Peptidhormonok: receptorok, szignáltranszdukció és biológiai funkciók

A peptidhormonok aminosavlncokból felépülő vegyi hírnökök. Specializált sejtek termelik őket, gyakran nagyobb prekurzormolekulákból alakítják át, meghatározott élettani jelekre reagálva szabadítják fel, majd más sejtek és szövetek aktivitásának összehangolására használják fel.

A működésük azonban nem magából a tényből adódik, hogy léteznek peptidekkel. A biológiai válasz elsősorban attól függ, hogy az adott sejt rendelkezik-e a megfelelő receptorral és azzal a sejten belüli jelátviteli mechanizmussal, amely lehetővé teszi a kapott jel értelmezését.

Az inzulin, a glukagon, a glukagonszerű peptid-1 (GLP-1), a vazopresszin, a parathormon (PTH), a gonadotropin-felszabadító hormon (GnRH) és a pitvari nátriuretikus peptid (ANP) ebbe a széles csoportba tartoznak. Azonban nagyon eltérő élettani rendszerekben vesznek részt.

A „peptidhormon” kifejezés tehát egy kémiai kategóriát és a biológiai kommunikáció egy módját írja le, nem pedig egyetlen közös hatást.

Például az emberi GLP-1-vizsgálatok a tápcsatorna és az inzuláris elválasztás közötti kommunikációra vonatkoztak, míg a vazopresszinfüggő vízcsatornák vizsgálatai a vesék általi vízháztartás-szabályozásra összpontosítottak. Ezek különböző élettani rendszerek, amelyek eltérő receptorokat, célszöveteket és válaszmechanizmusokat használnak. [1] [2]

A peptidhormon hatása a legegyszerűbben úgy érthető meg, ha az egész folyamatot elejétől a végéig végigkövetjük:

prekurzor szintézise → molekula feldolgozása → tárolás → felszabadulás → receptor általi felismerés → intracelluláris szignáltranszdukció → sejtválasz → visszacsatolás és a szignál leállítása.

Mindezek a szakaszok befolyásolhatják a végső biológiai választ.

Ez a megközelítés egyúttal segít elkerülni egy fontos félreértést. Egy peptid kimutatása, a receptorhoz való kötődésének megfigyelése, a másodlagos hírnök mérése és az egész szervezet szintű élettani válasz kimutatása a bizonyítékok különböző szintjeit jelenti. A teljes körű értelmezéshez annak megállapítására van szükség, hogy ezen lépések közül melyiket vizsgálták valójában.

Mik azok a peptidhormonok?

biológiai jelet továbbító aminosav-lánc

A peptidhormonok kapcsolódó aminosavmaradékokból állnak peptidkötésekkel.

Némelyik viszonylag rövid lánc, míg mások lényegesen nagyobb molekulák, és fehérjehormonokként is említhetők.

A hormonrendszer biológiájában ezek a kategóriák részben átfedik egymást. A peptidhormonokra vonatkozó terminológia aminosavakból felépülő szignálmolekulákat foglal magában, és nem igényli egyetlen univerzális lánchossz-határ létezését sem, amely elválasztaná az összes peptidet az összes fehérjétől.

A „hormon” szó elsősorban egy molekula szignálszerepét írja le, és nem kizárólag a kémiai szerkezetét.

A klasszikus endokrin rendszerben egy sejt vagy szövet hormont bocsát ki a vérkeringésbe, így az képes kifejteni hatását a szervezet más részein található, rá reagáló sejtekre.

A biológiai kommunikáció azonban nem korlátozódik kizárólag erre a mechanizmusra. A kapcsolódó molekulák részt vehetnek a szomszédos sejtek közötti helyi kommunikációban és a sejtszintű jelátvitel más formáiban is.

Így önmagában a kémiai szerkezet tehát nem elegendő ahhoz, hogy egy adott peptidet hormonnak tekintsünk.

Sok peptid közé tartozik többek között a következő:

• köztes metabolitok;
• nagyobb fehérjék töredékei;
• szerkezeti elemek;
• intracelluláris szabályozó molekulák;
• fehérjelebomlási termékek;
• a hormonrendszerhez nem kapcsolódó egyéb funkciókat betöltő molekulák.

A hormonális szerep megerősítéséhez a kutatóknak általában olyan bizonyítékokra van szükségük, amelyek összekapcsolják az adott molekulát a termelődésével, a szabályozott felszabadulásával, a célsejtekkel, valamint a élettani hatásával.

A korai humán GLP-1-vizsgálatok jól illusztrálják ezt a megközelítést.

A kutatók GLP-1-hez kapcsolódó anyagot mutattak ki a belekben, és annak szintemelkedését figyelték meg a vérben szájon át történő glükózbevitel vagy étkezés után. Egy kis léptékű infúziós kísérletben a GLP-1 egy meghatározott formája befolyásolta az inzulin- és glükózválaszt. [1]

Ezek a megfigyelések együttesen alátámasztották e molekula fiziológiai szignál szerepének koncepcióját.

Ez a vizsgálat azonban nem tekinthető olyan bizonyítéknak, amely alátámasztana minden egyes mechanizmust, klinikai alkalmazást vagy a GLP-1 biológiájára vonatkozó későbbi állítást.

A célszejteket a válaszkészség határozza meg

A hormon áthaladhat számos sejt mellett anélkül, hogy mindegyikben ugyanazt a választ váltaná ki.

Ahhoz, hogy egy sejt reagálni tudjon, általában rendelkeznie kell a megfelelő receptorral és az annak aktiválódása után keletkező jel továbbítását lehetővé tevő sejtnedvi molekuláris mechanizmusokkal.

A receptorok felismerik a molekulák bizonyos tulajdonságait.

Afelismerés függhet többek között a következőktől:

• aminosav-szekvenciának;
• térbeli szerkezet;
• rakomány elhelyezése;
• kémiai módosítások;
• receptor konformációjának;
• a megfelelő kötőfelületek elérhetőségének.

Az a tény, hogy egy adott molekula peptid, még nem jelenti azt, hogy képes aktiválni egy másik peptidhormon receptorát.

A receptorok száma szintén számít.

A nagy számú funkcionális receptorral rendelkező sejt eltérően reagálhat, mint az, amelyik kevesebbel rendelkezik. A választ befolyásolhatja továbbá a receptorok elhelyezkedése, módosulásai, a velük kölcsönhatásba lépő fehérjék, valamint a korábbi stimuláció is.

Még két azonos receptorral rendelkező szövet is reagálhat eltérően, mivel különböznek a sejten belüli jelátviteli gépezetükben.

A receptor aktiválása befolyásolhatja többek között a következőket:

• enzimaktivitás;
• iontranszport;
• membráncsatornák;
• buborékmozgatás;
• kiválasztás;
• anyagcsere;
• fehérjefoszforilezést;
• génátírás;
• ezeknek a folyamatoknak a kombinációját.

A receptorhoz való kötődés tehát csak a hatás mechanizmusának magyarázatának a kezdete, nem pedig a biológiai hatásra vonatkozó kérdés teljes válasza.

A peptidhormonok számos különböző szervrendszerben vesznek részt

Ezek a példák eltérő fiziológiai funkciókat mutatnak be, nem pedig a peptidcsoporthoz tartozásból fakadó közös előnyöket.

Az inzulinreceptor-kináz aktivitását, a GLP-1 fiziológiáját, a vizeletben található aquaporin-2-t, a kalcium–PTH-választ, a GnRH-impulzusok ritmusát és az ANP-receptorokat vizsgáló kutatások különböző, egymástól független hormonrendszerek különböző elemeit elemzik. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Emiatt az egyik peptidhormonra vonatkozó eredményeket nem szabad automatikusan átültetni egy másikra csak azért, hogy mindkét molekula ugyanabba a széles kémiai kategóriába tartozik.

Hogyan képződnek és szabadulnak fel a peptidhormonok?

Számos hormon először nagyobb prekurzor-molekulaként jön létre

Számos peptid hormon kezdetben nagyobb molekulákként, úgynevezett preprohormonokként szintetizálódik.

A „pre-” előtag általában olyan szignálpeptidre utal, amely segít az újonnan szintetizálódó molekulát a sejt szekréciós útvonalára irányítani.

Ennek a szekvenciának az eltávolítása után a fennmaradó prekurzort általában prohormonnak nevezik.

