroneissa, jotka normaalisti eivät saa ylivaltaa, muta saatuaan ylivallan johtavat neurodegeneraatioon hitaasti ja neurotoksisuuteen. Ehkä proviruksen DNA.han antava HIV saa myös tulevaisuudessa jonkin jäännepeptidinsä ympärille neuronijärjestelmän jota koetetaan sitten tuhannet jälkivuodet kartoittaa. Dynorfinin hermojärjestelmä rata voi olla aivojen tapa poistaa ja sammuttaa dynorfiinia koodaava geeni muista neuroneista ja sen takia se voisi olla vain hälyttävä merkkiaine riskistä, jossa jokin hyvin vanha retrovirus voi generoitua esiin ja voittaa ihmisen aivon ja täten ihmisen kognitiivisen ja tahdonalaisen toiminnan. Toisalta voi pohtia onko dynorfiiniradan olemasa olo välttämättömyys).
Nyt sitten M Zoyan tekstiin:
2. Tiivistelmä
Dynorfiinit ovat muodostuneet esipeptidistä PDYN (precursor protein prodynorphin). Dynorfeihin kuuluu alfa-endorfiini, dynorfiini A ( Dyn A), dynorfiini B (Dyn B) ja isodynorfiini (Big Dyn), jossa on havaittavissa osina Dyn A ja Dyn B).
Dynorfiinien funktio
Dynorfiinit säätelevät kivun prosessoitumista (pain processing) ja muistin hankkimista ( memory acquisition). Dynorfiinit voivat myöskin moduloida palkkiota (reward), joka seuraa addiktiivisten aineitten käytöstä. Sellaiset toiminnot ovat yleensäkin välittyneet kappa-opioidireseptoriteitse.
Mutta ne dynorfiinien Dyn A- ja Big Dyn –välitteiset excitotoksiset vaikutukset, jotka ovat relevantteja neuropaattisesssa kivussa, eivät ole opioidireseptorivälitteisiä. Nämä non-opioidit ( vähemmän tunnetut) reseptoritiet käyttävät ilmeisesti glutamaattireseptoreita (kuten NMDA).
PDYN mRNA ja dynorfiinipeptideitä on paljon tutkittu ja ne tunnetaan hyvin niin koe-eläimen kuin ihmisen aivosta. Sensijaan PDYN propeptidin biokemiallisista ominaisuuksista, sijainnista aivostossa ja prosessoitumisesta tiedetään vain hyvin vähän.
HUOM: ALKUTEKSTI saatavilla engl.
http://diss.kib.ki.se/2006/91-7140-593-3/Doktorsavhandling vid Karolinska Institutet
Marinova, Zoya Opioid and non-opioid activities of the dynorphins
Fredagen den 20 januari 2006, kl. 9.00.
Föreläsningssalen M4:00, Karolinska Universitetssjukhuset.
- Marinovan väitökirjatyön tarkoituksena on ollut luonnehtia dynorfiinien ”non-opioidien” soluinteraktioden mekanismeja.
2. luonnehtiä propeptidin PDYN biokemiallisia ominaisuuksia, solunsisäistä sijaintia ja esiintymistä aivoissa, sekä
3. arvioida dynorfiinien osuutta ihmisen neurodegeneratiivisissa häiriöissä kuten mm Alzheimerin taudissa.
- Tutkijaryhmän töitä ja tuloksia
Näistätutkituista peptideistä soluihin pystyi menemään seinämän läpi soluun Big Dyn ja Dyn A, mutta ei Dyn B. Translokaatiopotentiaaliltaan oli Big Dyn vahvempi kuin Dyn A. Keskenään samankaltaista translokaatiokykyä osoitti taas Dyn A ja prototyyppinen CPP-peptidi, transportaani-10.
- Dynorfiini sytoplasmassa
Osoitettiin eräällä tekniikalla (fluorescence and circular dichroism spectrosckopy), että dynorfiinien Big Dyn ja Dyn A membraanitranslokaatiokykyjä määrää niiden pystyvyys alfa-helix-rakenteen muodostamiseen, spiraloitumaan kuin ruuviksi ja vahvasti positiiviet varaukset. Saattaa olla kyse evolutionaalisesti hyvin ikivanhasta solun sisäisestä interkommunikaatiomekanismista ja signaalien johtumisesta, kun dynorfiinit translokoituvat solun sisään ja sitten suorittavat solunsisäisten kohdemolekyylien kanssa interaktiota.
- Dyn- A muuntuu sytoplasmassa Leu-enkefaliiniksi. DABF on oligopeptidaasi.
