‹#› 1 ☼ ‹#› 2 © Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2010 A D I P O K I N Y ‹#› 3 Adipokiny (adipocytokiny): TNFa v adipocytu 1993 leptin 1994 resistin 2001 adiponektin 1996 adipsin 1988 visfatin 2005 JINÉ REGULAČNÍ PEPTIDY/BÍLKOVINY: ghrelin 1999 PYY NPY AGRP ‹#› 4 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 ‹#› 5 Adipokiny (2): cytokiny = obecný název pro velký počet malých bílkovin, které mají stimulační/inhibiční vliv na proliferaci, diferenciaci a funkci buněk imunitního systému ‹#› 6 Adipokiny (3): PAI-1 = inhibitor aktivátoru plasminogenu, 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 ‹#› 7 Adipokiny a insulinová resistence (IR): resistin + TNFa ® zv. IR leptin + adiponektin ® sn. IR zv. = zvýšen/í sn. = snížen/í ‹#› 8 ‹#› 9 TNFa 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 ‹#› 10 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 ‹#› 11 Peroxisom (2) : ● metabolizují mastné kyseliny, 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“ ‹#› 12 thiazolidindiony = agonisté „peroxisome proliferator-activated receptor g“ +) (PPAR) stimulují expresi genu adiponektinu +) „receptor aktivovaný peroxisomovým proliferátoren“ – nukleární receptor, transkripční faktor ‹#› 13 LEPTIN ‹#› 14 leptos leptoV = tenký ® „štíhlý“ Leptin (1994) vs. leptinová resistence ! ‹#› 15 weblableptinweb Leptin Mr = 16.000 původ: diferencované adipocyty (fundus žaludku, kosterní sval, játra, placenta, ...) • info o množství skladované energie v adipocytech ® hypothalamus ‹#› 16 Leptin ‹#› 17 tubby_miceweb Leptin ob – gen: ob/ob mutace a normální myš ‹#› 18 obmutation Deficit leptinu (ob-gen): heterozygotní mutace leptinového genu ® IR a hyperlipidemie homozygotní mutace ® ... zv. tělesné hmotnosti: ‹#› 19 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: ‹#› 20 • 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: ‹#› 21 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. ‹#› 22 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 ‹#› 23 hypothalamus Leptin nucleus arcuatus b3-adrenoreceptory metabolismus, relaxace střeva, vasodilatace, exprese genů zasahujících do regulace hmotnosti ‹#› 24 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 ‹#› 25 leptin Leptin a metabolismus: zkratka: PBS = phosphate buffered saline [´fosfeit ´bafәd seili:n/seilain] fyziologický roztok tlumený fosfátem ‹#› 26 leptin Leptin hladinu leptinu zv./sn. ‹#› 27 Leptin zv. glukokortikoidy insulin TNF-α, IL-1 sn. katecholaminy T3 / T4 cAMP androgeny ‹#› 28 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 ‹#› 29 • 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??) • věková závislost jen u dětí a adolescentů • vzestup hodnot s věkem spojen s poklesem rozpustného leptinového receptoru ® vyšší volná frakce Leptin a tuková tkáň (1): ‹#› 30 • 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): ‹#› 31 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. ‹#› 32 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 ‹#› 33 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 • nedostatečná produkce leptinu ® neplodnost ‹#› 34 • 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 cirhoza: zv. P-leptinu, ale nezměněn solubilní receptor ‹#› 35 leptinSIGNAL Leptinový receptor: ‹#› 36 leptin_energie MSH = melanocyty stimulující hormon MCR = receptor pro melanokortin MCH = melanin koncentrující h. CRH = kortikotropin uvolňující h. POMC = proopiomelanokortin CART = kokainem/amfetaminem regulovaný transkript POMC = pro.opio.melano.kortin je stimulován ke štěpení leptinem PC = prohormon.konvertasa (štěpí): MSH = -melanocyty.stimulující hormon, jeho vazba na receptory MC4-R – anorexigenní účinek SNS = sympatický nervový systém ‹#› 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 podporuje leptin : 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 („adipocytární komplementu příbuzná bílkovina“) ~ C1q složka komplementu • P-adiponektin kolem 1 mmol / l slučuje se do homotrimerů sekrece stimulována insulinem • receptory: AdipoR1 (kosterní sval, ...) AdipoR2 (jaterní bb., ...) T-cadherin • účinek: inj. ® sn. Glc, nezávislé na insulinu ® zv. citlivosti vůči insulinu ‹#› 43 adiponektin adiponektin adiponektin Adiponektin vs. ostatní adipokiny: DM1 DM2 Adiponektin: * *peroxisome proliferator-activated receptor g = receptor aktivovaný peroxisomovým proliferátorem (transkripční faktor) ‹#› 44 pokles adiponektinu vs. ostatní adipokiny ! pokles přeměny plasminogenu ® zv. koagulace Plasminogen → plasmin (= fibrinolysin) PAI = inhibitor aktivátoru plasminogenu ‹#› 45 Adioponektin v cévách: vazba na „liché“ typy kolagenu ‹#› 46 • 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 • Malé adipocyty: vylučují „insulin zcitlivující hormon“, adiponektin, leptin, ... Velké adipocyty: sn. „insulin zcitlivující hormon“, zv. „insulin resistentní hormon“® IR + obezita ‹#› 47 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: ‹#› 48 • 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 ‹#› 49 • P-adiponektin: negativní korelace: k BMI, k % tělesného tuku, ke koncentraci insulinu na lačno, k P-tag pozitívní korelace: k HDL cholesterolu • zv. P-adiponektin ~ zv. insulinová senzitivita zv. Glc tolerance ‹#› 50 PPAR ‹#› 51 ADI-Nature-med ‹#› 52 RESISTIN ‹#› 53 Mr = 12.500 92 AA (jako monomer) 108 AA = „prepeptid“: Resistin: (2001) Resistin215 ‹#› 54 Resistinpicture02 Účinek resistinu: ‹#› 55 • 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) ‹#› 56 resistin_akce resistin_akce resistin_akce ‹#› 57 VISFATIN ‹#› 58 VISFATIN visceral fat insulin-like ? ‹#› 59 • tvořen viscerální tukovou tkání • váže se na insulinové receptory • koncentrace visfatinu je úměrná viscerálnímu tuku VISFATIN (2005): ‹#› 60