A további feldolgozás a érett hormon kialakulásához vezethet, és bizonyos esetekben több biológiailag jelentős termékhez is.

A klasszikus szabályozott szekréciós útvonalban a kialakuló prekurzor a plazmamembránon belüli hálózatba kerül, majd áthalad a Golgi-apparátuson, és a megfelelő szekréciós kompartimentumokba kerül.

A molekulától függően a további lépések magukban foglalhatják:

• gyűrődés;
• diszulfidhidak képződése;
• enzimatikus hasítás;
• láncvégmódosítások;
• más vegyi módosítások;
• rendezés;
• csomagolás a kiválasztódási szemcsézet szerint.

Ezek a folyamatok nem minden peptid hormon esetében ugyanúgy zajlanak le.

Egy prekurzor tartalmazhat több potenciális peptidterméket, és a különböző sejttípusok ugyanazt a prekurzort eltérő módon dolgozhatják fel.

A gén által kódolt aminosav-szekvencia tehát nem feltétlenül felel meg közvetlenül egy, a véráramban jelen lévő érett hormonnak.

A prekurzor feldolgozása befolyásolja, hogy milyen hormon keletkezik.

A proglukagon különösen jó példa erre, mivel a hasnyálmirigy és a bél szövetei ugyanabból a prekurzorból különböző molekuláris termékeket képesek előállítani.

Az emberi szövetek vizsgálata során immunokémiai és kromatográfiás módszereket alkalmaztak a hasnyálmirigyben és a vékonybélben található, a glukagonhoz kapcsolódó különböző molekulaminták azonosítására. [7]

Későbbi sejtkísérletekben a PC2-t és a PC3-at lebontó enzimek szerepét elemezték, wobei a PC3-at gyakran PC1/3-ként is emlegetik.

Az eredmények azt mutatták, hogy az enzimatikus környezet erősen befolyásolta, hogy a feldolgozás a hasnyálmirigyre vagy a bélre jellemző mintázatra hasonlított-e. A vizsgálatok feltárták továbbá a hasítás összes lépése izolált enzimatikus rendszer segítségével történő újrateremtésének korlátait is. [8]

Az általános szabály fontos:

A prekurzorszekvencia határozza meg a lehetséges termékeket, míg az adott sejtben jelen lévő feldolgozási mechanizmusok segítenek meghatározni, hogy a molekuláris formák közül melyek fognak ténylegesen létrejönni.

Ennek a laboratóriumi mérések szempontjából is van jelentősége.

Egy olyan teszt, amely több, egyetlen prekurzorhoz kapcsolódó formát ismer fel, eltérő eredményeket adhat, mint egy kifejezetten egyetlen érett hormon kimutatására tervezett módszer.

Ezért a megadott koncentrációt együtt kell értelmezni azzal az információval, hogy az alkalmazott analitikai módszer pontosan milyen molekuláris formákat detektál.

A szekrényes granulumok lehetővé teszik a szabályozott felszabadulást

Számos endokrin sejt raktározza a feldolgozott peptidhormonokat szekréciós granulumokban.

A megfelelő inger megjelenését követően a szabályozott sejtszintű mechanizmusok a granulumok és a sejtmembrán egyesüléséhez vezetnek.

Tartalmuk ezután exocitózissal kijut a sejtből.

A raktározás lehetővé a felszabadulás gyors fokozását anélkül, hogy az egyes felszabaduló molekulák szintézisét a inger megjelenésének pontos pillanatában a kezdeti űrlaptól kellene elkezdeni.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy minden szemcseméret egyformán könnyen hozzáférhető lenne az azonnali felszabaduláshoz.

A sejtek funkcionálisan eltérő szemcsésségi készleteket tartalmazhatnak, és a tartós elválasztás további termelést, feldolgozást és a készletek feltöltését igényli.

A hormon felszabadulása tehát egy aktívan szabályozott sejtszintű folyamat, nem pedig a sejttartalom passzív kiáramlása.

Emberi hasnyálmirigy-szigetek és béta-sejtek vizsgálatai kimutatták, hogy a Munc18c exocitotikus fehérje mennyiségének csökkenése károsítja az inzulinszekréciót, és megváltoztatja annak felszabadulását a különböző granulumkészletekből. [9]

Ezek az eredmények közvetlenül alátámasztják a specializált membrángyűri-mechanizmusok szerepét.

Ugyanakkor nem jelentenek teljes magyarázatot az inzulinszekréciót szabályozó összes molekuláris folyamatra.

Különböző hormonrendszerek különböző ingerekre reagálnak

Az egyes endokrin sejtek különböző fiziológiai jelekre reagálnak.

Ezek közé tartozhatnak:

• tápanyagkoncentrációk;
• elektromos aktivitás;
• neurotranszmitterek;
• további hormonok;
• jony obecne poza komórką;
• ozmotikus viszonyok;
• mechanikai változások;
• különböző szabályozási ösztönzők kombinációi.

A sejt belüli kalcium gyakran vesz részt a szekréciós hólyagok fúziójában, de a kalciumjel kialakulásához vezetési folyamatok sejttípusonként eltérőek.

A hasnyálmirigy béta-sejtjeiben például a glükóz-metabolizmus szorosan összefügg az elektromos aktivitással, a kalciumbeáramlással és az inzulint tartalmazó granulumok felszabadulásával.

A hipotalamusz neuroendokrin sejtjei ezzel szemben idegi, hormonális és élettanijelek komplex hálózatában működnek.

Ezért nem lenne helyes az egyik részletes szekréciós útvonalat az összes peptidhormon univerzális mechanizmusaként bemutatni.

Kísérleti szempontból szintén fontos a hormon szintézisének és elválasztásának a megkülönböztetése.

A kortikotropin-felszabadító hormont termelő patkány-neuronok vizsgálata kimutatta, że a génaktiváció és a szekrécióval kapcsolatos válaszok eltérő reakcióküszöbbel rendelkeznek tartós stressz során. [10]

A hormon fokozott felszabadulása tehát nem feltétlenül jelenti azt, hogy az előalakját kódoló gén transzkripciója ugyanolyan mértékben és pontosan ugyanabban az időben változik.

Az idő és a kiválasztás ritmusa információt hordozhat

A hormonexpozíciót nem kizárólag az átlagos koncentrációja írja le.

Az időbeli minta a következőket foglalhatja magában:

• különálló impulzusok;
• impulzusfrekvencia-változások;
• impulzusamplitúdó-változások;
• tartósan emelkedett koncentráció;
• cirkadián ritmus;
• az étkezéssel, az alvázzal, a stresszel vagy más élettani eseményekkel kapcsolatos válaszok.

A különböző időbeli mintázatok eltérő sejtválaszokhoz vezethetnek.

A GnRH-hiányos hím patkányokon elvégzett kísértek kimutatták, hogy a GnRH-impulzusok különböző frekvenciái a gonadotropin-alegységek eltérő transzkripciós mintázatait idézték elő. A válasz magában foglalta mind a közvetlen GnRH-jelátvitelt, mind az agyalapi mirigy helyi szabályozási mechanizmusainak változásait. [5]

Ezek a vizsgálatok segítenek megmagyarázni, hogy a hormonális jel időzítése és ritmusa miért képes biológiai információkat hordozni.

Az ilyen állatkísérletek eredményeit azonban nem szabad emberi adagolási sémákra átültetni.

A vérben mért hormonkoncentráció tehát csupán egy dinamikusan változó rendszer pillanatképe egy adott időpontban.

Az értelmezés függhet a következőtől:

• a minta vételi idejének;
• pulzáló jellegű elválasztásának;
• mért molekuláris formájú;
• a a legutóbbi élettani események;
• kizárási sebességek;
• az alkalmazott teszt sajátosságai.

Receptorok és sejtjelátvitel

Mi történik, amikor egy peptidhormon eléri a célssejtet?

A legtöbb peptidhormon a sejtfelszínen vagy közvetlenül ahhoz kapcsolódó receptorokhoz való kötődéssel kezdi meg a hatását.

A hormon és a receptor kapcsolata megváltoztatja annak aktivitását vagy konformációját, lehetővé téve az információ továbbítását a sejt belsejébe.

A jel tehát átjut a membránon a receptorrendszer révén.

A peptidion hormonnak általában nem kell önmagában áthatolnia a lipid sejtmembránon és szabadon bejutnia a citoplazmába a szignáltranszdukció elindításához.

Ez lehetővé teszi annak megértését, hogy egy vizes környezetben viszonylag jól oldódó sejtközötti molekula hogyan képes befolyásolni a sejten belüli folyamatokat.

A további lefolyás a receptor típusától függ.

A peptidhormon-receptorok több, mechanizmusukban eltérő osztályba tartoznak.

Némelyik a következőn keresztül továbbítja a jelet:

• heterotrimer G-fehérjék;
• receptorhoz kapcsolódó enzimek;
• saját kinázaktivitásának;
• a guanilát-cikláz aktivitása;
• más jelátvivő fehérjék.

Általános séma:

hormon → receptor → sejten belüli jel → sejtválasz

nagyon hasznos.

Az összes peptidhormonra jellemző egyetlen közös intracelluláris jelátviteli útvonal azonban nem létezik.

G-fehérjéhez kapcsolt receptorok és másodlagos hírvivők

Sok peptidhormon közvetít jeleket G-fehérjéhöz kapcsolódó receptorokon, azaz GPCR-eken keresztül.

Ezek olyan membránfehérjék, amelyek a sejt belsejében található G-fehérjékkel kommunikálnak, és befolyásolhatják az enzimeket, az ioncsatornákat, valamint a másodlagos hírvivő rendszereket.

Az egyik fontos másodlagos hírvivő a ciklikus AMP (cAMP).

Egy tipikus cAMP-útvonalon a receptor aktiválása hatással van az adenilát-ciklázra, azaz a cAMP termeléséért felelős enzimre.

A cAMP-koncentráció változásai ezt követően befolyásolhatják a további jelátviteli fehérjék aktivitását.

Más GPCR-receptorok eltérő mechanizmusokat használhatnak.

Mi fontos, nem minden GPCR receptor növeli a cAMP-koncentrációt.

Egyes receptor- és G-fehérje-kombinációk csökkenthetik a termelődését, míg mások elsősorban a kalciumhoz vagy más sejten belüli folyamatokhoz kapcsolódó útvonalakat szabályozzák.

Annak a kijelentése, hogy a hormon „másodlagos hírvivőt használ”, tehát egy általános szignáltranszdukciós stratégiát ír le, nem pedig egyetlen univerzális molekuláris mechanizmust.

Egy korábbi, patkány hasnyálmirigy-szigetsejt sejtvolunalon végzett vizsgálat megállapította, hogy a GLP-1 feldolgozott formája növelte a cAMP-szintet, az inzulinhoz kapcsolódó mRNS szintjét, valamint az inzulinfelszabadulást. [11]

Ez a kísérlet összekapcsolta a sejten kívüli peptidjelet a sejten belüli biokémiai változásokkal és a génexpresszióval.

A következtetések azonban továbbra is helytállóak az alkalmazott modellre és a kísérleti feltételekre vonatkozóan.

Kalcium-jelátvitel és jelerősítés

Egy másik gyakori GPCR-útvonal a foszfolipáz C-t magában foglalja.

A aktivációja sejten belüli közvetítők, például inozitol-trifoszfát (IP3) és diacilglicerin (DAG) képződéséhez vezethet.

Az IP3 elősegítheti a kalcium felszabadulását a sejten belüli raktárakból, míg a DAG részt vehet a protein-kináz C aktiválásában.

Ezek a folyamatok segítenek átalakítani a receptor aktiválódását a sejt aktivitásának megváltozásává.

Ez azonban nem egy olyan útvonal, amelyet minden peptidhormon-receptor használ.

A szignálkaszkádok szintén képesek erősíteni a jelet.

Egy aktivált receptor a láncban lejjebb található számos molekulával léphet kölcsönhatásba, és egy aktivált enzim számos másodlagos hírvivő molekulát képes előállítani.

Ez magyarázatot ad arra, hogy miért képes egy viszonylag gyenge sejtközönsi jel időnként jelentős sejtválaszt kiváltani.

A jel erősítése azonban nem korlátlan.

Erősségét és időtartamát egyebek mellett a következők befolyásolják:

• receptorok száma;
• Az enzimek rendelkezésre állása;
• a szubsztrátumok rendelkezésre állása;
• visszacsatlási mechanizmusok;
• foszfataz;
• másodlagos adatközpontok károsodása;
• receptor-desenzibilizáció;
• A célcellák funkcionális lehetőségei.

A másodlagos adatrögzítő tehát a szakaszon belüli közvetítő elem, és nem a fizikai végtermék.

Fontosak a típusuk, a koncentrációjuk, a helyszíne és az időtartamuk, valamint a sejt azon képessége, hogy ezt a jelet konkrét válaszra alakítsa át.

Az inzulinreceptor másként működik

Az inzulinreceptor egy receptor-kináz, amely a tirozin-származékokat metabolizálja.

Ezért az elsődleges jelző mechanizmusa alapvetően különbözik a klasszikus GPCR mechanizmusétól.

Az inzulin kötése a receptor belső membránjában található kináz-enzim aktiválódását eredményezi.

A aktivált receptor bizonyos pontokat foszforilál a fehérjékben, és újabb jelrendszereket indít el.

A tisztított inzulinreceptorokat felhasználó biokémiai vizsgálatok a tirozin-autofoszforilációt a kinázaktivitás növekedésével kapcsolatták össze.[3]

Ezek az kísérletek lehetővé tették a receptor fontos tulajdonságainak meghatározását.

A megtisztított receptor azonban nem képes reprodukálni az egészséges izomsejtekben, a májban, a zsírszövetben vagy más inzulinra reagáló szövetekben zajló folyamatokat.

A legfontosabb következtetés egyszerű:

A peptidhormonok különböző receptorosztályokat aktiválhatnak.

Az inzulin fontos példa arra, hogy miért nem lehet a peptidhormonok jelzését egyetlen mondatban összefoglalni:

„A hormonpeptid kötődik a GPCR-hez és növeli a cAMP-et”.

Ez a mechanizmus egyes rendszerekre vonatkozik, de nem az egész csoportra.

A natriuretikus peptidreceptorok képesek cGMP-t termelni

Az ANP egy másik receptormechanizmus példája.

A guanyl-cikláz-receptorja a ciklikus GMP (cGMP) képződésével van összefüggésben.

A cGMP és az cAMP ciklikus nukleotidok, de nem ugyanazt a molekulaanyagot alkotják és más enzimrendszerek részvételével jönnek létre.

A natriuretikus peptidreceptorokra vonatkozó mutációs kísérletek azt mutatták, hogy a kinázszerű szabályozó régió fontos szerepet játszik a receptor aktivitásának szabályozásában. Az e régióban bekövetkezett változások a szabályozás elvesztéséhez vagy a tipikus hormonális stimuláció nélkül előforduló aktivitáshoz vezethetnek. [6]

Ebben az esetben fontos a pontos terminológia.

A kinázra emlékeztető domén jelenléte nem jelenti azt, hogy a receptor ugyanazt a tirozin kináz mechanizmust használja, mint az inzulin receptor.

Fontolja meg a receptor architektúráját, annak katalitikus aktivitását és a mérhető biokémiai termék típusát.

A felszínen való kötődés nem jelenti azt, hogy a receptor mindig ott marad.

Aktivált receptorok endotoxezíthetnek, azaz a sejtmembránból a belső membránnal körülvett területekbe mozognak.

Ez a folyamat különbözik attól, hogy a peptidhormon szabadon átjut a lipid membránon a citoplazmába.

A megváltozott humán vesemolekuláris sejtekben a kutatók nyomon követték az ANP receptorok mozgását a sejtfelszíni rétegekbe, miközben a cGMP-termelés továbbra is fennmaradt. [12]

Ezek az megfigyelések azt mutatják, hogy a receptor transzportja és a jelzés egyidejűleg is megtörténhet.

Nem bizonyítják azonban, hogy minden receptor az internalizáció során azonos módon küldi a jeleket, vagy hogy az összes mértek CGMP-t egy adott sejtkamrában képződött.

Ezért a peptidhormonok általában a felületi receptorok révén indítják el a jelzést, ez egy hasznos általánosítás.

Az a megállapítás, hogy a peptidhormonok és azok receptorai soha nem férhetnek be a sejtbelső tartományokba, viszont túlságosan kategorikus lenne.

A celluláris válasz gyors, késleltetett vagy mindkét lépést magában foglalhatja.

A receptorjelemzés képes megváltoztatni a sejten már jelen lévő fehérjék aktivitását.

Ezek a mechanizmusok viszonylag gyors válaszokat eredményezhetnek.

A jelzőszögek hatással lehetnek a fehérjék transzkripciójára és szintézisére is, ami hosszabb távon kifejlődő hatásokhoz vezet.

Mindkét mechanizmus egyidejűleg előfordulhat.

Ez az azonos jelzőrendszer okozhatja a gyors biokémiai változásokat és az azt követő transzkripciós változásokat.

A GLP-1 vizsgálatban a sejtekben mind a jelölési változásokat, mind az inzulin génének expresszióját mérték, ami azt mutatja, hogy a sejtfelületen kezdődő jelölést nem szabad úgy tekinteni, mint ami képes lenne befolyásolni a magban zajló folyamatokat. [11]

A másodlagos adatrögzítő koncentrációjának emelkedése azonban csak egy szintű bizonyítékot jelent.

A teljes fiziológiai hatás igazolása a vizsgálati kérdés függvényében a következő szintjeinek összekapcsolásával történik:

receptor aktiválása → intracelluláris jelzés → sejtkimenődés → szöveti válasz → teljes szervezet fiziológiája.

Peptid hormonok és szteroid hormonok

Egyéb kémiai alapanyagok

A peptidhormonok aminosav-láncokból állnak össze.

A szteroid hormonok a koleszterintől képződnek és jellegzetes szteroidgyűrűs szerkezetet mutatnak.

A kémiai különbségek befolyásolják a két hormoncsoport által adott jel folyamatát, a szintézist, tárolást, szállítását, az észlelését és a továbbítását.

A peptidhormonok általában jól működnek vízi környezetben, de általában nem jutnak át a membrán hidrofób belsején az egyszerű diffúzió útján.

A szteroid hormonok jobban összehangolódnak a lipid környezettel, és képesek behatolni a sejtkamrák receptorrendszerébe.

Sok szteroid hormon részben a transzportmolekulákkal kötődik.

A peptidhormonok szállítási tulajdonságai az egyes molekulák között eltérnek.

Ez általános fiziológiai szabályokról szól, és nem minden egyes tag számára egyértelműen meghatározott szabályokról.

A molekuláris módosítások, a kötőfehérjék, a receptorfajták és a szöveti környezet változtathatják a részleteket.

A receptorok klasszikus összehasonlítása

A klasszikus összehasonlítás hasznos a hormonális biológia tanulmányozásában.

Nem szabad azonban mindkét kategóriát teljesen elkülönülő jelzővilágokként megjeleníteni.

Egy peptid- és szteroid-indukált jelzésről szóló publikációban leírták a szteroidok gyors hatásának bizonyítékait, amely nem igényel új fehérje-szintézist. [13]

Ez a forrás egy olyan áttekintés, amely többek között tudományos vitákra épül, és nem egyetlen olyan kísérletre, amely egyetlen univerzális mechanizmust bizonyítana minden szteroidhormon esetében.

Miért olyan egyszerű az „a peptidek gyorsan hatnak, a szteroidok pedig lassan”?

Néhány peptide hormonra adott válasz gyorsan jelentkezik, mivel a jelátviteli útvonalok a sejten belül már jelen lévő fehérjéket módosítják.

A peptid-irányítás azonban befolyásolhatja az új fehérjék transzkripcióját és szintézisét is, lassabban kifejlődő válaszokat eredményezve.

Másrészt a szteroid hormonok nem csak a transzkripciótól függő lassú hatásokra korlátozódnak.

A tudományilag hasznosabb kérdések ezek:

• Melyik hormonot vizsgálják?
• Mely receptor aktiválódik?
• Melyik intracelluláris útvonal indítódik meg ezután?
• Milyen biológiai hatást mérnek?
• Milyen idő elteltével végeztek mérést a stimuláció után?

A későbbi transzkripciós válaszhoz képest a későbbi másodlagos transzmitteri válasz összehasonlítása a mérhető hatás meghatározása nélkül félrevezető lehet a „gyors” és a „nem gyors” hormonok megkülönböztetésében. [11] [13]

Mindkét hormoncsalád egymáshoz igazítható

A peptid- és szteroidhormonok gyakran azonos endokrin hálózatokban működnek együtt.

Jó példa erre az ösztrusz stresszre adott válaszok száma.

A hypothalamusból és a hypophysisből származó peptidjelektródák részt vesznek a szteroidok termelésének szabályozásában a mellékvesék által, míg a glikokortikoidok a korábbi elemekre ható visszacsapó rendszerben működő kapcsolódási folyamatokban vesznek részt.

A visszajelző rendszer azonban nem lehet egy azonnali „bekapcsolás–lekapcsolás” kapcsolóként képzelni.

A CRH neuronok vizsgálata patkányokon azt mutatta, hogy a glikokortikoszteroidokhoz kötött génkifejtés, aktiválás és visszacsapódás a provokáló jelzés típusától és a mérést végző pillanatától függött. [10]

Ez egy részletesebb hormonális szabályozási modellet támogat, amelyben az rendszer egyes elemei különböző időskálákon reagálhatnak.

Visszafordulás és jelzés befejezése

A negatív visszacsapás segít a fiziológiai paraméterek stabilizálásában

A negatív visszacsapódás akkor jelentkezik, amikor a fiziológiai válasz következményei csökkentik az újabb jelzést előidéző hatást.

A szabályozható paraméter többek között tartalmazhatja:

• Az tápanyagok hozzáférhetősége;
• ionok koncentrációja;
• vízkérőgazdaságot;
• vérmennyiség;
• a endokrin rendszer működése;
• Egy másik fiziológiai paraméter.

Jó példa erre a kalcium–PTH rendszer.

A hiányos juxtakomórás kalcium szint általában elősegíti a PTH kiválasztását, míg a túlzott szint megakadályozhatja ezt a kiválasztást.

Egy egészséges fiatal férfiak részvételével végzett vizsgálatban megfigyelték, hogy a kalcium-stimulátor alkalmazása után csökkent a vér PTH-szintje. [4]

Ez a vizsgálat körülményei között előforduló fiziológiai összefüggést mutatja be.

Bár nem jelent alapul szolgálatot a kiegészítő táplálkozásról szóló javaslatokhoz, nem képes előre megjósolni az egyes betegségekben előforduló minden válaszformát.

A visszacsapó erő több szinten is hatással lehet, többek között a következő módon:

• hormon termelés;
• a előfutár termelését;
• génátírás;
• a receptorok érzékenysége;
• A jelzés további lépései;
• a endokrin szervrendszerek közötti kölcsönhatásokat.

Lehet, hogy ez bizonyos késéssel is működik.

Ezért a rövid távú válaszokat és a hosszú távú adaptációt nem szabad automatikusan ugyanaznak az eljárásnak tekinteni.

A hormonok károsodása csökkenti a kioldódási időt

A peptidhormonokat enzimek bomlasztják, ami megváltoztatja azok molekuláris szerkezetét és biológiai aktivitását.

Az eltávolításuk során a konkrét molekula függvényében a szövetek, a vese, a máj és egyéb eliminációs folyamatok is részt vehetnek.

A GLP-1 vizsgálatok szerint az N-végén rövidített metabolit keletkezett az emberi vérben, és arra utalnak, hogy a IV-es dipeptid-lipáz (DPP-IV) szerepet játszott ebben a reakcióban. A kutatók a nem megváltozott peptidet is megkülönböztették a metabolitjaiktól az emberekből származó mintákban. [14]

Ez a megkülönböztetés fontos, mivel a sérthetetlen hormon eltűnése és a kapcsolódó peptidcsoportok megjelenése nem ugyanazt jelenti.

Hasonlóképpen, az izolált plazma-vizsgálatban mért peptid stabilitását nem szabad automatikusan összekapcsolni a teljes aktivitási idejével az élő szervezetben.

A megfigyelt időbeli folyamatokat befolyásolhatja a kiválasztódás, a szállítás, a véráramlás, a szövetek által történő felszívódás, az enzimatikus bomlás és az elimináció.

A mobiltelefon is kikapcsolja a saját válaszát

A jel lezáródása nem csupán a hormon keringésből való kivonásától függ.

A sejtek számos olyan mechanizmust tartalmaznak, amelyek csökkentik a sejtfelületen történő jelzéseket.

Például:

• A G fehérjék visszatérhetnek inaktív állapotukba;
• A ciklikus nukleotidok bomlanthatók;
• A fehérje-foszfatázok képesek foszfor csoportokat eltávolítani;
• A sejtbelső kalciumkoncentrációja és eloszlása visszatérhet a pihenőértékek irányába;
• A jelzőfehérjék gátolhatók;
• A receptorok deszenzitizálódhatnak;
• A receptorokat más sejtkamrákba is át lehet helyezni.

Ezek a mechanizmusok számos ellenőrző pontot biztosítanak.

A hormon továbbra is jelen lehet, miközben a sejt kevésbé reagál rá.

Másfelől egyes intracelluláris következmények bizonyos ideig fennmaradhatnak az hormon koncentrációjának csökkenése után a sejten kívül.

Ezért az útvonal egyetlen elemének mérése nem teszi lehetővé az egész jelzőhálózat állapotának meghatározását.

A deszenzitizálás megváltoztatja a receptor érzékenységét

A deszenzitizálás azt jelenti, hogy a rendszer válasza csökken a folyamatos vagy ismétlődő stimuláció során.

A receptor típusától függően a mechanizmusok a következők lehetnek:

• receptor-foszforilációt;
• defosforiláció;
• a kommunikációs rendszer megváltoztatását a jelzőpartnerrel;
• receptor internalizációját;
• receptorok száma változása;
• A további jelekben részt vevő fehérjék változásai.

Az A-ciklus guanyl-szintetikus receptor vizsgálatában leírtuk az ANP-vel kapcsolatos összetett foszforilációs és defoszforilációs mintát, amely a válaszcsökkenéssel függ össze. [15]

A eredmények nem alátámasztották azt a egyszerű modellt, amely szerint minden foszforiláció aktiválja a receptorokat, és minden defoszforiláció pedig kikapcsolja őket.

A receptor internalizációját sem szabad automatikusan az adó jel teljes lezárásával összekeverni.

A következmények a receptor típusától, a célsejtek belsejében elfoglalt helyétől, a regenerálódás lehetőségétől, a degradációtól és attól függenek, hogy a jelzés továbbra is a sejtkamrák belsejében folytatódik-e.

Mit mutat a hormonmérő mérés, és mit nem?

A hormon koncentrációjának mérése több folyamat eredménye lehet, amelyek egyidejűleg zajlanak:

gyártás + feldolgozás + elválasztás + elosztás − degradáció − felszívódás − elimináció.

Az analitikai módszer szintén képes észlelni:

• nem sérült hormon;
• előző molekulák;
• metabolitok;
• a szétválás során keletkezett részek;
• néhány kapcsolódó molekulaszerű formát.

A felismerhető formák attól függenek, hogy milyen konstrukciót alkalmaznak a teszt során.

A GLP-1 degradációjának vizsgálatában ezt a problémát a kromatográfiás eljárás és az immunológiai vizsgálatok kombinációjával, valamint a metabolit szerkezeti azonosításával elemezték. [14]

A megkülönböztetés fontos volt, mivel az összesszereplő immunreakciót reprezentáló eredmény nem kellett kizárólag a sérülésmentes, biológiailag releváns peptid mérésével egyeznie.

A hormon koncentrációja, a receptorhoz való kötődés, a másodlagos transzmitter termelése, a génexpresszió és a fiziológiai funkció tehát különböző méréseknek felelnek meg.

Ezeknek a szintjeinek összekapcsolása sokkal erősebb mechanista magyarázatot eredményez, mint az egyetlen eredményt a teljes hormonális rendszer reprezentációjaként kezelni.

Gyakran ismételt kérdések

1. A peptidhormonok behatolnak-e a sejtekbe?

A peptidhormonok többsége a receptorokkal kötődve indítja el a jelzést a sejtfelszínen, ahelyett, hogy szabadon áthaladna a sejtmembránon keresztül a citoplazmába. A receptorhoz kötött későbbi internalizáció azonban olyan komplexek átvitelét eredményezheti, amelyek hormon–receptor-komplexeket vagy kapcsolódó receptorrendszereket hoznak létre a membránon kívüli intracelluláris réseken. A ANP receptor vizsgálatában az ANP receptor mozgását figyelték meg, miközben a cGMP-termelés továbbra is fennmaradt egy adott sejtmodellben. Ez nem jelenti azt, hogy a hormon szabadon áthaladna a membránon, és nem bizonyítja azt sem, hogy minden peptidhormon ugyanazt a mechanizmust alkalmazza. A sejtfelszíni első felismerés és a receptorhoz kötött későbbi internalizáció egymástól független jelölési lépések. [12]

2. Mindegyik peptide hormon?

Nem. A peptid elsősorban az aminosavakra alapozott molekulaszerkezete alapján határozható meg, a hormon pedig a fiziológiai kommunikációban betöltött szerepének alapján határozható meg. A hormonfunkció megerősítéséhez olyan adatokra van szükség, amelyek a termelésre, a szabályozott felszabadulásra, a reagáló szövetekre, a receptoros aktivitásra és a biológiai válaszra vonatkoznak. Az emberekben végzett korai GLP-1-vizsgálatok azt mutatják, hogy a különböző bizonyítékok együttesen megerősíthetik a hormon szerepét. Sok más peptid fehérjekivonatok, metabolikus molekulák, struktúrális összetevők vagy olyan funkciókat látnak el, amelyek nem kapcsolódnak a hormonrendszerhez. A peptidszálak önmagukban nem elegendőek ahhoz, hogy egy molekula hormont jelenthessen. [1]

3. Mi történik először, amikor a peptidhormon eljut a célsejthöz?

Általában a hormon először hat a megfelelő receptorra a sejt felszínén vagy közvetlenül vele kapcsolatban. A kötődés megváltoztatja a receptor aktivitását vagy konformációját, és indítja el a belső sejtkimenő jelzéseket. A további folyamat a receptor osztályától függ. Az inzulinreceptor esetében a vizsgálatok a foszforilációs tirozinaktivációval és a kinázaktivitással kapcsolatosan mutatták ki a receptor aktiválódását. Ezek a megfigyelések egyetlen specifikus receptorrendszerre vonatkoznak, nem pedig az összes peptidhormonra. Ezért a megfelelő receptor azonosítása az egyik első lépés az adott sejtek válaszának megértéséhez. [3]

4. Hogyan hatnak a peptidhormonok a célsejtekre?

A peptidhormonok a receptorok által aktivált külső jelek útján hatnak a sejtekre. Ezek megváltoztathatják az enzimek aktivitását, a membránokon keresztül történő szállításokat, az ionháztartást, a kiválasztást, a metabolizmust, a fehérje foszforilációját és a génexpressziót. A májgyulladásos tumorsejtekben a GLP-1 befolyásolta az cAMP-szintet, az inzulinnal kapcsolatos mRNA-t és az inzulin felszabadulását. Ez a kísérlet számos szinten mutat be egy peptidhormon hatását a sejtre, de nem jelenti azt, hogy minden szövet ugyanúgy reagál. A végeredmény az adott hormontól, a receptortól, a belső mechanizmusoktól, a sejtnedvességtől és a kísérleti vagy fiziológiai környezettől függ. [11]

5. Miért reagálnak egyes sejtek a hormonra, míg mások nem?

Az agyalapú sejteknek általában megfelelő funkcionális receptorokat és a kapott jel feldolgozására szükséges jelzőmechanizmusokat kell rendelkezniük. Azonban a hormon magában nem garantálja a választ. A receptorok száma, szerkezete, elhelyezkedése, kötőfehérjéi és a sejtek korábbi stimulálása fontosak. A natriuretikus peptid hormonok receptorainak mutációit vizsgáló vizsgálatok kimutatták, hogy a szabályozó régióban bekövetkezett változások zavarhatják a hormonfüggő aktivációt. Bár ezek kísérleti vizsgálatok voltak, jól mutatják, hogy a hormon jelenlétével együtt fontos a receptor szerkezete és a sejtes környezet is. [6]