PDYN prosesoituu dynorfiiniksi aksoniterminaalissa
Dynorfiinin muodostuminen säätynee eri tasoista käsin: geenitranskriptiosta, translaatiosta, proteiinien kuljetus- ja prosessoitumisvaiheista käsin. Kun näitä eri prosessivaiheita analysoitiin, oli ensimmäisenä askeleena luonnehtia PDYN-peptidin biokemialliset ominaisuudet, solunsisäinen sijainti ja esiintymispaikat koe-eläimen ja ihmisen aivostossa. Kohdistettiin tutkimus niihin rakenteisiin, joissa PDYN syntetisoituu ja joissa kypsää dynorfiinia esiintyy. Todettiin, että PDYN-esipeptidi esiintyi dynorfiinipeptidien tapaan suurimmassa pitoisuudessaan amygdala-, hippocampus- ja striatum- alueissa ja matalemmin pitoisuuksin aivojen cortex-osassa ( koe-eläimellä; immunohistochemistry, western plot) .
Prosessoitumatonta PDYN-muotoa esiintyi myös ventraalilla tegmentaalisella alueella (VTA), seka hippocampus-alueessa CA3, jossa ei ole PDYN-tuottavia neuroneita, vaan vain PDYN-ergisten neuroneitten aksoneita ja aksonipäätteitä. Täten voidaan päätellä, että PDYN kulkeutuu aksonipäätteisiin ja varastoituu niissä. Aksoniterminaaleissa PDYN mahdollisesti prosessoituu kypsiksi dynorfiinipeptideiksi ennen kuin niitä vapautuu neuronista. Tätä huomiota tukee seuraava havainto: Kaliumin aiheuttamalla depolarisaatiolla PDYN:iä tuottavat neuronit lisäävät solujen ja väliaineen dynorfiinien kokonaismäärää, mikä viittaisi PDYN-prosessoitumisen aktivoituneen. Synaptisen välittymisen paikallisen säätymisen eräänä mekanismina voisi toimia tällainen neuroniaktiviteetin ja ekstrasellulaaristen signaalien aksonipäätteissä ja dendriiteissä stimuloima PDYN-prosessoituminen.
- Dyn A-peptidi ja sen non-opioidi vaikutus
(Dyn estää dopamiinin vapautumista ja MT3 tietä ja lisää DOPAC tietä), mikä on epänormaali suunta, koska MT3 on paikallinen vasodilataattori ja neuronille edullinen.
- Dyn ja Alzheimerin tauti, Parkinsonin tauti tai aivoverisuonitauti
Katsottiin seuraavien peptidien pitoisuudet alaparietaalilohkosta (Brodman 7): Dyn A, Dyn B, niiden sukuinen neuropeptidi nosiseptiini.
- AD-taudissa Dyn A on merkitsevästi lisääntynyt.
- PD ja CVD-taudeissa
- 2. CPP-peptidien ja dynorfiinipeptidien rakenteista
R7 peptidi RRRRRRR arginiinioligopolymeeri
Penetratiini RQIKIWFQNRRMKWKK
TAT, RKKRRQRRR ( HIV-viruksen transkription transaktivaattori)
Ensinnäkin oli tyypillistä elektrostaattinen interaktio kalvon negatiivisia polysakkarideja sisältävän fosfolipidin ja positiivisia varauksia sisältävän CPP-peptidin kesken.
* CPP tarkoittaa Cell Penetrating Peptide.
Näiden CPP-peptidien internalisaatio soluun tapahtuu osittain endosytoottisesti ja internalisoituneet peptidit sijaitsevat sitten miltei yksinomaan sytoplasmassa. Mutta toisaalta on havaittu myös endosomaalista CPP-vapautumistakin.
CPP-välitteistä bioaktiivin lastin siirtymistäkin on todettu (lastina proteiineja , oligopeptidejä, oligonukleotideja), joten osa CPP-liikennöinnistä tapahtuu myös endosomeista riippumattomalla tavalla.
- Dynorfiini A rakenne
Typpipitoiset siis ovat R, K, N, Q, arginiini, lysiini, asparagiini ja glutamiini.
Glysiini G on inhibitorinen aminohappo ja Aspartaatti D olisi excitatorinen aminohappo jos ne olisivat vapaana), niitä syntetisoituu endogenisesti kehossa.
Essentiellejä, ravinnosta saatavia ovat Tyrosiini (Y), fenylalaniini (F), leusiini( L) ja isoleusiini(I) sekä tryptofaani (W). Essentiellien osuus on 8 aminohappoa 17:sta. 47% peptidirakenteesta aminohappojen lukumäärän suhteeen.
