Peptidni hormoni: receptorji, signalizacija in biološke funkcije

Peptidni hormoni so kemični prenašalci, zgrajeni iz verig aminokislin. Specializirane celice jih proizvajajo, pogosto obdelajo iz večjih predhodnih molekul, jih sprostijo kot odziv na določene fiziološke signale in jih nato uporabijo za usklajevanje delovanja drugih celic in tkiv.

Vendar njihovo delovanje ne izhaja že iz samega dejstva, da obstajajo. peptidi. Biološki odziv je odvisen predvsem od tega, ali ima posamezna celica ustrezen receptor in znotrajcelični signalni mehanizem, ki omogoča tolmačenje prejetega signala.

Inzulin, glukagon, glukagonu podobni peptid-1 (GLP-1), vazopresin, obparathormon (PTH), gonadotropin sproščajoči hormon (GnRH) ter atrijski natriuretični peptid (ANP) spadajo v to široko skupino. Vendar pa sodelujejo v zelo različnih fizioloških sistemih.

Izraz „peptidni hormon” tako opisuje kemijsko kategorijo in način biološke komunikacije ter ne enega samega skupnega učinka.

Na primer, študije GLP-1 pri ljudeh so se nanašale na komunikacijo med prebavnimi deli in izločanjem inzulina, medtem ko so se študije vodnih kanalov, ki se odzivajo na vazopresin, osredotočale na uravnavanje ravnovesja vode v telesu s strani ledvic. To sta ločena fiziološka sistema, ki uporabljata različne receptorje, ciljna tkiva in odzivne mehanizme. [1] [2]

Delovanje peptidnega hormona je najlažje razumeti, če sledimo celotnemu procesu od začetka do konca:

sinteza prekurzorja → obdelava molekule → shranjevanje → sproščanje → prepoznava s strani receptorja → znotrajcelično signaliziranje → celični odziv → povratna zanka in prekinitev signala.

Vsaka od teh stopenj lahko vpliva na končni biološki odziv.

Tak pristop prav tako omogoča izogibanje pomembnemu nesporazumu. Odkritje peptida, opazovanje njegove vezave na receptor, merjenje sekundarnega obveščevalca in prikaz fiziološkega odziva celotnega organizma so različne ravni dokazov. Popolna interpretacija zahteva ugotovitev, katera od teh stopenj je bila dejansko raziskana.

Kaj so peptidni hormoni?

Veriga aminokislin, ki prenaša biološki signal

Peptidni hormoni so sestavljeni iz aminokislinskih ostankov, povezanih peptidnimi vezi.

Nekatere so relativno kratke verige, medtem ko so druge precej večje molekule in jih lahko imenujemo tudi beljakovinski hormoni.

V biologiji endokrinega sistema se te kategorije delno prekrivajo. Terminologija glede peptidnih hormonov vključuje signalne molekule, sestavljene iz aminokislin, in ne zahteva obstoja ene same, vsesplošne meje dolžine verige, ki bi ločevala vse peptide od vseh proteinov.

Beseda „hormon” opisuje predvsem signalno vlogo molekule in ne izključno njene kemijske zgradbe.

V klasičnem endokrinem sistemu celica ali tkivo sprosti hormon v krvni obtok, tako da lahko ta vpliva na nanj odzivne celice v drugih delih telesa.

Biološka komunikacija pa ni omejeta izključno na ta mehanizam. Povezane molekule lahko sodelujejo tudi v lokalni komunikaciji med sosednjimi celicami in v drugih oblikah celične signalizacije.

Sama kemijska zgradba zato ni dovolj, da bi določen peptid lahko označili kot hormon.

Številni peptidi so med drugim:

• vmesni presnovki;
• fragmenti večjih proteinov;
• strukturne sestavine;
• znotrajcelične regulacijske molekule;
• produkti razgradnje beljakovin;
• molekule, ki opravljajo druge funkcije, nepovezane s hormonskim sistemom.

Da bi potrdili vlogo hormona, raziskovalci običajno potrebujejo dokaze, ki povezujejo zadevno molekulo z njenim nastajanjem, reguliranim sproščanjem, ciljnimi celicami in fiziološkim delovanjem.