6. Hogyan különbözik a prehormon a prohormonnal?

A preprohormon egy jelzőláncot tartalmaz, amely általában segít az újonnan szintetizált molekula a kiválasztó útvonalra irányulásában. Ezen lánc eltávolítása általában prohormon keletkezését eredményezi, amely később további szétválasztási és módosítási lépéseknek van kitéve, amelyek egy vagy több érett termék kialakulását eredményezik. A proglukagon vizsgálatai azt mutatják, hogy a végtermékek erősen függnek a szövetektől és az ezekben található metabolizáló enzimektől. Ezért a preprohormon, a prohormon, az intermediárius forma és a érett hormon különböző molekuláris szakaszokat jelölnek, nem pedig az azonos anyag különböző elnevezéseit. [7] [8]

7. Lehet-e egy elődező anyag különböző hormonok képződését eredményezni?

Igen. A különböző sejtek képesek ugyanazt a prekursoranyagot különböző termékekké átalakítani, mivel rendelkeznek más enzimmechanizmusokkal. Az emberi proglukagon vizsgálataiban megfigyelték, hogy a hasnyálmirigyben és a bélben eltérő termékmintákat mutatnak a különböző sejtek, és későbbi kísérletek elemezték a PC2 és PC3 szerepét ezek kialakulásában. Az eredmények nem jelentenek azt, hogy minden fajban, szövetben vagy fiziológiai állapotban azonos folyamat történik. Azonban egy általános elvet mutatnak: mind a prekursorlánc, mind a sejtfunkciók környezete befolyásolja, hogy mely érett peptidtermékek végül létrejönnek. [7] [8]

8. Miért tárolódnak a peptide hormonok a szemcsepegekben?

A mellékvese-hormonok termelése előre elkészített készletet biztosít a hormon számára, amely a megfelelő fiziológiai jelzés megjelenése után felszabadulhat. Így a kiválasztódás gyorsan növekedhet anélkül, hogy minden egyes molekula pontosan az adott pillanatban kellene szintetizálódnia. A mellékvese-hormonok aktívan szabályozhatók, és a különböző pulzusaik eltérhetnek a felszabadítási készségüketől. Az emberi béta sejtekkel végzett kísérletek arra utalnak, hogy az Munc18c szerepet játszik az inzulin felszabadításában a különböző mellékvese-hormon pulzusaiban. A mechanizmus nem magyarázza az endokrin sejtek működését, de azt mutatja, hogy a specializált egzocytotikus szerkezet hogyan kapcsolódik a tárolás és a szabályozott kiválasztódás között. [9]

9. Minden peptidhormon cAMP-et használ?

Nem. Az cAMP fontos másodlagos kommunikációs molekula egyes peptidhormon receptorok számára, de az egész csoport számos különböző receptorrendszeren keresztül kommunikál. Az inzulin a tirozin kinázát aktiválja, az ANP pedig a cGMP-termeléshez kapcsolódó receptorokat aktiválja. Egyéb peptidhormonok különböző GPCR-rendszereket is használhatnak, beleértve az intracelluláris kalcium-szintet szabályozó rendszereket is. Az inzulin- és ANP-receptorok vizsgálata azt mutatja be, hogy a peptidhormonok jelölése nem egyetlen cAMP-szal kapcsolható útvonalra történhet. Ennek érdekében először meghatározni kell a konkrét hormont és annak receptorját. [3] [6]

10. Lehet, hogy a peptidhormonok megváltoztatják a génexpressziót?

Igen. A sejtfelszínen kezdődő jelzés az intracelluláris útvonalakon keresztül továbbítható és végül befolyásolhatja a transzkripciót. A GLP-1 vizsgálatokban a patkányoknak szánt sejtekben megfigyelték az inzulin-mRNA változásait, míg a GnRH impulzusokkal végzett kísérletek patkányoknál gonadotropin-egységek transzkripciós változásait mutatták ki. Ezek a megfigyelések konkrét modellekre vonatkoznak, és nem jelentenek azt, hogy minden peptidhormonra adott válasz új génexpressziót igényel. Ugyanakkor azt mutatják, hogy a membránreceptorok által kezdeményezett jelzés mind gyors biokémiai folyamatokat, mind pedig hosszabb időtartamú transzkripciós szabályozást befolyásolhat. [5] [11]

11. A peptidhormonok mindig gyorsabban hatnak, mint a szteroidhormonok?

Nem. A válaszsebesség a receptor, a jelvezeték, a vizsgált biológiai hatás és a mérés időtartamától függ. A peptidhormonok gyorsan módosíthatják a meglévő fehérjekutatást, de befolyásolhatják a génexpressziót és későbbi válaszokat is. Az endokrinológiai szakirodalom pedig gyorsan ható szteroidokat ír le, amelyek nem igényelnek új fehérjekutatást. Az ebben a cikkben használt szteroidforrások áttekintést jelentenek, nem pedig egyetlen döntő kísérletet. A pontosabb megkülönböztetés inkább a molekuláris kémia és a receptormechanizmusok között szól, mintsem a „gyors peptidek” és a „szabad szteroidok” egyszerű megkülönböztetésén. [11] [13]

12. Miért fontos a hormonális impulzusok frekvenciája?

A sejtek másként reagálnak a ismétlődő impulzusokra, a különböző impulzusfrekvenciákra és a folyamatos expozícióra, még akkor is, ha minden esetben ugyanaz a hormon felelős. A GnRH-hiányban szenvedő patkányokban az impulzusfrekvenciák változása befolyásolta a hypophysis gonadotropin-alanyok transzkripciós mintáit és a helyi szabályozó válaszokat. Ezek az kísérletek megerősítik a hormon időbeli jelentőségét ebben a biológiai modellben, de nem határozzák meg az emberi hormon adagolási rendjét. Az információs hormon így nem csak a molekula koncentrációjával, hanem az időbeli mintával is kódolható, ahogyan a célsejtek a hatása alatt állnak. [5]

13. Mi az a negatív visszacsatolás a peptidhormon-regulációban?

A negatív visszacsapódás akkor jelentkezik, amikor a folyamat következményei csökkentik az azt indító hatóanyagot, vagy a hormonok korábbi komponenseinek aktivitását. Például a kalciumszint szabályozása: egy egészséges férfiak részvétele mellett végzett kontrollos vizsgálatban a kalciumhoz való hozzáférhetőség növekedése összefüggött a PTH koncentrációjának csökkenésével. Ez a kísérlet nem tükrözi minden betegségstátust vagy a hosszú távú adaptációt, hanem azt mutatja, hogy a szabályozott paraméter miként továbbítja a visszajelzést az endokrin rendszerhez. A negatív visszacsapódás magában foglalhat a kiválasztást, a génexpressziót, a receptorok érzékenységét, más hormonok hatását és számos egyéb szabályozási szintet. [4]

14. Hogyan szűnik meg a peptidhormon jelzés?

Néhány mechanizmus egyidejűleg működhet. A sejten kívül található hormon enzimhatású módon bomlik le, a szövetekben felszívódik vagy a vérkeringésből kiválasztódik. A receptorok kevésbé érzékennyé válhatnak, vagy a sejtek különböző rétegei között mozoghatnak, míg a másodlagos átvevőket pedig lehet degradálni és a fehérje foszforilációját visszafordítani. A GLP-1 vizsgálatok során enzimhatású metabolitot azonosítottak, az ANP receptor vizsgálata pedig a deszenzitizációt azonosította az említett foszforiláció változásaival. Ezen mechanizmusok egyikét sem lehet egyetemesen alkalmazni minden hormonra. A jelek végén a legjobb megérteni, hogy ez egy együttes kontroll, mind a külső kommunikációs rendszeren, mind a erre reagáló sejtekben. [14] [15]

15. Mit jelent a receptor deszenzitizálása?

A desenzitizáció azt jelenti, hogy a receptorrendszer egy folyamatos vagy ismétlődő stimuláció során kezd gyengébb választ generálni. A receptorfüggően ez változhat a foszforiláció változásaival, a jelzőfehérjékkel való együttműködés módjával, a receptor mozgásával, a receptor száma változásaival vagy a szakaszon belüli további elemek adaptációival. A ANP-receptorra vonatkozó kísérletekben a válaszcsökkenést azonos foszforilációs változási mintával összefüggő változásokkal társították. Ez nem jelenti azt, hogy minden receptor ugyanúgy desenzitizálódik, és hogy a csökkent válasz jelenti a receptor károsodását. A desenzitizáció funkcionális változás, amelynek mechanizmusát egy adott rendszerenként külön kell meghatározni. [15]