- Dynorfiini B rakenne
* Big Dyn rakenne on DynA-KR-Dyn B (18 /32, 56% essentiellejä aminohappoja)
Siinä on molemmat dynorfiinit ja välillä on lysiini (K) ja arginiini (R).
(YGGFLRRIRPKLKWDNQ).KR(YGGFLRRQFKVVT).
- DynA reseptorit NMDA,AMPA ja kainaattireseptorit
Jos NMDA-reseptoria esikäsitellään antagonistilla, niin DynA-indusoimat paralyysi, mekaaninen ja terminen allodynia ja mekaaninen hyperalgesia voidaan estää.
- DynA toksisuus
Suoraa vaikutusta voisi edustaa Dyn-A-molekyylin sitoutuminen ei- aktivoituun, epäherkkään NMDA-reseptoriin.
Epäsuoraa vaikutusta on esim. että Dyn A aiheuttaisi excitatoristen aminohappojen (GLU, ASP) vapautumista ja nämä stimuloisivat NMDA-reseptoria. Koe-eläimestä on havaittu, että jos asetetaan Dyn A hippocampukseen, siitä seuraa lokaalinen aspartaatin (D) ja glutamaatin(E) vapautuminen, siis excitatorisia aminohappoja (EAA) vapautuu. Näin Dyn A voisi epäsuorasti potentioida NMDA-resptoria ja johtaa mm koe-eläimellä takaraajaparalyysiin ja neuronituhoon. Mutta monikaan Dyn A- vaikutus ei ole selitettävissä NMDA-reseptorista riippuvilla mekanismeilla. Tämä on vain yksi neurotoksisuuden osatekijä.
- Dyn A(2-17) on kalsiumpitoisuuden kohottaja
- MITEN CPP-peptidien translokaatio solun sisään tapahtuu?
CPP-peptidien translokaation yhteydssä mainitaan penetraation voivan tapahtua joko lipidikaksoiskerroksen läpi tai endosytoottisesti internalisoitumalla. Vuorovaikutuksessa lipidifaasiin peptidit voivat translokoitua membraanin läpi (1) muodostamalla poruksia ( aukkoja solukalvoon) tai (2) invertoituneita misellejä tai ne voivat (3) diffundoitua kalvon läpi.
Peptididiffuusiota on pidetty mahdottomana, koska purkautumisenergia valkuaisineesta olisi korkea (desolvation energy)
Ensimmäisen teorian(1) mukaan CPP-peptidit translokoituisivat kalvon läpi oligomerisoitumalla ja samalla aukkoja muodostaen. CPP oligomeerit voivat ottaa amfipaattisen muodon kalvossa hydrofiilisten osien muodostaessa kanavaa kompleksin kanssa ja hydrofoobisen osan asettuessa lipidifaasiin.
Misellimallissa (2) peptidien elektrostaattiset interaktiot polaaristen kalvolipidipäitten kesken indusoi invertoituneen misellin muodostamista ja misellissä olisi peptidit inkluusioina hydrofiilisessä ytimessä. Misellin auetessa plasmamembraanin sisäpinnalla sisältönä olevat peptidit vapautuisivat sytoplasmaan. (kommentti: Eikös tämä ole kuin viruksen tapa translokoitua sisältöineen soluun - eikä ainakaan mikään perinteinen hermonvälittäjäaineena toimiminen).
Diffuusiomalli (3), porus-malli (1) ja misellimalli (2) antavat käsittää, että translokaatio voi olla nopea, lämpötilasta ja energiasta riippumaton prosessi. Tätä tietoa vahvistaa tulokset, joissa substanssi P (SP), R7W, TAT 47-57 ja signaalisekvenssin hydrofobiset peptidit ovat voineet translokoitua + 4 C celsiusasteessa ja vieläpä metabolisten inhibiittorien läsnäollessa.
Toisentyyppisiä translokaatiomalleja ovat lisäksi
KLATRIINI-(clathrin)-välitteinen endosytoosi, (Transferriini on markööri klathriinivälitteisestä endosytoosista).
KAVEOLAARINEN (caveola) endosytoosi (Caveoliini-1 on markööri caveolaarisesta endosytoositiestä).
LIPIDILEVY (lipidraft ) -rakenteesta riippuva makropinosytoosi.
Endosytoosista seuraa, että peptidi kulkeutuu rakkulasta sytoplasmaan. Tälle mekanismille on tyypillistä riippuvaisuus energiasta.