Zgodnje klinične raziskave GLP-1 dobro ponazarjajo tak pristop.

Raziskovalci so v črevesju zaznali snov, povezano z GLP-1, in opazovali porast njene koncentracije v krvi po peroralnem zaužitju glukoze ali po obroku. V manjšem poskusu z infuzijo je določena oblika GLP-1 vplivala na odziv inzulina in glukoze. [1]

Te opazovanja so skupaj podpirala koncept fiziološke signalne vloge te molekule.

Vendar te raziskave ne bi smeli obravnavati kot dokaza, ki potrjuje vsak mehanizem, klinično uporabo ali kasnejšo trditev v zvezi z biologijo GLP-1.

Ciljne celice so določene z zmožnostjo odziva

Hormon lahko potuje mimo številnih celic, ne da bi v vsaki od njih sprožil enak odziv.

Da bi se celica lahko odzvala, mora običajno imeti ustrezen receptor in znotrajcelične molekularne mehanizme, ki omogočajo obdelavo signala, nastalega po njegovi aktivaciji.

Receptorji prepoznajo določene značilnosti molekul.

Prepoznavanje je lahko med drugim odvisno od:

• zaporedja aminokislin;
• prostorske strukture;
• razmestitev tovora;
• kemijskih sprememb;
• konformacije receptorja;
• razpoložljivosti ustreznih veznih površin.

Samo dejstvo, da je določena molekula peptid, zato še ne pomeni, da lahko aktivira receptor drugega peptidnega hormona.

Pomembno je tudi število receptorjev.

Celica z velikim številom funkcionalnih receptorjev se lahko odzove drugače kot celica, ki jih ima manj. Na odziv lahko vplivajo tudi lokacija receptorjev, njihove modifikacije, beljakovine, ki medsebojno delujejo z njimi, in prejšnja stimulacija.

Celo dve tkanki z istim receptorjem se lahko odzoveta različno, ker se razlikujeta v znotrajceličnem signalnem mehanizmu.

Aktivacija receptorja lahko med drugim vpliva na:

• aktivnost encimov;
• prenos ionov;
• membranski kanali;
• premik mehurčkov;
• izločanje;
• metabolizem;
• fosforilacijo beljakovin;
• transkripcijo genov;
• kombinacijo več teh procesov.

Vezava na receptor je tako šele začetek pojasnitve mehanizma delovanja in ne popoln odgovor na vprašanje o biološkem učinku.

Peptidni hormoni sodelujejo v številnih različnih sistemih

Ti primeri prikazujejo različne fiziološke funkcije in ne skupnih koristi, ki izhajajo iz pripadnosti skupini peptidov.

Raziskave o aktivnosti insulinske receptorske kinaze, fiziologiji GLP-1, urinarni akvaporinu-2, odzivu kalcij–PTH, ritmu impulzov GnRH in receptorjih ANP preučujejo različne elemente ločenih hormonskih sistemov. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Iz tega razloga rezultatov, ki se nanašajo na en peptidni hormon, ne bi smeli samodejno prenašati na drugega samo zato, ker obe molekuli spadata v isto širšo kemijsko kategorijo.

Kako nastajajo in se sproščajo peptidni hormoni?

Mnogi hormoni začnejo kot večje prekurzorske molekule

Številni peptidni hormoni so začetno sintetizirani kot večje molekule, imenovane preprohormoni.

Predpona „pre-” se običajno nanaša na signalno zaporedje, ki pomaga usmeriti nastajajočo molekulo v celično izločevalno pot.

Po odstranitvi te zaporedje se preostali prekurzor običajno imenuje prohormon.

Nadaljnja obdelava lahko vodi do nastanka zrelega hormona, v nekaterih primerih pa tudi več biološko pomembnih produktov.

V klasični regulirani sekretorni poti nastajajoči prekurzor dospe v endoplazmatski retikulum, nato preide skozi Golgijev aparat in je usmerjen v ustrezne sekretorne prekatke.

Glede na posamezno molekulo lahko naslednje faze vključujejo:

• gubanje;
• tvorjenje disulfidnih vezi;
• encimsko razcepljanje;
• modifikacije koncev verige;
• druge kemijske spremembe;
• razvrščanje;
• pakiranje v sekretorne zrnate strukture.

