Nadledviny Kůra nadledvin - Steroidní hormony - Glukokortikoidy - Mineralokortikoidy - Androgeny Dřeň nadledvin Katecholaminy - Epinefrin (adrenalin) - Norepinefrin (noradrenalin) - Dopamin Kortikomedulární portální systém Funkce - Stresová odpověď - Na+, K+, ECT - Krevní tlak Mi ■ cortex €i Deltagen Inc. Vývoj fetální nad ledviny Prenatal life Urogenital Adreno- Adrenal ridge gonadal primordium primordium Birth Fetal adrenal Medulla A 4 Weeks 8 Weeks 9 Weeks 24-28 Weeks Adrenal Postnatal life Adrenal from 2-3 yrs Adrenal after adrenache 6 Months 2-3 Years 6-8 Years Hedgehog SF1, DAX1, NGFIB, POMC-peptides, POMC-peptides, signaling, CITED2, growth factors, midkine, neural feedback GLI3, SALL1, WNT4 SPARC, neural feedback FOXD2, WT1, PBX1, WNT4, ACD > Fetální nadledvina a její význam Placentami CRH stimuluje tvorbu DHEA, příslušného sulfátu a kortizolu ve FN DHEA/DHEAS je v placentě konvertován na estrogen (příprava a promoce porodu) Kortizol upreguluje ACTHR, ale také produkci prostaglandinů a uterotoninů v placentě (porod) Kortizol je nezbytný pro maturaci fetálních plic Progesteron působí inhibičně na placentami CRH i Fetus 1 Placenta Hypothalamus [ Progesterone Initiation of Parturition DHE A DHEAS Liver Funkční architektura nadledvin umožňuje transport steroidních hormonů do dřeně, a tím ovlivňuje aktivitu enzymů zapojených v syntéze katecholaminů. Dřeň nadledvin Buňky secernující adrenalin (90 %) Buňky secernující noradrenalin Buňky secernující dopamin (?) > > o ____. 1^^^ Sekreční vezikula obsahují kromě katecholaminů také ATP, neuropeptidy - adrenomedulin, ACTH, VIP, vápník, hořčík a chromograniny. Dřeň - NA Kůra cholinergní norvové zakončení Gxtracelulární prostor elektrondenzní váčky lípochromní pigment agranulárnf (hladké) ondoplazmatické retikuJum lyzoEom Golgiho aparát granulami (hrubé) endoplazmatické relikulum Tyrosine Dlhydroxyphenyfalanine Dopamine (DOPA) HO HO Norepinephrine Epinephrine HO OH Tyrosine hydroxylase HO OH H DOPA Dopamine-ß- Phenylethanolamine- decarboxylasa hyroxylase N-methyltransferase Catecholamines • Tyrosine-derived • TH under NE regulation • PNMT under Cortisol regulation Syntéza katecholaminů je regulována negativní zpětnou vazbou prostřednictvím noradrenalinu. Syntéza adrenalinu je ovlivněna produkcí steroidních hormonů v kůře nadledvin. Konverze noradrenalinu probíhá v cytoplasmě. Ten je transportován do vezikulů ATP-řízeným transportem (monoamin transportér VMAT1). Sekrece katecholaminů Je dána přímou sympatikovou stimulací: 1. Vazba Ach na nikotinové cholinergní receptory (ligandem řízené iontové kanály) 2. Rychlý influx Na+ iontů a depolarizace 3. Aktivace napěťově řízených Ca2+ iontových kanálů 4. Influx Ca2+iontů 5. S napěťově řízenými Ca2+1K jsou asociovány sekreční vezikuly 6. Exocytóza - intersticium 7. Modulace uvolnění NA vlastním NA přes a2-AR (inhibice) 8. Transport k cílovým orgánům Konstitutivní sekrece - Spontánní - Nezávislá na Ca2+ Regulovaná sekrece - Závislá na Ca2+ - Složitý systém sortingu a „balení" Constitutive Secretory Pathway Regulated Secretory Pathway Spontaneous - Ca!'-independent — Rapid -Continuous - Not responsive to secretogogues Ca2'- dependent - Storage pool of vesicles held in tytoskeletal frame - Large dense core vesicles -Vesicle sorting - Peptide and protein packaging Norepinephrine DBH vesicle SNAP25 Catecholamine Biosynthetic Pathway Catecholamine Secretory Pathway Transport katecholaminů a jejich metabolizace Velmi krátký poločas v cirkulaci (cca 2 min) Vazba na albumin (50 %) s velmi nízkou afinitou Reuptake (až 90 % - nervová zakončení, 10 % uptake extraneuronálními tkáněmi) a degradace Katechol-O-methyltransferáza (COMT) -metadrenalin, normetadrenalin Monoaminooxidáza (MAO) - deaminace Aldehyd dehydrogenáza Přímá filtrace (ledviny) Finálním degradačním produktem je vanilylmandlová kyselina (A, NA) a homovanilová kyselina (DOP) Epinephrine COMT Norepinephrine M AO M etane ph hne ___t _ _ DHPG MAO COMT AD VMA MAO COMT N o r metan e p hri ne MAO Liver Kidney Fyziologické účinky katecholaminů Adrenergní receptor G protein Druhý posel Ligand al-adrenergní alA, ctlB, alD Převážně GQ/11 Aktivace PLCa, aktivace PKC, zvýšení koncentrace intracelulárních Ca2+iontů Noradrenalin > adrenalin » (isoprenalin) a2-adrenergní a2A, a2B, a2C Převážně Ga, a G0 Snížení aktivity AC (opačný účinek k (3-AR). Aktivace K+IK, inhibice Ca2+ IK. Aktivace PLC(3 nebo PLA2. Adrenalin = noradrenalin » isoprenalin ßl-adrenergni Gas Aktivace AC a zvýšení koncentrace cAMP Isoprenalin > adrenalin = noradrenalin ß2-adrenergni Gas Aktivace AC a zvýšení koncentrace cAMP Isoprenalin > adrenalin » noradrenalin ß3-adrenergni Gas Aktivace AC a zvýšení koncentrace cAMP Isoprenalin = noradrenalin > adrenalin Dl rodina Dl, D5 Gas GOlf Aktivace AC a zvýšení koncentrace cAMP Dopamin D2 rodina 02, 03, D4 Ga, Inhibice AC a snížení koncentrace cAMP Dopamin Fyziologické účinky katecholaminů jsou zprostředkovány s G proteinem spřaženými adrenergními receptory. Katecholaminy z dřeně nadledvin nejsou schopny překonat HEB, mají tedy účinek na periferní tkáně. Přehled hlavních účinků katecholaminů Klinický význam - Antagonistický účinek různých subtypů a2 AR - A - snížení krevního tlaku - B - zvýšení krevního tlaku (vazokonstrikce) - Široké využití agonistů i antagonistů v klinické praxi: - Kardiologie - Oftalmologie - Interna Zprostředkované ot-AR Zprostředkované (3-AR vazokonstrikce Vazodilatace (+) inotropie (+) chronotropie Relaxace hladké svaloviny (GIT) (+) dromotropie Kontrakce svěračů (GIT) (+) inotropie Mydriáza Relaxace hladké svaloviny (GIT) Stimulace sekrece slin a slz Relaxace m. detrusor Bronchokonstrikce Bronchodilatace Ejakulace Kalorigeneze, termogeneze Glukoneogeneze (játra) Glykogenolýza (-) sekrece inzulínu Lipolýza Agregace trombocytů (+) sekrece reninu (+) reabsorpce Na+ (ledviny) (+) sekrece glukagonu Kontrakce pilomotorických svalů Akomodace na dálku Fyziologické účinky katecholaminů Stimuly pro sekreci katecholaminů - Stimulace sympatiku (obecně) - Stresová odpověď (fyzický, psychický stres) - Krvácení a ztráta krve - Hypoglykémie - Traumata - Chirurgický zákrok - Strach „fight or flight" Akutní odpověď na stresový podnět - např. bronchodilatace, kontrakce svěračů, tachykardie, periferní vazokonstrikce a zvýšení periferní rezistence, inhibice motility (GIT) Zajištění energetických požadavků - Mobilizace substrátů - játra, svaly, tuková tkáň - Glykogenolýza, lipolýza - Výsledek - zvýšení glykémie, koncentrace glycerolu a FFA Regulace adrenergních receptoru - Chronická stimulace = změny citlivosti (biologické odpovědi) cílových tkání - Desenzitizace AR (fosforylace) Internalizace AR Upregulace: - Glukokortikoidy - Hormony štítné žlázy Rozdílná upregulace různých AR receptoru! Biochemické aspekty Monitoring sekrece katecholaminů - moč Klinický význam - Změny citlivosti cílových tkání při chronickém podávání agonistů/antagonistů - Chronická aplikace ß-agonistu - astma - Chronická aplikace a-agonistů - tachyfylaxe (nosní dekongestanty) - Feochromocytom Dopamin Funkce dopaminu mimo CNS : - Hormon, také parakrinně a autokrinně působící faktor - nemá schopnost přecházet HEB! - Regulace objemu ECF a iontové rovnováhy - Zvýšení G F R - Natriuretický efekt - Imunitní funkce - (-) aktivace lymfocytů - Endokrinní pankreas - (-) sekrece inzulínu - Srdce - (+) inotropie - (+) systolický TK - (0) diastolický TK DR Rodina Dl Rodina D2 Dl D5 D2 D3 D4 J (-) transport iontů v GIT (-) Na+ a voda v ledvinách Relaxace hladké svaloviny (-) sympatikus (CNS) Klinický význam - i.v. aplikace u novorozenců - Léčba akutního poškození ledvin? - Kardiogenní šok - Septický šok L j Regulace krevního tlaku Chromogranin A Charakteristika - Kyselý glykoprotein - Prekurzorový protein pro: - Vasostatin-1 _ - Vasostatin-2 - Pankreastatin - Catestatin - Para statin Chromafinni bunky AM (3-bunky pankreatu Paraganglia ECL bunky ^ eNOS Funkce a význam Kardioprotektivní účinek (katecholaminy) Autoantigen - DMI Hormony secernující CgA - marker Enhances DCG biogenesis by preventing degr<-i 11 5i ■ ■ of granule prtiteina i 11 in Li-1 s CA secrelion I i '■■ ■ On a "i::-: - ' i ■ cholinergic receptors Mediates sympathoadrenal activity on cardiovascular target cells lo Increase blood pressure Adrenomedulin - AMD Charakteristika - Hormon, neuromodulator, neurotransmiter - Peptid (částečná homologie s CGRP) - Receptory - kombinace CALCR + RAMP2/3-AM1/2 - Nalezen v: - CNS - Cévy - Myokard - Nádorová tkáň Funkce - Vazodilatace (cAMP, NO) - Kardioprotekce - Protekce při oxidativním stresu - Protekce hypoxického poškození angiogeneze VSMC AC GC. Hypoxia Other stimuli, e.g. cytokines Adrenomedullln » AM gene j Adrenomedsjllln/CGRP receptor system RAMP t RAMP (CGRP Receptor) RAMP 2 (AMI Receptor) RAMP 3 (AM2 Receptor) CL G-proteln complex i ffltffl T WWW? Endothelial cell 1 Mfffl f www? PLC Ras/Rat PI3K PI MP, Ca' ^ MEK.7 pl25FAK-?Akl Max PI3K ATP -CAMPGTP-cGMP Akt PKA PKG 1 i i Migration Vasodilatation Vessel Maturation ^ ^ Vessel growth ■i k Gr DWtfl Mtgratl on Bid Bad Caspase8, Bcl2 Ras/Ra! Apoptosls + Tube lornaatlon Angiogenosis Increased growtlVsurvlval Tumour progression Hormony kůry nadledvin Hormony kůry cholesterolu nadledvin deriváty Zdroj cholesterolu - estery cholesterolu nebo plasmatická membrána C21 steroidy s dvouhlíkatým řetězcem v poloze C17 Mineralokortikoidy a Glukokortikoidy C19 steroidy s keto- nebo hydroxylovou skupinou v poloze C17 Androgeny C18 steroidy s 17-keto nebo hydroxylovou skupinou a bez angulární methylové skupiny v poloze CIO HJC I I |^ [Cholesterol CVP11A(P450ssc) i JrŽ - f| f Pregnenolone -Hydroxy-pregnenolone 17,20 lyase STAR (STeroid Acute Regulátory) proteiny - Transfer cholesterolu do vnitřní mitochondriální membrány Regulace syntézy - Akutní (minuty) versus chronická -A "I Dehydroepia-ndrosterone § \ \ Andriostenedio Biosynthesis of Steroid Hormones mineralocorticoids/ I \ [Aldosterone CYP11B2 ^Aldosterone synthase) ^~c£ _. Deoxycorticosterone 1^ I Progesterone CYP17(P450ct7) I "V| ["í7a-Hydroxy-0 progesterone Corticosterone (Glucocorticoid) 11 -Deoxycortisc X Cortisol (Glucocorticoid) ^j^T^^J Androste-, ° - nedione 1 7B-HSD Estrone I Tůttřicfúmno HO ^^^^ itcbAMsnl *ť f Testosterone (Androgen) j Sa-reductaseloH (Estrogen) Enzyme Location in Cell Mitochondria Smooth Endoplasmic Reticulum testosterone Syntéza a sekrece Steroidních hormonů Glukokortikoidy - pulzní charakter pod stimulací ACTH (kortizol - 10 - 20 mg/den) Mineralokortikoidy-ACTH jen bazálni sekrece, RAAS - angiotenzin II (aldosteron - 100 - 150 |ag/den) Androgeny - ACTH (DHEA, DHEAS, androstendion - 100 - 150 u.g/den) Rozdílná exprese enzymů, které katalyzují jednotlivé kroky konverze steroidů, je zodpovědná za syntézu různých steroidních hormonů v jednotlivých zónách kůry nadledvin. Regulace syntézy a sekrece Glukokortikoidy - ACTH - Gas- aktivace AC a PAK - Fosforylace cholesterol ester hydrolázy - Zvýšení dostupnosti cholesterolu - Zvýšení syntézy STAR Mineralokortikoidy - Angiotensin II a extracelulární K+ - ACTH (jen bazálni sekrece a jen akutně) - RAAS systém - Renin (juxtaglomerulární buňky) - Konverze angiotensinogenu - Angiotensin II stimuluje syntézu a sekreci aldosteronu - Inhibice rovněž somatostatinem a dopaminem Diurnal rhythm 1 Stressors ~ (hypoglycemia, hypotension, [^/Hypothalamus fever, trauma, surgery) f CRH ADH Cytokines I Renal arterial pressure t ß-Adrenergic action t Prostaglandins Metabolism Cardiovascular system í Gluconeogenesis t Glycogenolysis í Proteolysis t Lipolysis t Myocardial contractility t Cardiac output t Catecholamine pressor effect AN P Dopamine Extracellular volume Renal arterial pressure Na+ (+ water) retention K+ excretion 1ECF[K+] Regulation of Cortisol secretion B Angiotensin II -Regulation of aldosterone secretion Cirkadiänni a pulzni sekrece ACTH a kortizolu u c T3 O C c CO U C CO >U X CO ACTH Normal Cortisol Normal 600 - 500 - 400 300 - E ^_ 200 - 100 0 - 1400 1200 1000 =:; !-r I-:-. I- - 800 o £ 600 400 200 0 Gushing Disease Gushing Disease l I I II I I i I i I 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Time (24-hour clock) DJ Qj' 3 TT < fD fD Q fD TT o fD fD T3 C_ M Co » ZT QJ C Q. «< QJ M —^ QJ> i-+ QJ Metabolismus glukokortikoidů Lipofilní Konjugáty Vazba na proteiny CBG (transcortin, kortizol-vázající globulin) a albumin Poločas 70 - 90 min Detoxikace - Játra - Ledviny - Redukce, oxidace, hydroxylace a konjugace - Glukuronidy a sulfáty Lokální metabolismus glukokortikoidů - Tkáně s různou expresí isoforem llp-hydroxysteroid dehydrogenázy typu I (konverze kortizonu na kortizol) - Játra, tuková tkáň, plíce, kosterní svaly, hladká svalovina cév, gonády, CNS - Tkáně s různou expresí isoforem llp-hydroxysteroid dehydrogenázy typu II - Tubulární systém n O N DJ Kortizol-albumin - 20 - 50 % Volný Kortizol- kortizol CBG - do 10 % - až 80 % + en i-+ —í o cra Konverze kortizolu na kortizon je zásadní pro prevenci vazby kortizolu na mineralokortikoidní receptor. Účinky glukokortikoidů 1. Vazba GC na příslušný receptor 2. Konformační změna a disociace receptoru z komplexu z HSP70 a HSP90 3. Migrace do jádra 4. Vazba na GRE společně s aktivačním proteinem (API) H binds cytosoiíc R Release regulalory proteins 3L Expose nuclear localÍ2ar.icn signals O HR complex translocates to nucleus Bind to HREs in DNA Glukokortikoidy ovlivňují intermediární metabolismus, stimulují proteolýzu a glukoneogenezi, inhibují proteosyntézu (zejména ve svalech) a stimulují mobilizaci FFA. T or i gene transcription Type • Specific for GG 11 ji-Hydroxysteroid dehydrogenase Type í NADPÍhQ Cortisone w_ Cortisol Type 2 NAD >. Cortisone ■ Specific for MC ■ High affinity for GC Všechny tkáně exprimují receptory pro glukokortikoidy, což odpovídá za širokou šíři jejich ucinku. Specificity of MC action Localization of MCR 11 [Í-HSD2 in MC target cells Greater affinity of MCR to aldosterone Specifické účinky glukokortikoidů Systém Indukovaná exprese genů Potlačená exprese genů Imunitní systém Inhibitor jaderného faktoru-KB, haptoglobin, TCR, p21, p27, p57, lipokortin Interleukiny, TNF-a, interferon-y, E-selektin, COX-2, iNOS Metabolismus PPAR-y, glutamin syntáza, glykogen syntáza, Glu-6-fosfatáza, leptin, y-fibrinogen, cholesterol 7a-hydroxyláza Tryptofan hydroxyláza, metalloproteázy Kostní tkáň Androgenní receptor (AR), receptor pro kalcitonin (CTR), alkalická fosfatáza, IGFBP6 Osteokalcin, kolagenáza Iontové kanály a transportéry ENaC-a, -(3 a -y, SGK, akvaporin 1 Endokrinní systém Bazický FGF, VIP, endotelin, RXR, receptor pro GHRH, receptory pro natriuretické peptidy GCR, Prolaktin, POMC/CRH, PTHrP, ADH Růst a vývoj Proteiny surfaktantu A, B, C Fibronektin, a-fetoprotein, NGF, erytropoietin, Gl cykliny a CDK Přehled účinků glukokortikoidů Kardiovaskulární systém: - Zvýšení senzitivity ke katecholaminům (a2-AR) - Zvýšení senzitivity k angiotenzinu II - Inhibice NO-zprostředkované vazodilatace Stimulace syntézy angiotenzinogenu - V závislosti na aktivitě HSD11B2 zvýšení retence Na+ v distálním tubulu a zvýšení exkrece K+ - Zvýšení GFR - Zvýšení resorpce Na+ v proximálním tubulu Imunitní systém: - Snížení počtu lymfocytů (T více než B) na základě jejich redistribuce do sleziny, lymfatických uzlin a kostní dřeně - Zvýšení počtu neutrofilů - Snížení počtu eozinofilů a bazofilů - Inhibice diferenciace monocytů do makrofágů - Inhibice syntézy imunoglobulinů - Inhibice syntézy cytokinů - Inhibice sekrece histaminu a serotoninu ze žírných buněk - Inhibice syntéza prostaglandinů Brain/CNS: Depression Psychosis Carbohydrate/lipid metabolism: t Hepatic glycogen deposition t Peripheral insulin resistance tGluconeogenesis t Free fatty acid production Overall diabetogenic effect Adipose tissue distribution: Promotes visceral obesity Bone and calcium metabolism, I Bone formation I Bone mass and osteoporosis Skin/muscle/connective tissue: Protein cataboiism/collagen breakdown Skin thinning Muscular atrophy Endocrine system: ILH, FSH release i TSH release I GH secretion Eye: Glaucoma Gi tract: Peptic ulcerations Cardiovascular/renal: Salt and water retention Hypertension