Klatriini-positiivisista endosyyttirakkuloista löydetään esim. fluoresoiva penetratiini, TAT 47-57 ja (VRR)4. Tätä endosyyttistä sisääntuloa voidaan estää metabolisella inhibiittoriaineella.
Kokopitkä TAT ja ja sen 11-aminohappoinen transduktiodomaani voi käyttää translokaatiossa myös lipidiraftiperäistä kaveolaarista endosytoositietä.
On myös voitu osoittaa solupinnan joni-interaktion jälkeisen lipidirafteja vaativan makropinosytoosin toimittavan TAT-fuusioproteiinin nopeata internalisaatiota.
Vaikka näillä kahdella translokaatiojärjestelmätyypillä on ilmeistä eroa, kummastakin on näyttöä. Molemmat ovat relevantteja translokaatioissa. Eri peptidit saattavat valita eri translokaatiostrategian, vaikka sama peptidi voi translokoitua myös vaihtoehtoteitä.
- MITEN DYNORFIINIT MENEVÄT SOLUN SISÄÄN ?
Caveoliini-1 on markööri caveolaarisesta endosytoositiestä. Dynorfiinin suhteen oli merkkejä caveolaarisesta endosytoosista, mutta ei chlatriinivälitteisestä.
Lisäksi Big Dyn pystyi penetroitumaan ilman energiaa vaativaa järjestelmää. Dynorfiini saattaa translokoitua näitä kahta tietä: energiaa tarvitsevaa caveolaarista endosytoosia käyttäen tai energiaa tarvitsematonta tietä. Jatkotutkimuksia tarvitaan selvitettäessä mikä osuus kummallakin translokaatiotiellä on.
CPP-peptidit vapautunevat endosomeista ja makropinosomeista sytosoliin.
Tat ja oligoarginiini translokoituvat plasmamembraanilta endosytoottisesti Golgin laitteeseen ja endoplasmiseen retikulumiin (ER). Tämä tie on se yleinen väylä, jota CPP-peptidit, virukset ja toksiinit kuten risiini tai Shiga- toksiini, käyttävät.
- Enta miten sijoittuu Big Dyn?
Dynorfiinit voivat pysytellä peptideinä sekretoristen granuloitten sisällä, vaikka niillä on tuollaista kykyä penetroitua kalvojen läpi. Jos translokaatiopotentiaalia määrää vain endosyyttiset mekanismit, dynorfiini ei pystyisi penetroitumaan sekretoristen rakkuloiden kalvon läpi. Mutta jos penetraatio perustuu interaktioihin lipidikaksoiskerroksessa, pitäisi tutkia translokaatiopotentiaalin riippuvuutta kalvon ominaisuuksista. Näihin ominaisuuksiin kuuluu lipidien rakenne, elektrokemiallinen transmembraanigradientti, pH kalvorakenteen sisä -ja ulkopuolella - onhan olennaista eroa plasmalla ja sekretorisella rakkulalla. Saattaneehan olla, että dynorfiinit ovat tehneet kompleksin negatiivisesti varautuneitten molekyylien kuten kromograniinien ja sekretograniinien kanssa sekretorisissa rakkuloissa ja siitä syystä eivät voi diffundoitua ulos.
- TRANSLOKAATION STRUKTUURINÄKÖKOHDISTA
vuorovaikuttivat vahvasti varauksellisiin fosfolipidirakkuloihin, mistä voi päätellä, että nämä peptidit kiinnittyvät vahvasti plasmamembraanin lipidifaasiin. Kuitenkaan niiden sitoutuminen ei ilmeisesti ole riittävä translokoitumiseen plasmamembraanin läpi, lisäksi dynorfiinit ovat keskenään erilaisia tässä kyvyssään penetroitua soluihin. Esim sekä Dyn A että Dyn B absorboituvat soluun, mutta vain Dyn A penetroituu solun sisälle sytoplasmaan.
Big Dyn, Dyn A ja Dyn B alkavat saada alfa-helixmuotoa interaktiossa fosfolipidimembraaniin. Big Dyn ja Dyn A osoittavat vahvempia positiivisia varauksia ja penetroituvat soluun.,
CPP-peptideissä on vahva positiivinen varaus tärkeä niiden kiinnittyessä glygosaminoglykaaneihin(GAG) plasmamebraanissa.
Big Dyn 6-26 ei pystynyt muodostamaan sekundäärirakennetta hyvin eikä voinut penetroitua plasmakalvon läpi.
