Řízení metabolismu vápníku. Endokrinní pankreas Metabolismus vápníku • V lidském těle cca 1000 – 1100 g vápníku • Většina - tvrdé tkáně (98 – 99 %) • Zbytek zejména extracelulárně • Velmi malé množství vápníku intracelulárně • 55 % endoplasmatické retikulum, dále mitochondrie • Cytoplasmatická koncentrace (10-7 mol.L-1) X krevní plasma (10-3 mol.L-1) • Nutnost striktní regulace – signální role vápenatých iontů • Svalová kontrakce, přenos nervového vzruchu, sekreční mechanismy, buněčný cyklus a proliferace, buněčná smrt, hemokoagulace, atd. • Ligandem řízené nebo napěťově řízené kanály (typ T – transient/typ L – long lasting), případně kanály aktivované mechanickým natažením • Ca2+/H+ ATPáza • Antiport řízený Na+ gradientem • + další Příjem vápníku • Denní příjem cca 1.0 g denně • Zvyšuje se během těhotenství, laktace, růstu, atd. (až na 1.5 g) • Za fyziologických okolností se vstřebává cca 25 – 40 % přijatého vápníku (duodenum – 15 %, jejunum – 20 %, ileum – 65 %) • Paracelulární/transcelulární transport • Paracelulární transport – klaudin 2 a klaudin 12 • Role 1,25-dihydroxycholecalciferolu! • Snížená hladina plasmatického Ca2+ zvyšuje tvorbu 1,25-dihydroxycholecalciferolu a naopak • TRPV6/kalbindin, PMCA1 (1:1 Ca2+/ATP), Na+-Ca2+ exchanger (NCX1) • Inhibován oxaláty a fosfáty (tvorba nerozpustných solí) Kopic S, Geibel JP: GASTRIC ACID, CALCIUM ABSORPTION, AND THEIR IMPACT ON BONE HEALTH. Physiol Rev 2013, 93(1):189-268. TRPV6 • Iontový TRP (transient receptor potential) kanál • Glykosylovaný transmembránový protein, Mr cca 70 000 • 6 transmembránových domén, N- a C- konce v intracelulárně v cytoplasmě • Vazebná místa pro kalmodulin = Ca2+-dependentní inaktivace • Ankyrinové repetice –regulace funkce? • Výrazná exprese v tenkém střevě indukovaná 1,25-dihydroxycholecalciferolem • Dále placenta, exokrinní pankreas, prsní žláza, slinné žlázy • placentární transport vápenatých iontů matka-plod • diferenciace keratinocytů? • Zvýšená exprese u některých typů nádorových onemocnění - zvýšená buněčná proliferace a rezistence k apoptickým signálům (prostata, prsní žláza) • Pozn. TRPV5 – ledviny, reabsorbce Ca2+ Kalbindin • skupina proteinů s vysokou afinitou k vápenatým iontům • Původně jako na vitamínu D závislé vápník vázající proteiny • Vysoká afinita k vápenatým iontům v cytoplasmě • Kalbindin-D9K (S100G) • Rodina savčích S100 proteinů (nízkomolekulární proteiny s dvěma vazebnými místy pro vápenaté ionty, řada extra a intracelulárních funkcí) • Savčí enterocyty • Transport vápenatých iontů z apikální oblasti enterocytu k bazolaterální membráně • Stimulace PMCA1? • Pozn. • Kalbindin-D28K – neuronální/endokrinní tkáň (cerebellum) • nezávisle na 1,25-dihydroxycholecalciferolu! • Kalretinin – nervová tkáň Vápník v séru • 2.5 mmol.L-1 , resp. 2.2 – 2.6 mmol.L-1 (100 mg.L-1) • Horní mez 4 – 5 mmol.L-1 • Dolní mez 1 mmol.L-1 • Cca 60 % v difuzibilní formě: • Filtrována ledvinami • 50 % ionizované – volné (Ca2+) (1.1 – 1.3 mmol.L-1) • 10 % v nízkomolekulárních komplexech (citráty, fosfáty, hydrogenuhličitany) • Cca 40 % v nedifuzibilní formě: • Proteinově vázané vápenaté ionty • Albumin 90 %, globuliny 10 % • Neprochází glomeruly • Biologicky neaktivní, ALE snadno se uvolní při hypokalcemii • Hypoalbuminemie – klesá frakce vázaná na albumin (pokles o 10 g.L-1 nevede ke změněně koncentrace ionizovaného vápníku) • Hyperproteinémie (maligní myelom) – vzestup celkové kalcemie (bez změny koncentrace volného ionizovaného vápníku) • pH: • Alkalóza – klesá množství ionizovaného vápníku • Acidóza – stoupá množství ionizovaného vápníku • Kompetice H+ a Ca2+ o vazebná místa albuminu Fosfor • Cca 500 – 800 g, z toho 85 – 90 % ve skeletu, zbytek ECT a měkké tkáně • Organické sloučeniny (2/3) + anorganický fosfor (fosforečnany, 1/3) • Nukleové kyseliny, ATP, cAMP,2,3-difosfoglycerol, PROTEINY (kinázy, fosfatázy)… • Potravou cca 800 – 1400 mg fosforu • pasivní transport v duodenu a tenkém střevě (60 – 80 %) • aktivní transport regulovaný 1,25dihydroxycholekalciferolem (kalcitriolem) – NaPi-IIb • Cca 3 mg/kg/den vstupuje do kostí, ale přibližně stejné množství je uvolněno kostní resorpcí • Anorganický fosfor filtrován v glomerulech • 85 – 90 % zpětně resorbováno (proximální tubuly, Na+ dependentní P kotransportéry NaPi-IIa (hlavní, SLC34A1, hyperfosfaturie, nefrolitiáza) /IIc (SLC34A3, hyperkalciurie), adaptační mechanismy na hladinu fosforu v dietě up-/down regulace, inhibice PTH) Fosfor • Referenční meze: • Sérum 0.7 – 1.5 mmol.L-1 • Moč 15 – 90 mmol.L-1 • Hypofosfatemie – < 0,97 mmol.L-1 u dospělých, < 0,6 mmol.L-1 u starších dětí a < 1.2 mmol.L-1 u kojenců, nejčastěji v důsledku alkalózy, chronického používání antacid, malabsorpce, hyperkalcémie, alkoholismus • Hyperfosfatémie – renální selhání, hojení rozsáhlých fraktur, hypervitaminóza D, hyperparathyreóza, akromegalie a další • Pozn. FGF23 (Fibroblast growth factor 23) – regulace fosfatemie • Uvolňován osteocyty (odpověď na zvýšenou hladinu kalcitriolu) • V ledvinách snižuje expresi genu pro Na+ dependentní P kotransportéry = zvýšení exkrece fosfátu • Mutace v genu FGF23 - autozomálně dominantní hypofosfatemická křivice • Další funkce • snížení syntézy 1a-hydroxylázy, a tím hladiny 1,25-dihydroxycholekalciferolu v séru • Zvýšení exprese 24-hydroxylázy – snížení hladiny 1,25-dihydroxycholekalciferolu v séru • Inhibice PTH – regulace homeostázy vápníku a fosforu Fyziologie kostí • Kompaktní (kortikální) kost – zevní