‹#› 1 ☼ ‹#› 2 © Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2012 A D I P O K I N Y ‹#› 3 ● deposit energie ● aktivní endokrinní orgán, tvoří peptidové/bílkovinné hormony: adipokiny chemokiny cytokiny „porušená metabolická clearance“ (např. selhání ledvin) → zv. sérová koncentrace adipokinů Tuková tkáň : zv. = zvýšen/í sn. = snížen/í ‹#› 4 fat2 Bílá tuková tkáň : ‹#› 5 Adipokiny (adipocytokiny): TNFa v adipocytu 1993 leptin 1994 resistin 2001 adiponektin 1996 adipsin 1988 visfatin 2005 chemerin ? JINÉ REGULAČNÍ PEPTIDY/BÍLKOVINY: ghrelin 1999 PYY NPY AGRP ‹#› 6 Adipokiny (1): = proteiny secernované (a syntezované) adipocyty (a také v tukové tkáni obsaženými makrofágy a pre-adipocyty !) Chemické mediátory, vytvářené bílou tukovou tkání. Patří sem: cytokiny, růstové faktory, enzymy a hormony Funkce zahrnují: regulaci chuti a energetické rovnováhy, imunitu, citlivost k inzulinu, angiogenezi, zánět a odpověď akutní fáze, krevní tlak, metabolismus lipidů a homeostázu ‹#› 7 Adipokiny (2): cytokiny = obecný název pro velký počet malých bílkovin, které mají stimulační/inhibiční vliv na proliferaci, diferenciaci a funkci buněk imunitního systému ‹#› 8 Adipokiny (3): PAI-1 = inhibitor aktivace plasminogenu (= fibrinolyzinu) inhibuje fibrinolytický systém. Zároveň je proteinem akutní fáze a adipokinem. TNFa = tumor necrosis factor alpha, cytokin vytvářený mnoha typy leukocytů. (Název: ve tkáňových kulturách schopný zabíjet tumorové buňky). Modifikuje odpověď mnoha buněk, vyvolává zánět. Je zahrnut do řady chronických zánětlivých procesů, včetně srdečních koronárních onemocnění a IR. Je rovněž adipokinem a má vztah k tvorbě některých dalších cytokinů a adipokinů. zkratka: IR = insulinová resistence ‹#› 9 Adipokiny a insulinová resistence (IR): resistin + TNFa ® zv. IR leptin + adiponektin ® sn. IR zv. = zvýšen/í sn. = snížen/í ‹#› 10 Z adipocytikinů jmenovány dříve uvedené: adiponektin, TNFα, PAI-1 ‹#› 11 Působení TNFa : FA transportní protein acetyl-CoA synthasa lipoproteinová lipasa thiazolidindiony aktivace sn. exprese sn. exprese řady genů pro enzymy ® sn. lipogenese v tukové tkáni PPAR = receptory aktivované peroxizomovými proliferátory ‹#› 12 Peroxisom (1) : ● organela v cytoplasmě živočišných buněk – jednoduchá membrána, 200-500 nm v průměru v zásobních tkáních rostlin „glyoxisom“ (podle glyoxalátového cyklu) ● detoxikační schopnosti, lokalizace reakcí, které by jinak mohly být buňce nebezpečné ● obsahují oxidasy (cca 60 monooxygenas a oxidas), odnímají vodík z různých substrátů a váží jej na dikyslík za tvorby H2O2 ● peroxid odbourávají peroxidasami (→ název „peroxisom“) a katalasami ● katalasy ( 2 H2O2 → 2 H2O + O2 ) mají tak vysokou koncentraci, že vytvářejí v peroxisomech krystalové shluky ‹#› 13 Peroxisom (2) : ● metabolizují mastné kyseliny (je přítomna β-oxidace !!), ethanol, mnohá xenobiotika a zčásti syntezují plasmalogeny (pro myelinový obal v nervové tkáni). ● PPAR = „receptory aktivované peroxisomovými proliferátory“ název je historický (ze studia hlodavců), u člověka svým obsahem nedává smysl ● = nukleární receptory ● = transkripční faktory (ovlivňují expresi genů, kódujících řadu působků: enzymů, regulačních bílkovin, …) takto regulují i zánět, sklon k nádorovému bujení, imunitu, IR, … ● jejich prostřednictvím působí fibráty (hypolipidemika) a thiazolidindiony (inzulin-senzitizující léky) Receptory „PPAR“ ‹#› 14 thiazolidindiony = agonisté „peroxisome proliferator-activated receptor g“ +) (PPAR) stimulují expresi genu adiponektinu +) „receptor aktivovaný peroxisomovým proliferátoren“ – nukleární receptor, transkripční faktor ‹#› 15 LEPTIN ‹#› 16 informace o leptinu jsou uvedeny detailněji vzhledem k tomu, že leptin je insulin senzitivující látka sensitize / sensitise [´sensitaiz] zvýšit citlivost (čeho) synthesize / synthesise [´sin0әsaiz] syntetizovat ‹#› 17 leptos leptoV = tenký ® „štíhlý“ Leptin (1994) vs. leptinová resistence ! ‹#› 18 weblableptinweb Leptin Mr = 16.000 původ: diferencované adipocyty (fundus žaludku, kosterní sval, játra, placenta, ...) • info o množství skladované energie v adipocytech ® hypothalamus ‹#› 19 Leptin bílkovina (146 AA, terciální struktura) ‹#› 20 tubby_miceweb Leptin ob – gen: ob/ob mutace a normální myš ob = obese [ou´bi:s] ob/ob = homozygotní postižení mouse [maus], mice [mais] ‹#› 21 obmutation Deficit leptinu (ob-gen): heterozygotní mutace leptinového genu ® IR a hyperlipidemie homozygotní mutace ® ... zv. tělesné hmotnosti: ‹#› 22 obmutation 94,5 kg z toho 55,9 kg tuk 1 rok: denně inj. rekombinantního lidského leptinu • - 16,4 kg tuku • redukce chuti na jídlo • vytvořily se antileptinové protilátky (bez interference s účinkem hormonu!) • (u heterozygotů nebylo takto dosaženo redukce hmotnosti) Leptin jako lék: ‹#› 23 • nedostatečná produkce leptinu ® neplodnost • leptin je spojkou mezi tukovou tkání, hypothalamem a reprodukčním systémem („ukazuje, zda je dostatek energie pro reprodukci“) • leptin potlačuje neuropeptid Y („NPY“) ® snižuje účinek gonadotropinů (infertilita u mentální anorexie, u žen v koncentračních táborech ... muž ? ) Plodnost jedince: ‹#› 24 Leptin P-leptin: volný + vázaný na solubilní receptor (část buněčného receptoru). Účinek vazbou na transmembránovou část receptoru ve tkáních (hypothalamus, ovarium, ..), intracelulární část receptoru (červeně) může být různé délky. Receptor pro leptin má extracelulární, transmembránovou a intracellulární část. Intracelulární část je ve formě krátké anebo dlouhé isoformy. ‹#› 25 Leptinová resistence: • sn. citlivosti vůči leptinu: 1. saturace transportu přes hematoencefalickou bariéru 2. abnormality v rozsahu aktivace leptinového receptoru a/nebo přenosu signálu • leptinová resistence: = sn. koncentrace rozpustného receptoru + sn. frakce vázaného leptinu. Leptinová resistece je nověji řazena k metab. syndromu zkratky: zv. = zvýšen, zvýšení sn. = snížen, snížení ‹#› 26 hypothalamus Leptin nucleus arcuatus b3-adrenoreceptory metabolismus, relaxace střeva, vasodilatace, exprese genů zasahujících do regulace hmotnosti ‹#› 27 Termogeneze (Landsberger): zv. IR + zv. tonu sympatiku ® termogeneze (hnědá tuková tkáň) tvorba tepla brání ukládání nadbytku energie ve formě tukové tkáně překročení kapacity termogeneze ® obezita + zv. IR ‹#› 28 leptin Leptin a metabolismus: zkratka: PBS = phosphate buffered saline [´fosfeit ´bafәd seili:n/seilain] fyziologický roztok tlumený fosfátem Grafy: normální myš + s knockoutovaným genem, ve druhém případě vždy srovnání PBS + podaný leptin ‹#› 