Translokoitumiseen siis vaikuttaa 1) alfahelix-rakenteen muodostuminen ja 2) vahva positiivinen varaus. Big Dyn-peptidin soluun sisään translokoitumisessa (endosyyttisesti tai porus / miselliteitse) lienee edellytyksenä amfipaattisen alfahelix-rakenteen tai alfahelix-spiraalirakenteen muodostuminen vesi-membraani-välipintaan.
- MAHDOLLINEN SOLUNSISÄINEN KOHDEMOLEKYYLI DYNORFIINEILLE
Nämä non-opioidit vaikutukset ovat taustalla kroonissa neuropaattisessa kivussa. Jos endogeenisen Big Dyn-peptidin hajoaminen estyy, se tuottaa nosiseptiota. Big Dyn oli 100 kertaa tehokkaampi kuin Dyn A indusoimaan non-opioidisia nosiseptiivisiä vaikutuksia, kun taas Dyn B ei ollut tällä tavalla aktiivi. Näiden peptidien nosiseptiivinen potentiaali korreloi niiden kykyyn translokoitua plasmamembraanin läpi.
- NMDA NR1
Tämän NR1-alayksikön sekvenssin on havaittu sijaitsevan intrasellulaarisesti. Edellytyksenä dynorfiini-NMDA-reseptori-interaktioille on Dyn A-peptidin translokaatio intrasellulaaritilaan.
- G-proteiini, SP, histamiini, Mastsolut. Onko Dyn A stimulaattorina?
Analogisesti tälle voi baasinen, soluun translokoitunut dynorfiini vaikuttaa G-proteiiniin. On todella havaittu että Dyn A stimuloi histamiinin vapautumista mastsoluista, eikä tämä vaikutus välity opioidien reseptoreitten kautta.
- Dyn A ja opioidireseptorit
- Eritetyn välittäjäainerakkulan kalvomassan takaisinottoa ja
Neurotransmittoreitten vapautuminen synapsista välittyy vesikkeleitten fuusioitumisella plasmamebraaniin. Jotta synaptista transmissiota voi ylläpitää, liika kalvo siirtyy kompensatoriseen endosytoosiin, tapahtuu nopeaa pienten rakkuloitten takaisinnoutoa ja kalvomassan takaisin ottoa, joka on makropinosytoosin kaltaista. Tulevaisuuteen jää arvioiminen dynorfiinin translokaatiossa mahdollisen takaisinnoutavan endosytoosin osuuden kriittisyys.
Kun on tutkittu opioidien ja muitten neuropeptidien statistisia analyysejä, niissä on havaittu keskimäärin kaksi kertaa suurempi baasisten ja hydrofobisten aminohappotähteitten määrä verrattuna tavalliseen proteiiniin tai non-regulatiivisiin peptideihin. Neuropeptideille ja CPP-peptideille oli yhteistä em ominaisuudet, jotka ovat kriittisiä plasmamembraanin läpäisevissä translokaatioissa.
Neuropeptidien ( SP ja dynorfiini mukaan luettuna) translokaatiot soluun ja interaktiot solun sisäisten kohteitten kuten G-proteiinin kanssa voi olla vanha evolutionaalinen konservoitu järjestelmä intrasellulaarisessa kommunikaatiossa ja signaalitransduktiossa ja saattanut myös olla ollut toiminnallinen ennen kuin spesifisiä reseptoreita kehittyi näille peptideille.
3. Loppukommenttini
Dynorfiinista on sanottu aiemmin seuraavaa: Dynorfiinit ovat erilaisten neuraalisten ja somaattisten toimintojen kuten nosiseption, kardiovaskulaaristen funktioitten, hengityksen ja lämmönsäätelyn modulaattoreita – muistiaineksen hankintaa unohtamatta.
Tämän väitöskirjan tuoma uusi ajatus oli dynorfiinin vaikutus excitatoristen aminohappojen reseptoreihin (NMDA, AMPA, kainaattireseptoreihin) ja myös solun sisäisen kalsiumin mahdollinen nouseminen reseptoreista riippumattakin. Täten sillä näyttää olevan merkitystä neurotoksisuuden yhteydessä huomioon otettavavana tekijänä, jonka vaikutusalue on muutenkin kriittisten pienten neuronijärjestelmien konsentroidulla, kognitiivisesti tärkeitten funktioiden alueella, sekä mikä myös tärkeää, hyvinvoinnissa, jossa ei pitäisi olla kipufiltterivaurioita elämän laatua vähentämässä.
Suom. 2006-03-20 16:14 suom. 2007-06-02 13:16 päiv.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar