ADIPOKINY LEPTIN, ADIPONEKTIN, VISFATIN © Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2006 LEPTIN 2 Leptin (1994) XzKToq = tenký —> „štíhlý" vs. leptinová resistence ! Leptin Mr = 16.000 původ: diferencované adipocyty (fundus žaludku, kosterní sval, játra, placenta, ...) • info o množství skladované energie v adipocytech —> hypothalamus Leptin Leptin ob - gen: ob/ob mutace a normální myš Deficit leptinu (ob-gen): heterozygotní mutace leptinového genu —> IR a hyperlipidemie homozygotní mutace —» ... zv. tělesné hmotnosti: 90 so 70 "60 £ 50 I 40 -&30 o go 20 10 0 0123456789 Age in Years Adapted from Considine, et aL i New Eng J Med 334:292 J 936. Girl with homozygous ob gene mutations -\—i—i—i—i—i—\ Leptin jako lék: 90 80 70 JÍ 60 £ 50 | 40 ■&30 o od 20 10 0 0123456789 Age in Years Adapted from Considine, et al.. New Eng J Hed 334:292,1996. Girl with homozygous ob gene mutations i—i—i—i—h 94,5 kg z toho 55,9 kg tuk 1 rok: denně inj. rekombinantního lidského leptinu • - 16,4 kg tuku • redukce chuti na j ídlo • vytvořily se antileptinové protilátky (bez interference s účinkem hormonu!) • (u heterozygotů nebylo takto dosaženo redukce hmotnosti) 8 Plodnost jedince: • 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 ? ) 9 Leptin BLÜÖD-BRAIN BARRIER HYPOTHALAMUS ADIPOSE TISSUE » LEPTIN EXTRACELLULAR REGION TRANSMEMBRANE REGION INTRACELLULAR REGION |5 HORT ISO FORM) INTRACELLULAR. REGION |LONG ISOFORM) jlMnmni, 30113, 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. 10 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 n ££t? Leptin nucleus arcuatus * Pancreatic islnts íiirrůurlfJSťJty psríťTiefltK; adni ß^-adrenoreceptory metabolismus, relaxace střeva, vasodilatace, exprese genů zasahujících do regulace hmotnosti 12 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 13 Leptin a metabolismus: Body Temperature (C) 38 --------- — -------- 37 — 36 — 35 — 34 — 33 — 32 I normal mice ob/ob mice Oxygen Consumption ťrnľ'kgftír) 1200 1100 — 1000 900 000 normal mice ob/ob mice |~~| treated with PBS Q treated with leptin (10 mg/kg) (Adapted from Pellymounter et al., Science 269:540,1995) 14 Leptin Neuropeptide Y Metabolic effects 4-NPY secretion i Food intake ' ..;:-V 4 Body weight t Sympathetic tone ■t tľ„ « , *, j:*™, i . crtei gj cxpcnuHUT Normalization öf gh art: insulin Pancreas V -it:/"'" . Insulin secretion Brain '..-,>■... ■;■■;' ^. y í Leptin synthesis Fat tissue H. M í y hladinu leptinu zv./sn. \: Releasing hormones /-. , .'Leptin level: Glucocorticoid: i;,i -a i; - Releasing hormones h ndocriité effects v Leptin level T4 írtilitv Main functions: Glucose uptake, Fat storage, Metabolism Skeletal muscle .NSC Glucose uptake and metabolism Hepatic glucose production 15 Lep tin: • 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 somatostatins snižuje účinek gonadotropins stimuluje osu hypofýza-nadledvina). • leptin + orexiny mohou být mozkovými mediatory, které vyvolají hypertenzi a energetickou nerovnováhu = obezitu (orexiny = peptidy, regulující příjem potravy v hypothalamu, ale také regulaci kardiovaskulární a sympatiku) • 6 typů receptoru Leptin a tuková tkáň (1): 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 % vyssi) 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 uzen??) • věková závislost jen u dětí a adolescentů • vzestup hodnot s věkem spojen s poklesem rozpustného leptinového receptoru —» vyšší volná frakce Leptin a tuková tkáň (2): • 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: Masivní přejídání 12 h —» zv. o - 50 % z bazálni hodnoty 24 h hladovění —» sn. na - 30 % počátečních bazálních hodnot Podání běžného jídla neovlivňuje koncentraci leptinu. 18 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 —» cirkuluj ící leptin převážně ve vázané formě —> omezení dostupnosti leptinu pro hypothalamické receptory —» nedoj de k inhibičnímu vlivu hypothalamu na příjem potravy neb metabolický zisk energie. 19 Leptin v CSF: • na rozdíl od plasmy je jen nepatrně zvýšen u obézních • poměr CSF-leptin / P-leptin se logaritmicky snižuje s narůstajícím BMI 20 Tvorba leptinu : • tvorba leptinu j e primárně regulována změnami vyvolanými inzulínem v metabolismu adipocytu. • příjem tuku a Fru nezvyšuje sekreci insulinu —> tato forma úhrady energie zv. příjem energie a zv. přírůstek hmotnosti • nedostatečná produkce leptinu —» neplodnost 21 • IR a abdominální obezita -> nízké koncentrace rozpustného leptinového receptoru —> sn. poměr vázaný/volný leptin • u srdečních, déle trvajících vad: zv. P-leptinu + jeho solubilního receptoru —» kardiální kachexie • jaterní cirhóza: zv. P-leptinu, ale nezměněn solubilní receptor 22 Leptinový receptor: G-Actin STAT3 STAT3 \ MAPK samí Gene Transcription and Ion Channels 23 MSH = melanocyty stimulující hormon MCR = receptor pro melanokortin MCH = melanin koncentrující h. CRH = kortikotropin uvolňující h. POMC = proopiomelanokortin CART = kokainem/amfetaminem regulovaný transkript POMC - štěpení podporuje leptin: pro-opio.melano.kortin (285 AA) ACTH (39 AA) prohormon konvertas oc-MSH (13 AA) 1 vazba na receptor MCR4 —> anorektický účinek ß-lipotropin (91 AA) , p.MSH (18 AA) endorfiny (31 - 16 AA) enkefaliny (5 AA) 25 Melanocortin [HTJTl receptor (MC4R) (blocked by AgRP) Ghrelin receptor djljjl NPY/Peptide YY3-3Ó '—» receptor Y2R jinjn Melanocortin ^ receptor (MC3R) A NPY receptor Y1R Leptin receptor or insulin receptor Hypothalamus zx Third ventricle Ghraltn Produced by the stomacii. Conveys information lo the hypothofomus. Actions: * Stimulates appetrle, enhances use of corboliyd rates and r&duces fúl utiliiolion, increases aostric motility and acid secretion and reduces locomotor activity. Peptide W3-3Í Produced in the intestine in response to the presence of food. Conveys information to the hypothalamus Action: • Suppresses oppelilü Iniuiin Produced by the beta cells of the Islets of Langarhons ol !*ie pancreas. Actions: * Promoies transport ot glucose from rh* circulation into tissues ■ Slimulaies uptake al glucose and deposition of glycogen in the liver • Decreases release at glucose by Ihe 11 vac • Decreases food intake and increases energy expanditura acting in Ihe hypothalamus Energy expenditure NPY / AgRP orexigenni POMC / CART anorektické Leptin Produced by white adipose tissue. Conveys information lo the hypothalamus on the amounľ of energy stored in fa! Actions: * Suppresses oppeiile • Affects energy expenditure • Reguläres eufoendocrine function and metabolism PYY3-3Ď Adiponectin Resistin AdipcnBdin Produced by adipose tissue. Action: • Decreases insulin resistance Resistm Produced by adipose tissue. Action: • In rodents, increases nsulin resistance? Action in humans not established Provided by Diagnostic Systems Laboratories, Inc. http://www.leptin-kits.com 26 .. : ■ ■ ADIPONEKTIN 27 Adiponektin: (i996> Mr = 30.000 původ: adipocyty struktura: N-terminální doména - kolagen C-terminální globulární doména - Clq složku komplementu (homo)trimery i vyšší oligomerní struktury - spojení kolagenu podobnými částmi 28 Adiponektin A N-Terminus 1 Signal Variable Collagenous Domair Sequence Region B C'Terminus 244 Globular head domain 29 I 1-M5 Hlim;in Acliponcctin Precursor Atliporiectiri Signal AJipoiiLiUii ľľťťiusnt (222-244). (C ys"), (Hunmi) cnglyadnd\dstftgfllyhdtn AíI i pu nectili Precursor f 78-98)-Ml-, (I In m mu) ĽDIĽETCVPCAEĽPRCFPCIQ-NH, 30 Human Adiponectin Precursor Adiponectin (Human) Si signal sequence gnal secpience ^o- Q G E W ( G A C1q H D C T T M 1 M L L L G A V L L L L A L P 20 21 T T Q G P G V L L P L P K G 40 41 A G I P G H P G H H G A P G R D G R D G 60 61 T P G E K G E K G D P G L I G P K G D I 80 81 G K E G T E G P V G P E G G A A E G P R G F P G I Q G R 100 101 Y P V I Y R R F S T A K F I S F V Y G N L Q E Q 120 121 T Y V T I P N M 140 141 H H Y D G S T G K F H C N I P G L Y Y F 160 161 A Y H I T V Y M K D V K V S L F K K D K 180 181 A M L F T Y D Q Y Q E H H V D Q A S G S 190 201 V L L H L E V G D Q V W L Q V Y G E G E 220 221 R H H D G T L H Y A 244 D í H D N D S T F T G F L L Y 240 241 Maeda, K., et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 221 (2), 286-289 (1996) 31 1 IB 41 107 244 .