29 Leptin (ovlivnění jeho koncentrace) zv. glukokortikoidy insulin TNF-α, IL-1 sn. katecholaminy T3 / T4 cAMP androgeny ‹#› 30 Leptin: • potlačení chuti k jídlu • ovlivnění výdeje energie • cirkulující receptor (leptin vázající bílkovina Mr = 90.000) • obezita: zv. leptinu • potlačuje neuropeptid Y (NPY stimuluje chuť k jídlu, inhibuje růstový hormon - stimulací somatostatinu, snižuje účinek gonadotropinů, stimuluje osu hypofýza-nadledvina). • leptin + orexiny mohou být mozkovými mediátory, které vyvolají hypertenzi a energetickou nerovnováhu = obezitu (orexiny = peptidy, regulující příjem potravy v hypothalamu, ale také regulaci kardiovaskulární a sympatiku) • 6 typů receptorů ‹#› 31 • koncentrace P-leptinu je exponenciálně úměrná tukové tkáni (za předpokladu pravidelného stravovacího cyklu) stimulátory: přejídání, insulin a glukokortikoidy inhibitory: hladovění, cAMP • cirkadiánní rytmus: maximum v noci ~ 02:00 h (o 30 – 100 % vyšší) • vztah k tukové tkáni: např. BMI • u žen vyšší hodnoty leptinu v séru než u mužů, (a současně nižší hodnoty leptinového rozpustného receptoru u žen ® vyšší volná frakce ® zv. „účinnost“ leptinu u žen??) • vzestup hodnot s věkem spojen s poklesem rozpustného leptinového receptoru ® vyšší volná frakce Leptin a tuková tkáň (1): ‹#› 32 • Hyperleptinémie - rys lidské obezity • Diabetes neovlivňuje leptin ani u štíhlých, ani u obézních !! • Tělesná hmotnost: 1/ ustálený stav: leptin odráží hmotnost celkového tělesného tuku 2/ zisk a úbytek hmotnosti: leptin je ukazatelem energetické nerovnováhy: Masívní přejídání 12 h ® zv. o ~ 50 % z bazální hodnoty 24 h hladovění ® sn. na ~ 30 % počátečních bazálních hodnot • Podání běžného jídla neovlivňuje koncentraci leptinu. Leptin a tuková tkáň (2): ‹#› 33 Leptin vázající bílkoviny • u štíhlých cirkuluje většina leptinu ve vázané formě u obézních: ve volné formě • hyperleptinémie obézních je patrná z porovnání celkového leptinu. • koncentrace volného leptinu klesá během krátkého hladovění, rychleji u štíhlých. • při nedostatku potravy a u štíhlých s malými zásobami energie ® cirkulující leptin převážně ve vázané formě ® omezení dostupnosti leptinu pro hypothalamické receptory ® nedojde k inhibičnímu vlivu hypothalamu na příjem potravy neb metabolický zisk energie. ‹#› 34 Leptin v CSF: • na rozdíl od plasmy je jen nepatrně zvýšen u obézních • poměr CSF-leptin / P-leptin se logaritmicky snižuje s narůstajícím BMI zkratka: CSF = cerebrospinal fluid [,seribrә´spainl], mozkomíšní mok ‹#› 35 Tvorba leptinu : • tvorba leptinu je primárně regulována změnami vyvolanými inzulínem v metabolismu adipocytů • příjem tuku a Fru nezvyšuje sekreci insulinu ® tato forma úhrady energie zv. příjem energie a zv. přírůstek hmotnosti (viz dále: parenterální výživa) • nedostatečná produkce leptinu ® neplodnost ‹#› 36 Leptinový receptor: ‹#› 37 pro-opio.melano.kortin (285 AA) ACTH (39 AA) ß-lipotropin (91 AA) endorfiny (31 – 16 AA) enkefaliny (5 AA) b-MSH (18 AA) a-MSH (13 AA) ....... POMC - štěpení je podporováno leptinem : prohormon konvertasa vazba na receptor MCR4 ® anorektický účinek ‹#› 38 linker linker NPY / AgRP orexigenní POMC / CART anorektické ‹#› 39 ADIPONEKTIN ‹#› 40 Adiponektin: (1996) Mr = 30.000 původ: adipocyty struktura: N-terminální