16. Az emelkedett hormonkoncentráció mindig erősebb hatást jelent?

Nem. A hormon koncentrációja csak egy a számos tényező közül, amelyek befolyásolják a biológiai választ. A receptorok száma, a receptorok elfoglaltsága, a intracelluláris jelátviteli rendszer, a visszacsatolás, a korábbi expozíció, a deszenzitizáció és a célsejtek aktuális fiziológiai állapota is fontosak. Az ANP receptor deszenzitizációjával kapcsolatos kísérletek azt mutatják, hogy a receptor érzékenység csökkenthet, annak ellenére, hogy a aktíváló hormonnal fennálló expozíció fennmarad. Ezek az kísérleti adatok nem képesek előre megjósolni az egyéni hormonválaszt egyetlen koncentráció-mérés alapján. A hormon koncentrációja és a biológiai válasz kölcsönösen összefüggenek, de nem egy és ugyanaz a paraméter. [15]

17. Lehet-e a hormonális teszttel detektálni az inaktív vagy módosított részeket?

Igen, attól függően, hogy milyen módszert alkalmaznak a molekula azon részének azonosítására, amelyre a vizsgálat irányul. A GLP-1-vizsgálatok bebizonyították, hogy a sérült hormont és az N-végén rövidített metabolitokat megkülönböztetni fontos az immunológiai vizsgálati eredmények értelmezése során. A két formát felismerő teszt választhat más kérdésre is, mint az egyedileg a sérült peptid kimutatására tervezett módszer. A korlátozás tehát a konkrét analitikai módszertől függ. A teszteredmény aktív hormon koncentrációjának értelmezése előtt meg kell állapítani, hogy mely molekulatípusokat valóban észlelik. [14]

18. A peptidhormonok és a fehérjeprófilaktikus hormonok teljesen különböző kategóriákba tartoznak?

Nem feltétlenül. A terminológia részben egyezik, mivel mindkét csoport aminosavláncokból áll, és nincs általánosan elfogadott határérték, amely a peptidhormonokat minden fehérjeprotein hormonnal ellentétben elválasztaná egymástól. „Hormon” kifejezés a jelző szerepet jelenti, míg a „peptid” és a „fehérje” fogalmak a molekuláris felépítés és a méret szempontjából értendők. A gyakorlatban a nagyobb aminosav szerkezetű hormonokat gyakrabban fehérjeforrással, míg a rövidebbeket peptidekkel határozzák meg. Az pontos név azonban kevésbé informatív, mint a konkrét molekula, annak érett struktúrája, receptorja és kísérletileg igazolt funkciója azonosítása.

19. Lehet-e ugyanaz a peptidhormon másként működni különböző szövetekben?

Igen. A hormon működése nem csak a receptor felismeréséből függ, hanem a célsejten belül található molekuláris mechanizmusokból is. A különböző szövetek különböző számú receptorral, neurotranszmitterekkel, enzimekkel, transzporterekkel, transzkripciós faktorokkal és szabályozó fehérjékkel rendelkezhetnek. Ennek eredményeként ugyanaz a receptor nem feltétlenül eredményez pontosan azonos fiziológiai hatást minden sejtkörnyezetben. Ezért a hormonos jelzést legjobb esetben úgy lehet értelmezni, mint a külső sejtjelet és a válaszképes konkrét sejten belüli interakciót, és nem mint egyetlen hormonszövetben véglegesen rögzített hatást.

20. A másodlagos adagoló mérése elegendő-e a fiziológiai hatás megerősítéséhez?

Nem. Az cAMP-, cGMP-, kalcium- és foszforilációs szintjeinek változása vagy más intracelluláris jelzés bizonyítja, hogy egy adott szekvencia reagált, de nem garantálja automatikusan a teljes hatást a szövet vagy az egész szervezet szintjén. A GLP-1-vizsgálatban a cAMP-szint változásait a komplementer végpontokkal kapcsolták össze, míg az inzulin- és ANP-receptorok vizsgálata más meghatározott biokémiai lépéseket elemezett. [3] [6] [11] A szilárd mechanisztikai magyarázatnak meg kell különböztetnie a receptoraktivációt, a intracelluláris jelzést, a sejtfunkciót, a szöveti válaszokat és az egész szervezet biológiai működését, ahelyett, hogy egyetlen mérést tekintenének mindezek szintjeinek bizonyítójává.

A peptidhormonokkal kapcsolatos vizsgálatok értelmezésének korlátai

A hormonális jelzőmechanizmusok alapjaitól a szélesebb biológiai következtetésekre való áttérés során számos korlátozást kell szem előtt tartani.

Először is, a peptidhormonok nem egy funkcionálisan egységes csoportot alkotnak. Az inzulin, a GLP-1, a vazopressin, a PTH, a GnRH és az ANP az aminosavakra alapuló hormonok széles kategóriájába tartoznak, de különböző receptorokon keresztül hatnak és a különböző fiziológiai rendszerekben részt vesznek. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Másodszor, a prekurzor felismerése nem feltétlenül jelenti azt, hogy a kifejlett hormon felismerése is megtörténik. A szövetfüggő metabolizmus különböző termékek előállításához vezethet ugyanazon prekurzorból, mint például a proglukagon vizsgálata. [7] [8]

Harmadszor, a szintézis és a kiválasztódás különböző folyamatok. A hormon fokozottabb felszabadulása nem szükségszerűen jelentheti az elődeje generáló génének transzkripciójának egyidejű és megegyező növekedését. [10]

Negyedszer, a receptorhoz való kötődés nem egyenértékű a teljes fiziológiai válaszgal. A jelzés több molekuláris szinten zajlik, és a különböző sejtek különböző válaszokat fejthetnek ki ugyanazon receptor aktiválásából.

Ötötként, a sejtkultúrákban és a megtisztított receptorokban végzett vizsgálatok nem reprodukálják az egész szervezetet. Fontos információkat nyújthatnak a molekuláris mechanizmusokról, de a következtetéseket a használt kísérleti rendszerrel kell összefüggésben kellene megfogalmazni. [3] [6] [11] [12]

Hatodikul, az idő fontos. A hormonra való impulzív és folyamatos expozíció különböző válaszokat eredményezhet, és egyetlen vérvizsgálat nem tükrözi a teljes kiválasztási ritmust. [5]

Hétként a hormonvizsgálatok molekuláris különbségekkel rendelkeznek. Egyes módszerek képesek felismerni a metabolitokat, a prekurzorhoz kapcsolódó molekulákat vagy több formát egyszerre, a nem módosított hormon mellett. [14]

Nyolcadra, a receptor internalizációja nem szükségszerűen jelenti a jelzés azonnali befejezését, mivel a receptor transzportja és a jel átadása bizonyos körülmények között egyidejűleg is megtörténhet. [12]

Negyedszer, az érzékenység-elvonás a receptorfüggő. Az egyetlen receptorra jellemző mechanizmusokat nem szabad automatikusan alkalmazni minden peptidhormonreceptorra. [15]

Végre a kémiai osztályozás nem erősíti meg a gyógyászati hatást, előnyöket vagy terápiás hasznosságot. A bizonyítékokat egy meghatározott hormonra és egy kísérleti rendszerre nem szabad általánosan alkalmazni más, nem kapcsolódó peptidekre kizárólag azért, mert ezek szintén aminosav-szerkezetűek.

Összefoglaló

A peptidhormonok az aminosavakból álló jelzőanyagok, amelyek lehetővé teszik a kommunikációt a sejtek és a szövetek között számos fiziológiai rendszerben.

A biológiai működésük sokkal összetettebb, mint az egyszerű állítás, hogy a peptid kötődik egy receptorhoz.