■■. Fibrous //////////f/ Domain Donw,n f 32 • Adiponektin („adipocytární komplementu příbuzná bílkovina") ~ Clq složka komplementu • P-adiponektin kolem 1 jomol /1 slučuje se do homotrimerů sekrece stimulována insulinem • receptory: AdipoRl (kosterní sval,...) AdipoR2 (jaterní bb.,...) T-cadherin • účinek: inj. —> sn. Glc, nezávislé na insulinu —> zv. citlivosti vůči insulinu 33 Adiponektin: DMI !; .". Typ«H cwi^ ' ■' ' ' ■ ' ■ ■ "."■ I • ^Chronic rcna DM2 Normal öbeAy Adiponektin vs. ostatní adipokiny: Adiponectin T Latini TNF-ai *- -Fat tissue PPARy * Resistin 4 **"^*r Free fatty acids 4 Insulin sensitive Liyer • Lipid synthesis 4 • Glucose production 4 hypertrophy Blood Fat tissue / • Glucose 4 • Free tatty acids 4 Adiponectin 4 LeptitiT * TNF-aT ' \> ResisttaT Free fatty acids T Insulin resistant Skeletal muscle ♦ Triglyceride production 4 ♦ Free fatty acid oxidation T ♦ Energy dissipation T * peroxisome proliferator-activated receptor y □ 100 MO 300 Visceral fat area (cnť) pokles adiponektinu vs. ostatní adipokiny ! n g/ml eo-i eo- Plasma PAl-1 0 100 200 300 Visceral fat urea (cm') pokles plasminogenu —> zv. koagulace 35 Adioponektin v cévách qO I I III IV v ^ CällflQMI vazba na „liché" typy kolagenu 36 • negativní korelace mezi obezitou a adiponektinem • sn. adiponektin —> IR + hyperinsulinémie (DM2 má sn. adiponektin) • Thiazol.idin.di.ony —> antidiabetika (zv. adiponektin u IR pacientů) = PPARy agonisté (jaderný receptor pro hormony) —» stimulace exprese genu pro adiponektin • Malé adipocyty: vylučují „insulin zcitlivující hormon", adiponektin, leptin,... Velké adipocyty: sn. „insulin zcitlivující hormon", zv. „insulin resistentní hormon"—> IR + obezita / 1 thiazoLidin.diony agonisté „peroxisome proliferator-activated receptor 7" stimulují expresi genu adiponektinu 38 „Ochrana" cév _~_ ^ AJt Adiponectin adiponektinem: ndothelial cells ^=>^= ' Smooth muscle cells • antiatherogenní a protizánětlivy účinek (sn. ztluštění „neointimy" u cévních poškození a sn. adhezi molekul) • adiponektin -^ sn. TNFa (v monocytu/makrofagu a pěnovitých bb.) • (adiponektin -^ sn. u postižení koronárních arterií, dále: u DM2, u mužů, u hypertenze a obezity) 39 • 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 40 • P-adiponektin: negativní korelace: k BMI, k % tělesného tuku, ke koncentraci insulinu na lačno, k P-tag pozitivní korelace: k HDL cholesterolu • zv. P-adiponektin - zv. insulinová senzitivita zv. Glc tolerance 41 42 GI Uť u it- FFAs J* F PA ~* P-UÄÍdíStÍDn_______. FFA Triglyceride "^ r Triglycerid* + Adipanectln + Adipocyte PPARy LĽpUn dcfleäency/^ V resistance -----k Caloric excess r TZDí 43 RESISTIN 44 Resistin: (2001) M. = 12.500 92 AA (jako monomer) 1 1Ô17 22 108 AA = „prepeptid": Resistin {Human) 42 43 51 63 65 7274 78 8ocyte-dei K/ed mediatoi of insulin lesistance 47 D "O S Ä thiazoLidin.diony 49 • 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) 50 Circulating Insutfn Resistance Factors Adipocyte Macrophage Mouse TN Fa TMFa - RJESISTIN IL-6 IL-6 Human TNFa TNFa RESISTING------- IL-G IL-6 51 VISFATIN 52 VISFATIN visceral ▼ fat insulin-like ? 53 VISFATIN (2005): • tvořen viscerální tukovou tkání • váže se na insulinové receptory • koncentrace visfatinu je úměrná viscerálnímu tuku 55