Growth and development: J Linear growth Immune system: Anti-inflammatory action Immunosuppression Obor Použití Endokrinologie Substituční terapie Dermatologie Dermatitídy Hematologie a hematoonkologie Leukémie, lymfomy, hemolytická anemie, idiopatická trombocytopenická purpura Gastroenterologie Ulcerativní kolitida, Crohnova choroba Interna a infekční Chronická aktivní hepatitída, transplantace, nefrotický syndrom, vaskulitidy Neurologie Otok mozku, zvýšený intrakraniální tlak Pneumologie Astma, angioedém, anafylaxe, sarkoidóza, obštrukční plieni choroby Revmatologie Systémový lupus erytematosus, arteritidy, revmatoidní artritída Dlouhodobá aplikace glukokortikoidů: - Steroidní diabetes - Sekundární osteoporóza - Dexametazonovýtest - Metyraponovýtest - CRH stimulační test Glukokortikoidy se vyznačují nejen glukokortikoidní, ale také mineralokortikoidní aktivitou a schopností zpětnovazebně ovlivnit osu CRH-ACTH-GC Glukokortikoidy- klinické aspekty Cushingův syndrom Addisonova choroba Mineralokortikoidy- regulace sekrece aldosteronu Účinky mineralokortikoidů Receptory - Omezená distribuce - Keratinocyty - Neurony (CNS) - Myocyty - Buňky hladké svaloviny velkých cév Hlavní účinky aldosteronu - Stimulace epiteliálního sodíkového transportu - Distální tubulus a sběrací kanálek - Distální kolon - Slinné žlázy o 3Na4 CTI Mechanismus účinku - (+) syntéza Na+1K - (+) syntéza Na+/K+-ATPázy - (+) aktivita Na+/K+-ATPázy - (+) syntéza H+-ATPázy +) syntéza Cľ/HC03~ výměníku HCO T Na+ transport enzyme synthesis & activity ENaCs {Amiloride-sensitive Na+ channels) (AM) Estrogenic 3NaV2K+-ATPase (BM) Intercalated cells (IC) ATPase * t H+-ATPase proton pump (apical) • CryHCOg" exchanger (basolateral) Androgeny nadledvin - DHEA je významným prekurzorem syntézy pohlavních hormonů - Konverze enzymy ze skupiny (3-hydroxysteroid dehydrogenáz a aromatázou v periferních tkáních - Možná přítomnost CASH (cortical androgen-stimulating hormone) Možné funkce androgenů nadledvin - Libido a „regulace" libida - Kardioprotektivní vlastnosti u mužů - Možná protektivní úloha před karcinomy vaječníků a prsu u premenopauzálních žen - Neuroprotekce - Vliv na syntézu a sekreci: - IGF-1 - Testosteronu a dihydrotestosteronu - Estradiolu ĚTS DHEAS Estrone 170 HSD 17(í-Esíradiol Androgeny produkované nadledvinami představují více jak 50 % cirkulujících androgenů u premenopauzálních žen. U mužů převažuje jejich testikulární produkce. ■ Klinické aspekty Kongenitální adrenální hyperplazie (CAH) - prenatální virilizace (vysoká koncentrace androgenů in utero) - Deficit 21ß-hydroxylazy, pozn. „sůl ztrácející forma" - Deficit llß-hydroxylazy, pozn. „hypertenzní forma" - Deficit 3ß-hydroxysteroid dehydrogenázy II - Deficit 17a-hydroxylázy Kongenitální lipoidní adrenální hyperplazie - Defektní konverze cholesterolu na pregnenolon Adrenogenitální syndrom Hyperaldosteronismus - Primární hyperaldosteronismus - Sekundární hyperaldosteronismus se zvýšenou hladinou reninu Sekundární adrenální insuficiencie (ACTH) Terciární adrenální insuficiencie (CRH) Hyporeninemický hypoaldosteronismus Pseudohypoaldosteronismus Syndrom zdánlivého nadbytku mineralokortikoidů - Inhibice nebo absence llß-hydroxysteroid dehydrogenázy II