A számos peptidhormont először nagyobb prekursor-molekulákként termelik, majd egy adott szövetre jellemző feldolgozási lépések mentén csomagolódnak a kiválasztódó sejtfóliákba, és a szabályozott fiziológiai jelekre adott válaszban felszabadulnak. A proglukagon és az inzulin sejtfóliák feldolgozási mechanizmusainak vizsgálata azt mutatja, hogy a prekursorok és a kiválasztódás mechanizmusa milyen hatással van arra, hogy melyik hormon jut be a külső membránba és mikor szabadul fel. [7] [8] [9]

A hormonszármazékok felszabadulása után általában a sejtfelületen található receptorok révén kezdődik a jelzés, de ezek a receptorok több különböző molekulatípushoz tartoznak.

Néhány hormon a GPCR-eket és más, másodrendű transzdukciós mechanizmusokat, például a cAMP-et vagy a kalciumhoz kötött útvonalakat használja.

Az inzulin a receptoros tirozin kinázát használja.

Az ANP a cGMP termelésével kapcsolatos receptoron keresztül működik.

Ezek a példák azt mutatják, hogy nem létezik egyetlen univerzális intracelluláris útvonal, amely minden peptidhormonra egyformán igaz lenne. [3] [6] [11]

A celluláris válasz is különböző időbeli skálákon fejlődhet.

A jelzés gyorsan módosíthatja a meglévő fehérjéket, befolyásolhatja a kiválasztást vagy a szállításot, majd géntranszkripciós változásokhoz vezethet. Az időbeli minták, például a hormonok pulzáló kiválasztása, önmagukban biológiailag fontos információkat hordozhatnak. [5] [11]

A hormonális jelzés is aktívan korlátozódik.

A hormon degradációja, a szövetek által történő eliminációja, a intracelluláris jelzések eltorzulása, a receptorok elmozdulása, a deszenzitizáció és a negatív visszacsapódás együtt segítenek a válasz erőjének és időtartamának szabályozásában. [4] [12] [14] [15]

Így tehát a legfontosabb szabályt az alábbiakban összefoglalhatjuk:

A biológiai peptidhormonok működését nem csak azért lehet megjósolni, mert peptidek. A funkciójuk az egész jelzőrendszerből ered: attól függően, hogy milyen molekulatípus keletkezik, hogyan feldolgozzák és felszabadítják, milyen receptor felismeri őket, hogyan értelmezi a célsejt a receptorjelzést, hogyan változik a expozíció az idő múlásával, és hogyan korlátozza és végül lezárja a választ.

Jogi nyilatkozat

A cikk kizárólag oktatási és tudományos-információs jellegű. A peptidhormonok biológiai alapjait, a prekursorok feldolgozását, a kiválasztást, a receptor-jeleket, a visszacsere mechanizmusait, a degradációt és az e publikált vizsgálatokból származó példákat ismerteti. Nem jelenteti magát orvosi tanácsul, diagnosztikai útmutatónak, kezelési javaslatnak, adagolási útmutatónak, vagy peptidhormonok vagy kapcsolódó anyagok alkalmazásával kapcsolatos ajánlásoknak. A biokémiai, sejtbiológiai, állatkísérleti és emberi vizsgálatok eredményeit a projekt, a körülmények, a vizsgált populáció és az egyes munkák korlátai összefüggésében kell értelmezni.

Hivatkozások

1. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: Egy fiziológiai incretin az emberben. The Lancet, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9
2. Elliot, S., Goldsmith, P., Knepper, M., Haughey, M., & Olson, B. (1996). Az aquaporin-2 ürülése a vizeletben az emberben: lehetséges marker a gyűjtőcső-érzékenységnek a vasopressinre adott válaszban. The American Society of Nephrology Journal, 7(3), 403–409. https://doi.org/10.1681/ASN.V73403
3. Kwok, Y. C., Nemenoff, R. A., Powers, A. C., & Avruch, J. (1986). Az inzulinreceptor-tyrozin-protein-kináz kinetikai tulajdonságai: aktiválódása az inzulin által serkentett, specifikus, intramolekuláris autofoszforilációval. Biokémiai és Biofizikai Archívum, 244(1), 102–113. https://doi.org/10.1016/0003-9861(86)90098-6
4. Ortolani, S., Scotti, A., & Cherubini, R. (2003). A csontreszorpció és a mellékvesehormon-termelés gyors csökkentése a kalcium akut orális alkalmazásával egészséges felnőtt férfiakban. Journal of Endocrinological Investigation, 26(4), 353–358. https://doi.org/10.1007/BF03345184
5. Burger, L. L., Dalkin, A. C., Aylor, K. W., Haisenleder, D. J., & Marshall, J. C. (2002). A gonadotropin-alapvető molekulák transzkripciójának GnRH impulzusfrekvenciás modulációja: az elsődleges transzkripciós vizsgálat alapján a GnRH és a follistatin szerepéről szóló bizonyítékok. Endokrinológia, 143(9), 3243–3249. https://doi.org/10.1210/en.2002-220216
6. Koller, K. J., de Sauvage, F. J., Lowe, D. G., & Goeddel, D. V. (1992). A kinázszerű szabályozó domén megőrzése elengedhetetlen a natriuretikus peptide receptor-ganyilil-cikláz aktiválódásához. Molekuláris és sejtbiológia, 12(6), 2581–2590. https://doi.org/10.1128/mcb.12.6.2581-2590.1992
7. Orskov, C., Holst, J. J., Poulsen, S. S., & Kirkegaard, P. (1987). A proszulfagon hasnyálmirigyben és bélben történő metabolizálódása az emberben. Diabétológia, 30(11), 874–881. https://doi.org/10.1007/BF00274797
8. Rouillé, Y., Martin, S., & Steiner, D. F. (1995). A proglucagon differenciált feldolgozása a subtilisin-szerű prohormon konverázok (PC2 és PC3) által, hogy glukagon vagy glukagon-szerű peptideket hozzanak létre. Biological Chemistry Journal, 270(44), 26488–26496. https://doi.org/10.1074/jbc.270.44.26488
9. Zhu, D., Xie, L., Karimian, N., Liang, T., Kang, Y., Huang, Y. C., & Gaisano, H. Y. (2015). A Munc18c közvetíti a pre-dokkolt és az újonnan érkező inzulin granulák exozitózisát, amely alapja a biphasikus glükóz-stimulált inzulin kiválasztásnak az emberi hasnyálmirigy béta-sejteiben. Molekuláris metabolizmus, 4(5), 418–426. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2015.02.004
10. Tanimura, S. M., Sanchez-Watts, G., & Watts, A. G. (1998). Peptid gén aktiválása, kiválasztódása és szteroid visszacsatolás a patkányok neuroendokrin korticotropin-felszabadító hormon neuronjainak stimulációja során. Endokrinológia, 139(9), 3822–3829. https://doi.org/10.1210/endo.139.9.6191
11. Drucker, D. J., Philippe, J., Mojsov, S., Chick, W. L., & Habener, J. F. (1987). A glukagon-szerű peptide I stimulálja az inzulin génkifejezését és növeli a ciklikus AMP szintet egy patkányi agyi agyvelő sejtvonalban. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 84.(10), 3434–3438. https://doi.org/10.1073/pnas.84.10.3434
12. Mani, I., Garg, R., Tripathi, S., & Pandey, K. N. (2015). A guanylyl-cikláz/natriuretikus peptid receptor-A szubceluláris szállításának folyamata egyidejű intracelluláris cGMP-termelés mellett. Bioscience Reports, 35(5), cikk e00260. https://doi.org/10.1042/BSR20150136
13. Watson, C. S. (1999). A plazma membránon belüli peptid- és szteroidhormonok közös jelzőjelei. A tudomány STKE-je, 1999(12), PE1. https://doi.org/10.1126/stke.1999.12.pe1
14. Deacon, C. F., Johnsen, A. H., & Holst, J. J. (1995). Az emberi plazmában végzett in vitro vizsgálatok során a glukagon-szerű peptide-1 lebomlása egy N-végén levágott peptidet eredményez, amely az in vivo jelentős endogén metabolit. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 80(3), 952–957. https://doi.org/10.1210/jcem.80.3.7883856
15. Schröter, J., Zahedi, R. P., Hartmann, M., Gassner, B., Gazinski, A., Waschke, J., Sickmann, A., & Kuhn, M. (2010). A guanylyl-cikláz A homologus deszenzitizációja, az atrial natriuretikus peptid receptor, komplex foszforilációs mintával társul. The FEBS Journal, 277(11), 2440–2453. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2010.07658.x