vrstva většiny kostí, cca 80 % • Nízký poměr povrchu k objemu, osteocyty v klidovém stavu • Živiny dodávány Haversovými kanálky • Kolem každého kanálku koncentrické vrstvy kolagenu – osteony (Haversovy systémy) • Kolagenní matrix impregnována kostními minerálními krystaly • 20 x 3-7 nm, většinou hydroxyapatity • Trabekulární (houbovitá) kost – uvnitř kostí kortikálních, cca 20 % • Vysoký poměr povrchu k objemu • Vysoká metabolická aktivita • Živiny difundují z ECT to trabekul Kostní tkáň • 1/3 bílkovinná matrix a 2/3 minerální složka (kostní minerál) • Kostní minerál – malé krystalky hydroxyapatitu Ca10(PO4)6(OH)2 spolu s příměsi – uhličitan vápenatý, fluorid vápenatý, fosforečnan vápenatý • Matrix – cca 90 % kolagen typu I a minoritně další proteiny (osteokalcin, osteonektin, osteopontin, a řada dalších) • Metabolická aktivita zajištěna kostními buňkami • Osteoblasty (tvorba matrix) • Osteoklasty (resorpce) • Osteocyty (regulace kostní resorpce) • Stálá přestavba – remodelace • Osteoklastická resorpce versus osteoblastická kostní tvorba • Úzké spojení s metabolismem vápníku a fosforu Kolagen typu I – nejvýznamnější protein kostní matrix • Kolagen • skupina extracelulárních, ve vodě nerozpustných proteinů • Pojivové tkáně • Cca 28 typů kolagenu • Kolagen typu I • Tři polypeptidy – dva identické a1 (COL1A1) a odlišný a2 (COL1A2) • Proformy extracelulárně enzymaticky upraveny do finální podoby • Polypeptidy se vzájemně ovíjí a mají společnou osu, celková délka 1 – 20 mm • Mutace COL1A1 (často změna jediné AMK): • Ehlersův-Danlosův syndrom – hypermobilita kloubů, hyperelasticita kůže a mnoho dalších • Osteogenesis imperfecta různých typů • Polymorfismus v COL1A1 genu – zvýšené riziko osteoporózy. Osteoblasty • Původ v mezenchymálních kmenových buňkách • Periost/kostní dřeň • Progenitorové buňky – regulační transkripční faktor Cbfa1/Runx2 • Další transkripční faktor osterix – diferenciace osteoblastů • Vliv růstových faktorů • Jednotlivé osteoblasty spojeny: • Tight junctions - kompartmentace ECT • Gap junctions –spojení jednotlivých osteoblastů do jednoho funkčního celku • Produkce kolagenu typu I, řady proteinů kostní matrix (osteokalcin, osteonektin, osteopontin) • + alkalická fosfatáza • Mineralizace kostní matrix • Tvorba osteoprotegerinu = bazický glykoprotein, 401 AMK, vazba s RANKL a inhibice diferenciace osteoklastů Osteocyty • Zralá kost, typický hvězdicovitý tvar • Velmi dlouhá životnost (poločas až 25 let) • Lakuny kostní tkáně • Vzájemná komunikace • Metabolicky málo aktivní • Možná diferenciace do osteoblastů • Role v remodelaci a reparaci kostní tkáně (produkce nervového růstového faktoru NGF) • Kontrola funkce osteoblastů a osteoblastů? (apoptóza = RANKL = zvýšená tvorba osteoklastů) • Role v mineralizaci kostní tkáně • PHEX, DMP-1, MEPE, FGF-23 • Sklerostin – SOST, snížení tvorby kostní tkáně • PTH inhibuje tvorbu sklerostinu • Inhibice rovněž mechanickou zátěží, prostaglandin E2, onkostatin M, kardiotropin-1, LIF (leukemia inhibitory factor) Osteoklasty • Mnohojaderné buňky erodující již dříve vytvořenou kost • Interakce s kostí prostřednictvím integrinů ve výběžcích membrán (kontaktní zóna) • Protonové pumpy (H+ dependentní ATPázy) následně okyselují takto izolovanou oblast (pH 4) • Rozpouštění hydroxyapatitu vlivem nízkého pH • Kyselé proteázy destruují kolagen (katepsin K) • Vznik resorpčních lagun • Produkty kostní resorpce se následně endocytují a procházejí přes osteoklasty transcytózou a uvolňují se do intersticiální tekutiny • Pozn. • MMP-9 – kostní mikroprostředí, exprimována v osteoklastech, nezbytná pro migraci osteoklastů • MMP-13 – role v diferenciaci osteoklastů • Protein RANKL (Receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand) – TNF superrodina, kontrola proliferace a diferenciace osteoklastů • RANK (Receptor Activator of Nuclear Factor k B ) – skupina TNF receptorů, regulace diferenciace a aktivace osteoklastů • Osteoprotegerin – viz výše BMP proteiny (kostní morfogenetické proteiny) • Celá skupina proteinů (cca 20), u kterých byla identifikována stimulační role na růst kostní tkáně • Nyní zkoumány v souvislosti s jejich regulační úlohou v tvorbě řady tkání (narušená BMP signalizace u řady patologických procesů, zejména nádorových onemocnění) • V metabolismu kostí (chrupavky): • BMP1 – BMP1 gen, několik izoforem, indukuje růst chrupavek. Identický s prokolagen C proteázou (PCP). Patří do skupiny metaloproteáz. • BMP2 – superrodina TGF-b (transforming growth factor-beta), růst kostí, ale také diferenciace kardiomyocytů a transformace epiteliálních buněk na mesenchymatické. Zvýšení produkce extracelulární chrupavčité matrix • BMP3 – negativně ovlivňuje hustotu kostní tkáně (antagonista k ostatním BMPs) • BMP4 – vznik osteoblastů z multipotentních kmenových buněk, jinak významná role v diferenciačních procesech časného embryonálního vývoje. In vitro osteogeneze a chondrogeneze • BMP5 – trabekulární kost a její výstavba • BMP6 – indukce osteogenních prekurzorů, regulace absorpce železa u savců (hepcidin) • BMP7 – homeostáza kostní tkáně, vývoj ledvin. In vitro inhibice proliferace mezenchymálních kmenových buněk a stimulace produkce chrupavčité tkáně • BMP8a – homeostáza kostní tkáně Matrixové Gla proteiny • Pozn. Co jsou proteiny s Gla doménou? • Proteiny „bohaté“ na glutamátové zbytky, které jsou posttranslačně modifikovány vitamín K dependentní karboxylací na g-karboxyglutamát • Pro připomenutí – které proteiny patří do této kategorie? • Koagulační faktory VII, IX, X, XIV + protrombin • Vitamín K dependentní protein S • Vitamín K dependentní protein Z • Transtyretin • Osteokalcin • Matrixový Gla protein • Gas-6 protein (growth arrest-specific protein 6) • a některé další • Gla proteiny zapojené do hemokoagulace syntetizovány hepatocyty Osteokalcin • = BGLAP (bone gamma-carboxyglutamic acid-containing protein) • 49 AMK, MR = 5800 • Produkován výhradně osteoblasty – kostní tkáň/dentin • Produkce stimulována 1,25-dihydroxycholekalciferolem, závislá rovněž na vitamínu K • Uvolňován kostní resorpcí • Regulace velikosti a tvaru hydroxyapatitu • Prostřednictvím a helikální Gla domény asociace s kostní mineralizovanou matrix • Kódován BGLAP genem • Receptor – GPRC6A (G protein-coupled receptor family C group 6 member A) • Ligandy – některé aminokyseliny (nejsilnější agonista L-ornitin; alifatické, neutrální, zásadité AMK), vápník (Ca2+), osteokalcin, některé steroidy = duální sensitivita (extracelulární kationty + aminokyseliny) • Blízce příbuzný CASR (calcium-sensing receptor; G protein), pro aktivaci však nutné daleko vyšší koncentrace vápenatých iontů • Osteokalcin pravděpodobně modifikuje, resp. zvyšuje odpověď receptoru na vápenaté ionty • Exprimován v řadě tkání – plíce, játra, slezina, srdce, ledviny, kosterní svalstvo, testes, mozek, kostní tkáň • „sensing mechanism“ pro extracelulární vápenaté ionty v osteoblastech • V případě L-ornitinu ovlivňují pozitivně odpověď hořečnaté ionty • Pozn. aplikace iontů stroncia pro jejich anabolický účinek na kostní tkáň zprostředkován CASR Osteokalcin • Význam: • Stimulace kostního růstu • Stimulace sekrece inzulínu • Stimulace sekrece adiponektinu tukovou tkání, resp. adipocyty • Význam v regulaci plodnosti mužů – pravděpodobně zvyšuje syntézu testosteronu • Marker metabolismu (formace) kostní tkáně: • Cca 20 % nově syntetizovaného osteokalcinu cirkulující • 9-42 ng/mL-1 • Zvýšená hladina - osteoporóza, osteomalacie, Pagetova choroba, rachitis, hyperparathyreoidismus, renální osteodystrofie, tyreotoxikóza, kostní metastázy, akromegalie, ale také fraktury • Snížená hladina – hypoparathyreoidismus, hypotyreoidismus • Marker terapie bisfosfonáty, případně hormonální substituční terapií • ? Marker statusu vitamínu K Matrixový Gla protein • Mr = 9600, vysoký podíl hydrofilních AMK • ALE velmi omezená rozpustnost ve vodě • V řadě tkání – hladiny mRNA nejvyšší v ledvinách, plicích, játrech, slezině, srdci, cévní stěně • Regulátor a inhibitor kalcifikace cévní stěny • Uvolňování do krevního oběhu (cirkulující frakce) • Významná součinnost s vitamínem K • Poměrně výrazná frakce mRNA i v kostní a chrupavčité tkáni • Zde produkce zvýšena v závislosti na vitamínu D • Interakce s jinými proteinovými molekulami kostní a chrupavčité tkáně (kolagen, proteoglykany, glykosaminoglykany) • Vysoká afinita k vápenatým iontům • Pozn. Keutelův syndrom • Difuzní kalcifikace chrupavčité tkáně a další abnormality (brachytelefalangie) • Kalcifikace srdečních chlopní • Mutace MPG genu • Pozn. Nekarboxylovaný MGP – marker kalcifikace cévní stěny • Pozn. Protein S? • Kofaktor pro aktivovaný protein C • Deficience spojena s osteopenií? • Osteoblasty, podíl na mineralizaci kostní tkáně Osteonektin (SPARC, BM-40) • Mr = cca 40 000, kyselý, na cysteiny bohatý glykoprotein • 3 domény: • Vysoce kyselá doména • Poměrně nízká afinita k vápenatým iontům • Interakce s hydroxyapatitem • Mineralizace kostní a chrupavčité tkáně • Doména bohatá na cysteinové zbytky • Extracelulární vápník vázající doména • Vazba s kolagenem regulovaná vápenatými ionty • SPARC gen • Exprimován u řady buněk • Chondrocyty, fibroblasty, trombocyty, endoteliální buňky, epiteliální buňky, Leydigovy buňky, Sertoliho buňky, atd. • Overexprimován u některých nádorů (angiogeneze, buněčná proliferace, migrace) • Glykoprotein s afinitou k vápenatým iontům a kolagenu • Extracelulární matrix • Tvořen osteoblasty během formace kostní tkáně • Iniciace mineralizace a tvorby kostních minerálních krystalů • Interakce s matrix (zvyšuje tvorbu matrixových metaloproteáz a moduluje jejich aktivitu) Osteopontin • = kostní sialoprotein I (BSP, BNSP), ETA-1, SPP1, Ric • Skupina SIBLING proteinů (small integrin-binding ligand, N-linked glycoprotein) • Identifikován 1986 v osteoblastech • Extracellulární strukturní protein • CCA 300 AMK (lidský 314 AMK), 30 cukerných zbytků, z toho 10 kys. sialové • Kyselý protein (cca 30 – 36 % kys. glutamová nebo asparagová) • SPP1 gen • Silná vazba na dostupné vápenaté ionty • Inhibitor mineralizace • Regulace velikosti kostních krystalů • Remodelace kostní tkáně –„uchycení“ osteoklastů na kostní minerální matrix • Nalezen v moči – inhibice tvorby krystalů a ledvinových kamenů? • Další funkce: • Regulace buněčné adheze a migrace • Chemotaktické vlastnosti • Modulace imunitních odpovědí • Pravděpodobný význam v myokardiální dysfunkci (apoptóza myocytů) • Role v patologických procesech (kalcifikace, zánětlivé procesy, nádorová onemocnění, alergické reakce/astma) SIBLING proteiny • Osteopontin • Kostní sialoprotein (BSP) • DMP1 (dentin matrix acidic phosphoprotein 1) • Protein extracelulární matrix • Kostní tkáň/dentin • U nediferencovaných osteoblastů jaderný protein = regulace exprese osteoblast-specifických genů • Během maturace osteoblastů je fosforylován a transportován do extracelulární matrix • Zde moduluje mineralizaci kostní tkáně • DSPP (dentin sialophosphoprotein) • Pouze odontoblasty! • Štěpen na tři funkční proteiny: • Dentinový fosfoprotein (C-terminální konec) regulace mineralizace dentinu • Dentinový sialoprotein (N-terminální konec) • Dentinový glykoprotein (střední část molekuly) • Pozn. dentinogenesis imperfecta iii. typu – mutace v části dentinového sialoproteinu SIBLING proteiny • Matrixový extracelulární fosfoglykoprotein (MEPE) • Pozn. Zubní sklovina • Vysoce organizované krystaly hydroxyapatitu (až 85 %) • Ameloblasty a jejich interakce s peptidy/proteiny • Enamelin – ENAM, mutace – amelogenesis imperfecta • Amelogenin - skupina proteinů extracelulární matrix • Ameloblastin – kontrola mineralizace • Tuftelin – kyselý fosforylovaný glykoprotein • Pozn. Dentin • Reelin – protein extracelulární matrix produkován odontoblasty • Možný přenos signálů bolesti Růst kosti. Tvorba a resorpce kosti. • Růst kosti • Osifikace membrán (intramembranozní) versus chrupavky (enchondrální) • Epifýzy, epifyzární štěrbiny • Uzávěr epifyzárních štěrbin • Stálé odbourávání a tvorba nové kosti • Obměna až 100 % vápníku u kojenců • U dospělých cca 18 % • Osteoklasty – osteoblasty • Stálá remodelace cca 5 % kostní tkáně, ovlivnění řadou faktorů • Inkorporace jiných minerálů do kostní tkáně • Zejména prvky chemicky podobné vápníku • Olovo • Rychlé kostní vychytávání – detoxifikační mechanismus? • Vychytávání fluoridů – tvorba nové kostní hmoty, zabudovávání do zubní skloviny (rezistence k zubnímu kazu) • Velké dávky způsobují diskoloraci zubní skloviny Faktory ovlivňující remodelaci kostní tkáně • Genetické faktory • 60 – 80 % množství kostní tkáně determinováno geneticky • Rozdíly mezi rasami (nejvíce Černoši, nejméně Asiati) • Mechanické faktory • Remodelace kostní struktury vzhledem k mechanickým požadavkům • Fyzická aktivita nezbytná pro správný vývoj kostí • Cévní/nervové faktory • Vaskularizace nezbytná pro správný vývoj kosti, zejména pro ossifikaci • Inervace – neuropeptidy a jejich receptory • Výživové faktory • Příjem vápníku • Návyky – káva, kouření, alkohol, nadbytek soli – rizikové faktory osteopenie • Funkce endokrinního systému • Kromě výše uvedených také: • Androgeny – anabolický efekt, stimulace osteoblastů, změna kostní density • Estrogeny – estrogenní receptory nalezeny v osteoblastech, osteocytech, i osteoklastech, duální efekt – stimulace osteoblastů, zvýšení hladiny osteoprotegerinu, redukce resorpce • Progesteron – anabolický efekt na kostní tkáň, osteoblasty – receptory - přímý/nepřímý účinek (kompetice s glukokortikoidy) • Inzulin – stimulace tvorby matrix • Glukokortikoidy – diferenciace během vývoje, ale postnatálně inhibují tvorbu kostní tkáně, inhibice IGF-1/BMP-2, které jsou významné pro osteoblastogenezi • Růstový hormon – přímý účinek (stimulace osteoblastů, ), nepřímý účinek přes zvýšení syntézy IGF-1/2 osteoblasty = stimulace proliferace a diferenciace Lokální remodelace kostní tkáně • Zejména růstové faktory a cytokiny • Růstové faktory: • Polypeptidy produkovány kostní tkání nebo extraoseálně • Modulace růstu, proliferace, diferenciace • IGF-1/2 • Játra/osteoblasty • Ve vysoké koncentraci v kostní matrix • Stimulace syntézy kolagenu • Regulace interakce mezi osteoblasty a osteoklasty • TGF-b (Transforming growth factor - b) • Inhibice resorpce inhibicí diferenciace osteoklastů a indukcí jejich apoptózy • Stimulace tvorby kostní tkáně, indukce diferenciace a proliferace osteoblastů • Inhibice syntézy matrixové proteázy (MMP) • BMP • PDGF (Platelet - derived growth factor) • Stimulace proteosyntézy • Proliferace fibroblastů, neovaskularizace, syntéza kolagenu • FGF (Fibroblastic growth factor) – mitogenní účinek na osteoblasty, mutace v receptorech – např. Apertův syndrom (předčasný uzávěr švů, syndaktylie, prodloužení lebky - turicefalie) • EGF (Epidermal growth factor) • VEGF (Vascular endothelial growth factor) – stimulace angiogeneze a proliferace endotelu, význam zejména v prvních fázích regenerace (fraktury) • GM-CSF (Granulocyte / macrophage - colony stimulating factor) – osteoklastogeneze, osteopetróza • M-CSF (Macrophage - colony stimulating factor) – první fáze osteoklastogeneze, bez přímého účinku na osteoklasty • TNF (Tumor necrosis factor) – stimulace kostní resorpce Lokální remodelace kostní tkáně • Cytokiny – buňky imunitního systému, celá řada úloh (imunitní odpověď, zánět, hematopoéza, autokrinní/parakrinní efekt, pleiotropní efekt) • Interleukin 1 • Přímá stimulace osteoklastické resorpce • Stimulace proliferace a diferenciace preosteoblastů • Inhibice apoptózy osteoklastů • Interleukin 6 • Stimulace resorpce kosti • Role v Pagetově chorobě • Iniciální fáze osteoklastogeneze • Interleukin 11 • Kostní dřeň, stimulace osteoklastogeneze • Prostaglandiny • Zejména PGE2 • Stimulace resorpce kostní tkáně • Experimentálně – inhibice COX2 = inhibice tvorby kostní tkáně v závislosti na mechanickém stresu • Leukotrieny Kostní nemoci • Osteogenesis imperfecta • Osteopetróza • Defektní osteoklasty • Nefunkční resorpce kostí • Poměrně rozsáhlý molekulárně biologický podklad • Rachitis/osteomalacie – nedostatečná akrece vápníku na jednotku kostní matrix • Osteoporóza – ztráta kostní matrix i minerální složky – estrogeny! Markery metabolismu kostní tkáně • Markery tvorby kostní tkáně • Alkalická fosfatáza • „přichycena“ na vnějším povrchu osteoblastů pomocí glykofosfatidylinositolu (ektoenzym) • ALP je nespecifická • Funkce - zvýšení lokální koncentrace anorganického