doména ~ kolagen C-terminální globulární doména ~ C1q složku komplementu (homo)trimery i vyšší oligomerní struktury – spojení kolagenu podobnými částmi ‹#› 41 800px-Adiponectin_domains Adiponektin ‹#› 42 Adiponektin • P-adiponektin kolem 1 mmol / l , slučuje se do homotrimerů, sekrece stimulována insulinem • účinek: inj. ® sn. Glc, nezávislé na insulinu ® zv. citlivosti vůči insulinu ‹#› 43 adiponektin ostatní adipokiny viscerální tuková tkáň viscerální tuková tkáň Odlišnost adiponektinu : adiponektin – nepřímá úměrnost !! inverse [´invә:s] / direct [di´rekt] proportionality [prә,po:šә´naeliti] ‹#› 44 • negativní korelace mezi obezitou a adiponektinem • sn. adiponektin ® IR + hyperinsulinémie (DM2 má sn. adiponektin) • thiazol.idin.di.ony ® antidiabetika (zv. adiponektin u IR pacientů) = PPARg agonisté (jaderný receptor pro hormony) ® stimulace exprese genu pro adiponektin ‹#› 45 • malé adipocyty: vylučují „insulin zcitlivující hormon“, adiponektin, leptin, ... • velké adipocyty: sn. „insulin zcitlivující hormon“, zv. „insulin resistentní hormon“® IR + obezita → pokusně: podpora vzniku nové tukové tkáně, tj. malých adipocytů, které sn. IR ‹#› 46 ADI-stenosis • antiatherogenní a protizánětlivý účinek (sn. ztluštění „neointimy“ u cévních poškození a sn. adhezi molekul) • adiponektin ® sn. TNFa (v monocytu/makrofágu a pěnovitých bb.) • (adiponektin ® sn. u postižení koronárních arterií, dále: u DM2, u mužů, u hypertenze a obezity) „Ochrana“ cév adiponektinem: ‹#› 47 • účinek: sn. syntézy lipidů a Glc v játrech ® sn. glykémie, sn. FA. adiponektin zlepšuje katabolismus FA • naopak: TNFa sn. produkci adiponektinu (thiazolidindiony ruší tento inhibiční vliv) ! • budoucnost: prevence vaskulárního poškození a časných příhod u arteriosklerotických procesů ‹#› 48 • negativní korelace k BMI, % tělesného tuku, koncentraci insulinu na lačno, P-triacylglycerolům • pozitívní korelace k HDL cholesterolu • zv. P-adiponektin → zv. insulinová senzitivita zv. Glc tolerance P-adiponektin : ‹#› 49 PPAR = peroxisome proliferator activated receptor γ (receptor aktivovaný peroxisomovým proliferatorem) RXR = retinoid X receptor koaktivátory } heterodimer (spojení koaktivátory) PPAR jako transkripční faktor : PPAR může tvořit dimer i s jiným typem receptoru (pro: vit.D, T3, retinoidy nebo steroidy). Ve schématu jsou oba receptory se svými ligandy, tj. PPAR+thiazol.idin.dion (=TZD) a RXR+kys. retinová. Takto se uplatňují thi.azol.idin.di.ony. ‹#› 50 ADI-Nature-med ‹#› 51 Adiponektin - „hormon hladovění“ : ● vysoká hladina adiponektinu → tělo skladuje přebytek tuků v adipocytech, zásoby tuků leží především v podkožní tkáni ● nízká hladina adiponektinu (tělo skladuje velké množství tuku) → organismus začíná uskladňovat tuk na nebezpečných místech (srdce, játra, sval), kde tuk může vyvolat zánět ‹#› 52 Adiponektin + ceramidy (2010) : ● obecně: ceramidy zvyšují apoptózu → podporují diabetes zničením β-bb. pankreatu …. ● adiponektin dodaný do bb. vyvolá přeměnu ceramidů z destruktivní síly na látku, která pomáhá buňce přežít a tlumí buněčný zánik ‹#› 53 Sfingosin : (trans) ‹#› 54 Ceramid : „-amid“ R-COOH → 24 : 0 lignocerová → α-hydroxylignocerová = cerebronová 24 : 1 (15) nervonová → α-hydroxynervonová ‹#› 55 Deriváty ceramidu (1) : X Gal Glc cerebrosidy (glykosidy) ‹#› 56 Deriváty ceramidu (2) : sfingomyelin X = P + cholin ‹#› 57 RESISTIN (2001) , Mr = 12.500 ‹#› 58 Resistinpicture02 Účinek resistinu: ‹#› 59 • 92 AA, ale P-resistin je dimer (1 disulfidový můstek) • účinek: inj. ® sn. Glc tolerance, sn. účinku insulinu (protilátky vůči resistinu zv. účinek insulinu) • thiazolidindiony sn. tvorbu resistinu v adipocytech ® terapie DM2 • fyziologická role resistinu u člověka není známa u obezity a IR je poněkud rozporná: P-resistin není signifikantním prediktorem IR u člověka • resistin je tvořen v preadipocytech, ale je sotva prokazatelný ve zralých adipocytech, je vytvářen v monocytech (zánět) ‹#› 60 macrophage [maekrәfeidž] ‹#› 61 VISFATIN visceral fat insulin-like ? ‹#› 62 ● tvořen viscerální tukovou tkání ● koncentrace visfatinu je úměrná množství viscerálního tuku ● zasahuje do Glc homeostázy - antidiabetický účinek, (váže se na insulinové receptory, ovlivňuje funkci β-buněk pankreatu) VISFATIN (2005): ‹#› 63 CHEMERIN ‹#› 64 Chemerin (1) : ● název: dle „chiméra“ = přelud, klamná představa (v řecké mytologii obluda s částmi těla lva, hada, draka a kozy), „má více hlav“ tj. může se současně zapojit do většího počtu metabolických pochodů v organismu a to i zcela protichůdných (!) ● původně chemerin znám jako prozánětlivá molekula, ale jeho fragment „chemerin-15“ má účinky protizánětlivé ● příbuzný cystatinu C (tj. inhibitorům cysteinových proteas) a kininogenům ● bílá tuková tkáň místem vzniku i cíl pro působení chemerinu ● duální role: adipokin + chemokin ‹#› 65 ● prochemerin 163 AA → chemerin 157 AA (odštěpeno 6 AA karboxylového konce) ● prochemerin je přítomen ve všech tkáních ● aktivace prochemerinu na chemerin probíhá na místech tkáňového poškození, infekce, alergických reakcí, krvácení ● přeměna (aktivace) extracelulárními serinovými proteasami (kaskády hemokoagulace, fibrinolýzy a zánětu) ● vrozený mediátor imunity ● aktivní chemerin v místech své přítomnosti shromažďuje (chemotaxí) buňky s chemerinovým receptorem, např. tkáňové makrofágy Chemerin (2) : ‹#› 66 ● nezávislý marker metabolického syndromu ● schopen indukovat insulinovou rezistenci v kosterním svalu ● stimuluje insulinem zprostředkovaný příjem Glc do adipocytu (je tedy adipokinem, regulujícím funkci adipocytu) ● receptor pro chemerin je spojen s G-proteinem ● uvolňuje intracelulární kalcium ● neovlivňuje tělesnou hmotnost a koncentraci většiny lipidů Chemerin (3) : ‹#› 67 ‹#› 68 Bílá tuková tkáň : • produkuje angiotensinogen → RAAS → zv. [Na+] → zv. vodu → hypertenze (obesita může být doprovázena hypertenzí) • nemá schopnost syntezovat pohlavní steroidy a glukokortikoidy de novo, avšak je schopna zajistit enzymové změny steroidů především z inaktivních na aktivní formy (a také androgenů na estrogeny) angiotensin] [,aendžiә´tensin angiotensinogen [,aendžiә´tensinәdžen] ‹#› 69 ‹#› 70 Pracovní část : adipokiny, nezařazeno 2012, vp+ ‹#› 71 Copyright ©2004 The Endocrine Society Goldstein, B. J. et al. J Clin Endocrinol Metab 2004;89:2563-2568 FIG. 1. Multiple potential signaling pathways for adiponectin in endothelial cells ‹#› 72 [USEMAP] ‹#› 73 zh40050538711002 ‹#› 74 ‹#› 75 ‹#› 76 ‹#› 77 deleterious [,deli´tiәriәs] = škodlivý, zhoubný ‹#› 78