fosfátu (= promoter mineralizace) a současně snížení lokální koncentrace pyrofosfátu (inhibitor formace kostního minerálu) • Význam v kardiovaskulární kalcifikaci • Osteokalcin • N- a C- terminální prokolagenní propeptidy • Zvýšeny při Pagetově chorobě a zvýšené hladině růstového hormonu • Markery kostní resorpce • Proteiny obsahující hydroxyprolin • Pyridinolin, deoxypyrindolin • Stabilizace řetězců kolagenu v extracelulární matrix • Galaktosylhydroxylysin • Kyselá fosfatáza • = tartarát rezistentní kyselá fosfatáza (TRAP) 5b • 5b izoforma specifická pro osteoklasty Vitamín D a hydroxycholekalciferoly • Vitamín D = skupina příbuzných sterolů, které vznikají při působení UV (290 – 315 nm) • D3 biologicky neaktivní! • 1,25-dihydroxycholekalciferol = kalcitriol se tvoří rovněž v placentě, kožních keratinocytech a makrofázích • 25-hydroxycholekalciferol je hlavní cirkulující forma, navázán na plasmatický DBP • 25 mg.L-1 • Kalcitriol – 30 ng.L-1 • Regulace syntézy • Tvorba 1,25-dihydroxycholekalciferolu je katalyzovaná 1ahydroxylázou je regulována zpětnou vazbou plazmatickými Ca2+ a PO4 3• Dále usnadněna PTH jako odpověď na nízkou plazmatickou hladinu vápníku • Při vysoké plasmatické hladině vápníku nebo vysoké hladině PO4 3naopak tvorba poměrně biologicky neaktivního 24,25- dihydroxycholekalciferolu • Aktivita 1a-hydroxylázy se zvyšuje prolaktinem • Estrogeny – zvýšená hladina vazebného proteinu (a tím zvýšená i hladina celkového 1,25-dihydroxycholekalciferolu, ne však volného • Hladina 1,25-dihydroxycholekalciferolu se snižuje při hypertyreóze a metabolické acidóze • Pozn. • Na vitamin D rezistentní rachitis I. typu - mutace genu pro renální 1a-hydroxylázu • Na vitamin D rezistentní rachitis II . typu – mutace genu pro receptor 1,25-dihydroxycholekalciferolu Mechanismus působení • 1,25-dihydroxycholekalciferol = steroid • Regulace tvorby proteinů kalbildinů • Zvýšení počtu molekul Ca2+H+ATPázy v enterocytech = zvýšený transport vápenatých iontů do intersticia • Zvýšení zpětné resorpce vápníku v ledvinách • Zvýšení počtu osteoklastů – mobilizace Ca2+ a PO4 3• Receptory • V řadě tkání (kůže, lymfocyty, monocyty, kosterní a srdeční sval, mléčná žláza, adenohypofýza) • Indukce diferenciace imunitních buněk a keratinocytů v kůži • V jiných tkáních regulace růstu regulace tvorby růstových faktorů Příštítná tělíska • Obvykle 4 příštítná tělíska (značná variabilita) • 3 x 6 x 2 mm bohatě vaskularizovaná diskovitá struktura • Hlavní buňky • Tvorba a secernování parathormonu (PTH) • Oxyfilní buňky • Počet se zvyšuje s věkem • Funkce doposud neznámá • Produkce PTHrP? Syntéza a metabolismus PTH • Lineární peptid, 84 AMK, Mr = 9500 • 10 – 55 ng.L-1 • Poločas cca 10 min, odštěpení fragmentu ze střední oblasti a z C- konce v Kupfferových buňkách a následné vyloučení ledvinami • Působení přímo v kostní tkáni • Zvýšení kostní resorpce a mobilizace vápníku = zvýšení plazmatické hladiny • Snížení plazmatické hladiny fosfátu – zvýšení sekrece fosfátu ledvinami na základě snížení zpětné resorpce fosfátu v proximálních tubulech • Zvýšení resorpce vápenatých iontů v distálních tubulech • Zvýšení tvorby 1,25-dihydroxycholekalciferolu zvýšením aktivity 1a-hydroxylázy • Dlouhodobé působení – stimulace osteoblastů i osteoklastů, ale převažující vliv na osteoklasty • ! Krátkodobý účinek přes PTH receptory osteoblastů! • Sekrece PTH regulována negativní zpětnou vazbou vápenatými ionty (membránový receptor – serpentinový receptor spřažený s G proteinem) • Zvýšení hladiny fosfátu v plazmě = snížení hladiny vápenatých iontů a inhibice tvorby 1,25-dihydroxycholekalciferolu • 1,25-dihydroxycholekalciferol působí přímo v příštítných tělíscích • Snížení hladiny mRNA preproPTH • Role hořečnatých iontů – mírné zvýšení hladiny stimuluje tvorbu PTH • Pozn. Protein příbuzný s parathormonem – PTHrP • Exprimován v řadě tkání • 140 AMK • Výrazná homologie s PTH v koncových oblastech • Stimulace proliferace chondrocytů a inhibice jejich mineralizace • Růstový faktor pro vývoj kůže, vlasových folikulů a prsů? • Vylučován mateřským mlékem – nejasný význam • Mozková kůra, hipokampus, granulární vrstva mozečku Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. 12th Ed. Elsevier 2006 Mechanismus účinku PTH • Nejméně tři různé receptory pro PTH • G protein • Různá exprese v různých tkáních • Pro regulaci metabolismu vápníku patrně nejdůležitější PTH1R s afinitou PTHrP, serpentinový receptor • PTH2R v různých (CNC, pankreas, testes, placenta) bez afinity k PTHrP, serpentinový tkáních receptor • CPTHR? – ligandem je C-terminální část PTH • Pozn. Pseudohypoparatyreóza • Mutace receptorů? • Pozn. Paratyreoidektomie • Trvalý pokles hladiny vápníku v krvi a současný vzestup hladiny fosfátů • Tetanie, Chvostekův příznak, Trousseauův příznak • Pozn. Nadbytek PTH • Hyperkalcémie, hypofosfatémie, demineralizace kostí, hyperkalciurie, tvorba ledvinových kamenů • Osteitis fibrosa • Sekundární hyperparatyreóza – při chronicky snížených hladinách vápenatých iontů v krvi, stimulace příštítných tělísek, kompenzační hypertrofie, hyperfosfatémie • Familiární hyperkalcémie/hypokalcémie Kalcitonin • Hormon snižující hladinu vápenatých iontů • parafolikulární buňky (buňky C) • Mr = 3500, 32 AMK, významná variabilita u různých druhů v AMK, CALC1 • Tvorba peptidu spřízněného s kalcitoninovým genem (CGRP) • Sekrece se zvyšuje až při poměrně vysoké hladině vápníku (vyšší než 95 mg.L-1) • Sekreci zvyšují b-andrenergní agonisté, dopamin, estrogeny • Dále gastrin, cholecystokinin, glukagon, sekretin • Pravděpodobně je secernován i jinými tkáněmi • Poločas cca 10 minut • Serpentinové receptory v kostech a ledvinách • Inhibice kostní resorpce - inhibice aktivity osteoklastů • ALE pouze zanedbatelné dlouhodobé účinky na kalcémii (žádný syndrom deficitu kalcitoninu, medulární karcinom štítné žlázy – vysoké hladiny kalcitoninu, ale bez symptomů) • U mladších vyšší hladiny – význam při vývoji skeletu? • Ochrana matky před nadměrnými ztrátami vápníku v těhotenství • Ochrana před postprandiální hyperkalcemií (gastin) • Pozn. CGRP - Calcitonin gene-related peptide • 37 AMK • Produkce centrálními i periferními neurony • Vasodilatace, úloha v přenosu signálu bolesti (senzorická funkce) • Funkce efektorová • Pravděpodobně daleko více fyziologických funkcí • Použití – léčba Pagetovy choroby Endokrinní pankreas • Langerhansovy ostrůvky pankreatu • Inzulín • Glukagon • Somatostatin • Pankreatický polypeptid (PP) • Zejména v ocasu pankreatu • Pouze 2 % celého pankreatu • 1 – 2 milióny • Bohaté krevní zásobení, jaterní portální žíla • Buněčná struktura • A, B, D a F buňky • A – glukagon, obklopují buňky B, cca 20 % • B – inzulín, nejpočetnější, 60 – 75 % buněk ostrůvků • D – somatostatin • F – pankreatický polypeptid, zejména zadní část hlavy pankreatu • Humorální, cell-cell, a neurální komunikace Inzulín • Polypeptid, 2 řetězce, vzniká z prepropeptidu, který je kódován INS • Vysoce konzervativní • Pozn. Frederick Sanger 1951 • Chromozom 11 • Několik regulačních sekvencí v promotoru – vazba transkripčních faktorů (Par1, Pdx2, Oct1, ISF, Pax4, USF1/USF2, CREB, CREME2A, NeuroD1, HEB) • Další regulace působení inzulínu • Stabilita mRNA • Translační procesy • Posttranslační modifikace • Po úpravách v granulách původem v GA • Ty jsou dále transportovány, exocytóza • Přechod přes bazální membránu B buněk, fenestracemi se dostává dále do krevního oběhu • NSILA – Nonsupressible Insulin-Like Activity, IGF-I/II • Poločas cca 5 min • Vazba na inzulínové receptory a částečná internalizace • Rozkládán endozomy, zejména inzulínovou proteázou, která je internalizována spolu s inzulínem • 80 % secernovaného inzulínu degradováno v játrech a v ledvinách Inzulínový receptor • Transmembránový, skupina receptorů s tyrosinkinázovou aktivitou • Aktivace inzulínem, IGF-I a IGF-II • INSR gen, alternativní sestřih, vznik IR-A (exon 11+ = + 12 AMK) a IR-B (exon 11-) isoformy • Tetramer, Mr = 340 000, dva alfa a dva beta řetězce, které jsou glykosylované • Velká podobnost s receptorem pro IGF-I, ale odlišný od receptoru pro IGF-II • Po vazbě ligandu (a řetězec) autofosforylace tyrosinových zbytků intracelulární TK katalytické domény b řetězce • Dále nábor adapterových proteinů • IRS (insulin receptor substrate proteins) – IRS1 - IRS4 • SH-2B (SH2 domain-containing adapter protein B) • APS • PTP1B (protein-tyrosine phosphatase 1B) • IRS-1 aktivuje PI3 kinázu, která katalyzuje fosforylaci PIP2 za vzniku PIP3 • PTEN (phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate 3- phosphatase) katalyzuje zpětnou konverzi PIP3 na PI2 • Následuje vazba a aktivace proteinkinázy Akt (proteinkináza B, serin/threonin specifická kináza) • Fosforylace dalších proteinů: • GSK3 (Glycogen synthase kinase 3) a následná aktivace glykogen syntázy • Aktivace transportu vezikul s GLUT-4, transport a splynutí s plazmatickou membránou a jejich vystavení • Pozn. Vstup GLUT-4 rovněž po fyzické námaze mechanismem kinázy aktivované 5´-AMP Účinky inzulínu • Velmi komplexní • Rychlé/středně rychlé/zpožděné • Nejznámější je hypoglykemický účinek • Vliv na transport aminokyselin a elektrolytů • Výsledkem je ukládání cukrů, proteinů a tuků • Další účinky • Vstup draslíku do buněk = příčina hypokalémie u diabetických nemocných s acidózou po léčbě inzulínem • Zvýšení aktivity Na+K+ ATPázy Hlavní účinky inzulínu • Příjem a utilizace Glu kosterními svaly během tělesné námahy a postprandiálně • Usnadnění transportu Glu • „uskladnění“ Glu ve formě energie v játrech • Inaktivace jaterní fosforylázy, která štěpí jaterní glykogen na Glu • Zvýšený příjem Glu mechanismem zvýšení aktivity glukokinázy – fosforylovaná Glu není schopna přejít zpět přes plasmatickou membránu • Zvýšení enzymů syntézy glykogenu, zejména glykogensyntázy • Zvýšená konverze nadbytečné Glu na MK • Inhibice glukoneogeneze inhibicí příslušných jaterních enzymů • ! Inzulín nemá vliv na příjem Glu neurony (pasivní transport) • Inzulín zvyšuje utilizaci Glu periferními tkáněmi • Vliv inzulínu na tukovou tkáň • Zvýšení transportu Glu do jater, nad určitou koncentraci glykogenu (5 – 6 %) je jeho další syntéza blokována – Glu je konvertována na pyruvát a ten následně na acetyl-Coa, který je výchozím substrátem pro syntézu MK • MK jsou uvolňovány z jater ve formě triglyceridů v lipoproteinech • Inzulin aktivuje lipoproteinovou lipázu ve stěnách kapilár tukové tkáně – štěpení triglyceridů a uvolnění MK, následně vstup do adipocytů a konverze na triglyceridy • Inzulin inhibuje hormon-sensitivní lipázu = inhibice uvolňování triglyceridů z tukové tkáně do krve • Zvýšení transportu Glu do adipocytů – minoritně použita na syntézu MK, majoritně a-glycerolfosfát • Inzulín a metabolismus proteinů • Inzulin indukuje proteosyntézu • Stimulace transportu (zvýšení kapacity transportních systémů) mnoha AMK do buněk (zejména valin, leucin, izoleucin, tyrosin a fenylalanin) • Zvýšení translace mRNA – tvorba proteinů • Zvýšení transkripce DNA • Inhibice katabolismu proteinů – snížení celulární degradace proteinů • Snížení glukoneogeneze v játrech – substrátem jsou plasmatické AMK! Glukózové transportéry • Facilitovaná difúze, sekundární aktivní transport s Na+ ve střevech a ledvinách • Svaly, tuková tkáň a další – glukózové transportéry • 12 transmembránových úseků, N- a C- terminální konce intracelulárně • U savců popsáno 12 různých glukozových transportérů rozděleno do tří tříd, běžně uváděno 7 • Liší se afinitou ke glukóze, stejně jako expresí v jednotlivých tkáních • Př. GLUT-1 – zejména ve fetální tkáni, u dospělých zejména v Ery a enterocytech a zodpovědný za bazální hladinu Glu pro zajištění základních buněčných pochodů • GLUT-4 • Svalová a tuková tkáň • Výrazná stimulace inzulínem • Po vstupu Glu do buněk je dále regulována rychlost fosforylace (růstový hormon a kortizol ji v některých tkáních inhibují) • Zvýšení vstupu Glu inzulínem do jater mechanismem zvýšené fosforylace Glu Barret, K.E., Boitano, S., Barman, S.M., Brooks, H.L. Ganong´s Review of Medical Physiology. 23rd Ed. McGraw-Hill Companies 2010 Nedostatek inzulínu • Diabetes mellitus • Experimentálně aloxan, streptozocin • Inhibice sekrece inzulínu • Protilátky • Polyurie, polydipsie, ztráta na váze přes polyfagii, hyperglykémie, glykosurie, ketóza, acidóza, kóma • Snížený vstup Glu do periferních tkání • Zvýšené uvolňování Glu do krve z jater • Nadbytek extracelulární Glu a naopak nedostatek Glu intracelulární – „hladovění uprostřed nadbytku“ • Dále absolutní nebo relativní hypersekrece glukagonu • Test tolerance glukózy, porušená glukózová tolerance • Snížená periferní utilizace Glu bez změny střevní resorpce a zpětné resorpce v ledvinách • Porucha glukostatické funkce jater (inzulin podporuje syntézu glykogenu a inhibuje výdej Glu játry) • Inaktivace jaterní fosforylázy • Snížený příjem Glu hepatocyty (snížení aktivity glukokinázy) • Snížená syntéza glykogenu • Účinky hyperglykémie • Hyperosmolarita krve • Glykosurie • Značné ztráty vody (osmotická diuréza) – polydipsie • Neenzymová glykosilace hemoglobinu A (HbA1C) – marker • Intracelulární deficit glukózy • Zvýšení katabolismu tuků a proteinů – ketoacidóza • Pravděpodobně příčinou diabetické hyperfagie Nadbytek inzulínu • Zejména účinky hypoglykémie na nervový systém – proč? • Omezené zásoby sacharidů • Dále příjem Glu • Palpitace, pocení, nervozita = aktivita vegetativního nervstva – proč? • Neuroglykopenické příznaky • Pocity hladu, zmatenost, letargie, kóma, křeče, smrt • Kompenzační mechanismy • Inhibice sekrece inzulínu • Sekrece glukagonu, adrenalinu (zvýšený výdej Glu z jater), růstového hormonu a kortizolu (snížení utilizace Glu tkáněmi) Diabetes mellitus a změny v metabolismu • Metabolismus proteinů • Zvýšená rychlost katabolismu AMK a jejich zvýšená konverze na Glu v játrech • Měření poměru Glu k dusíku v moči (D/N poměr) • Význam glukagonu a hyperglukagonémie (stimulace glukoneogeneze) a adrenálních glukokortikoidů • Negativní dusíková bilance (glukoneogeneze versus snížená proteosyntéza) spojena se sníženou rezistencí k infekcím • Metabolismus tuků • Zrychlení katabolismu tuků se zvýšenou tvorbou ketolátek • Snížená syntéza mastných kyselin a triacyglycerolů (30-40 % versus 5 % u DM; snížená konverze Glu na MK v tukových zásobách) • Zvýšení hladiny volných MK (NEFA, UFA, FFA) – nepřítomnost inhibice hormonálně senzitivní lipázy v tukové tkáni • Hladina FFA mění paralelně s hladinou Glu • Katabolizace MK na acetyl-CoA, nadbytečný acetyl-CoA je přeměněn na ketolátky • Vznik acetacetyl-CoA a konverze na acetacetát a aceton a b-hydroxybutyrát • Významný zdroj energie při hladovění, nicméně velmi vysoká hladina ketolátek spolu se sníženou utilizací ketonů • Inzulin zvyšuje utilizaci ketonů ve svalech • b-hydroxybutyrát je příčinou acidózy (stimulace respiračního centra, Kussmaulovo dýchání), následně ztráty Na+ a K+ • Kóma nastává dehydratací a acidózou (laktátová acidóza, hyperosmolární kóma) • Metabolismus cholesterolu Obvykle zvýšená plasmatická hladina, zejména VLD a VLDL Diabetes mellitus • Lidé, ale také jiní živočichové • Četné komplikace • Cévní změny • Konverze intracelulární glukózy na Amadoriho produkty • Ty tvoří AGE (Advanced Glycosylation Products) – změny proteinů matrix • Mikrovaskulární změny • Diabetická retinopatie • Diabetická nefropatie • Makrovaskulární změny • Zrychlený průběh aterosklerózy – vyšší četnost některých dalších onemocnění (IM) • Diabetická neuropatie • Snížená rezistence k infekcím • DM I. typu = inzulín dependentní (deficit inzulínu), autoimunní onemocnění ? Protilátky proti B bunkám • DM II. typu = rezistence na inzulín + poruchy sekrece inzulínu (vyčerpání buněk B) • Sekundární diabetes – chronická pankreatitida, totální pankreatektomie, Cushingův syndrom, akromegálie Regulace sekrece inzulínu • U zdravých jedinců nalačno je hladina inzulínu do 502 pmol.L-1 • Po požití potravy nastává až 10násobný vzestup • Denně se secernuje cca 287 mmol • Regulace – zejména zpětnovazebná působením krevní Glu přímo v B buňkách pankreatu • GLUT-2 • Stimulace také některými AMK, acetacetátem • Pravděpodobný mechanismus zprostředkován NO (arginin =prekurzor NO) • Inzulin a vegetativní nervy • a2-adrenergní receptory inhibují sekreci inzulínu • b-adrenergní receptory stimulují sekreci inzulínu • M4 receptory – stimulace sekrece inzulínu n. vagus, opět zvýšení Ca2+ + uvolnění z ER • Střevní hormony • Glukagon, sekretin, cholecystokinin, gastin, žaludeční inhibiční peptid (GIP) • Glukagonu podobný polypeptid 1 (GLP-1) • Influx Ca2+ přes napěťově řízené vápníkové kanály • Deplece K+ - snížení sekrece inzulínu • Pozn. Perorální hypoglykemika – stimulace sekrece inzulínu • Pouze u pacientů se zachovanými B buňkami • Inhibice K+ kanálů • Biguanidiny fenformin a metformin • Snížení glukoneogeneze • Thiazolidindiony • Zvyšují periferní utilizaci Glu, snižují rezistenci na inzulín • Mechanismus účinku přes PPAR-g receptor Adipokiny • Tuková tkáň = endokrinní, produkce proteinů (peptidů) s autokrinním, parakrinním, nebo endokrinním účinkem • Adipokiny – zapojeny do regulace energetické homeostázy • Adipokiny podporující činnost inzulínu • Leptin – převážně adipocyty, regulace příjmu potravy? (adaptační reakce organismu na dlouhodobé hladovění) • Adiponektin – adipocyty, vztah k inzulínové rezistenci • Visfatin – produkován zejména adipocyty viscerální tukové tkáně, aktivace inzulínové signalizační kaskády – zvýšení transportu Glu v myocytech, stimuluje lipogenezi a diferenciaci adipocytů a snižuje produkci Glu v hepatocytech • Adipokiny inhibující činnost inzulínu • TNF-a – produkce adipocyty koreluje s mírou obezity, hladinami inzulínu a inzulínovou rezistencí, přímé působení na inzulínovou kaskádu (fosforylace substrátu inzulínového receptoru), zvýšení uvolňování FAA • Rezistin – adipocyty, buňky imunitního systému, vliv rezistinu na inzulinovou rezistenci není tak výrazný, jak se dříve soudilo • IL-6 – adipocyty, buňky imunitního systému, endoteliální buňky, myocyty, fibroblasty, sekrece výraznější ve viscerálním tuku, podílí se na rozvoji inzulínové rezistence Glukagon • A buňky pankreatu, Lineární peptid, Mr = 3485, 29 AMK • Preproglukagon – 179 AMK • A buňky, L buňky dolní části trávícího ústrojí a v mozku • V A buňkách se preproglukagon štěpí na větší proglukagonový fragment MPGF • V L buňkách se zpracovává primárně na glicentin • V A a L buňkách se tvoří rovněž oxyntomodulin a zachovává se glicentinu příbuzný polypeptid GRPP (zvyšuje hladinu inzulínu, snižuje hladinu glukagonu) • GLP-1 (7-36) je silný stimulátor sekrece inzulínu, spolu s GLP-2 se tvoří také v mozku • Indukce sekrece somatostatinu • Trofické účinky na B buňky, snížení chuti k jídlu • Výrazně snižuje postprandiální glykémii • Pozn. Analoga – liraglutid/ Působení glukagonu • Glykogenolýza (ne ve svalech!), stimulace glukoneogeneze z dostupných AMK, lipolytický a ketogenní účinek (lipolytická aktivita) • Receptor – Mr = 62000, 485 AMK, serpentinový receptor, GCGR gen • V játrech prostřednictvím Gs aktivuje adenylátcyklázu = zvýšení intracelulární koncentrace cAMP • cAMP přes protein kinázu A aktivuje fosforylázy (aktivace fosforyláza b kinázy a vznik fosforylázy a) – štěpení glykogenu na Glu-1P, vzestup glykémie po odštěpení P • Aktivace fosfolipázy C, zvýšení koncentrace volných vápenatých iontů a stimulace glykogenolýzy • Proteinkináza A snižuje metabolismus Glu-6P = zvýšení Glu • Inhibice konverze Fru-6P na Fru-1,6-PP • Dále inhibice skladování triglyceridů v játrech • ! Aktivuje adipocytární lipázu = zvýšené množství MK v krvi • Pozitivně inotropní účinek na srdce (zvýšení obsahu cAMP) • Stimulace sekrece růstového hormonu • Zvýšení krevní cirkulace (ledviny) • Inhibice sekrece HCl v žaludku a žluči • Poločas v cirkulující krvi 5 -10 min • Degradován zejména v játrech, ale i dalších tkáních • Secernován do portální žíly Bansal P, Wang Q: Insulin as a physiological modulator of glucagon secretion. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism 2008, 295(4):E751-E761. Regulace sekrece glukagonu • Zvýšení sekrece při hypoglykémii • Spolu se sekrecí glukagonu se uvolňuje i GABA, která inhibuje v buňkách A sekreci glukagonu aktivací GABAA receptorů • Zvýšená po stimulaci sympatické inervaci pankreatu (b-adrenergní receptory, cAMP) • vagová stimulace • Inhibice po aktivaci a-adrenergních receptorů • Zvýšená sekrece po na proteiny bohatém jídle • Pozn. Protektivní význam, zabránění vzniku hypoglykémie • Zvýšená při hladovění Inzulín versus glukagon Silverthorn, D. U. Human Physiology – an Integrated Approach. 6th. edition. Pearson Education, Inc. 2012. Silverthorn, D. U. Human Physiology – an Integrated Approach. 6th. edition. Pearson Education, Inc. 2012. Somatostatin • D buňky pankreatických ostrůvků • 14 AMK • Extrémně krátký poločas (cca 3 min) • Sekreci zvyšuje: • Zvýšení hladiny glukózy v krvi • Zvýšení hladiny AMK, zejména argininu a leucinu • Zvýšení hladiny FAA • Zvýšená koncentrace některých hormonů horní části GIT jako odpověď na příjem potravy • Funkce: • Snižuje sekreci glukagonu a inzulínu, ale také pankreatického hormonu • Snížení utilizace přijatých živin tkáněmi – adaptace pro jejich delší dostupnost a utilizaci? • Snižuje motilitu žaludku, duodena a žlučníku a žlučových cest • Snižuje sekreci a absorpci v GIT • Proč? – pravděpodobně zvýšení doby pro příjem živin z GIT Pankreatický polypeptid • Lineární peptid, 36 AMK, tvořen buňkami F • Příbuzný polypeptidu YY (PYY, střevo, GIT hormon) a neuropeptidu Y • Cholinergní regulace, plasmatické hladiny klesají po podání atropinu • Sekrece se zvyšuje po jídle s vysokým podílem proteinů, ale také po tělesné námaze a při akutní hypoglykémii • Hladinu snižuje somatostatin a i.v. podaná glukóza • Zpomalení adsorpce živin (vyrovnávání „vrcholů“?) • Zvýšená hladina při anorexia nervosa – regulace příjmu potravy?