Ti procesi ne potekajo enako za vsak peptidni hormon.

En sam prekursor lahko vsebuje več potencialnih peptidnih produktov, različni tipi celic pa lahko isti prekursor obdelajo na drugačen način.

Zaporedje aminoklas, ki ga kodira gen, zato ni nujno, da neposredno ustreza enemu samemu zrelemu hormonu v obtoku.

Obdelava prekurzorja vpliva na to, kateri hormon nastane

Proglukagon je še posebej dober primer, ker lahko tkivo trebušne slinavke in črevesja iz istega predhodnika tvorita različne molekularne produkte.

Pri raziskavah človeških tkiv so uporabili imunokemične in kromatografske metode za identifikacijo različnih vzorcev molekul, povezanih z glukagonom, v trebušni slinavki in tankem črevesu. [7]

V kasnejših mikrobioloških poskusih so analizirali delež encimov, ki predelujejo PC2 in PC3; PC3 se pogosto označuje tudi kot PC1/3.

Rezultati so pokazali, da je encimatsko okolje močno vplivalo na to, ali se predelava spominja vzorca, značilnega za trebušno slinavko ali črevo. Raziskave so tudi razkrila omejitve ponovnega ustvarjanja vseh faz razgradnje z uporabo izoliranega encimatskega sistema. [8]

Všeobecna zasada je pomembna:

sekvenca predhodnika določa možne produkte, medtem ko mehanizmi predelave, prisotni v določeni celici, pomagajo določiti, katere molekularne oblike bodo dejansko nastale.

To je pomembno tudi za laboratorijske meritve.

Test, ki prepozna več oblik povezanih z enim predhodnikom, lahko daje drugačne rezultate kot metoda, zasnovana posebej za odkrivanje enega odraslega hormona.

Navedeno koncentracijo je torej treba interpretirati skupaj z informacijo o tem, katere natančne molekularne oblike zazna uporabljena analitska metoda.

Zrnate izločevalne snovi omogočajo nadzorovano sproščanje

Več endokrinih celic shranjuje predelane peptidne hormone v izločilnih mešičkih.

Po pojavu ustreznega dražljaja regulirana celična mehanizacija vodi do združitve zrnastega dela s celično membrano.

Njihova vsebina se nato sprosti na zunanji površini celice z ekzokitozo.

Shranjevanje omogoča hitro povečanje izločanja brez potrebe po začetku sinteze vsakega sproščenega molekula od začetka, točno v trenutku nastopa dražljaja.

To pa še ne pomeni, da so vse zrnate snovi enako enostavno dostopne za takojšnje sproščanje.

Celice lahko funkcionalno vsebujejo različne skupine celic z raznolikimi funkcijami, medtem ko dolgotrajno izločanje zahteva nadaljnjo proizvodnjo, predelavo in dopolnjevanje zalog.

Izločanje hormona je torej aktivno reguliran celični proces, in ne pasivni iztok celotne vsebine celice.

Raziskave človeških trebušnih celic in beta celic so pokazale, da zmanjšanje količine eksocytotnega proteina Munc18c moti izločanje insulina in spreminja njegovo sproščanje iz različnih pulzov celic. [9]

Ti rezultati neposredno podpirajo vlogo specializiranih mehanizmov fuzije membr.

Vendar pa ne razložijo v celoti vseh molekularnih procesov, ki urejajo izločanje insulina.

Različni hormonski sistemi reagirajo na različne dražljaje.

Določene endokrine celice reagirajo na različne fiziološke signale.

Med njimi so lahko:

• vrednosti hranilnih snovi;
• električna aktivnost;
• nevrotransmiterji;
• drugi hormoni;
• ioni, ki so prisotni zunaj celice;
• osmotični pogoji;
• mehanične spremembe;
• kombinacije različnih regulativnih spodbud.

V notranji plasti kostnega mozga se kalcij pogosto vključi v fuzijo izločevalnih mehurjev, vendar se procesi, ki vodijo do nastanka kalcijskega signala, med vrstami celic razlikujejo.

V beta celicah trebušne slinavke je na primer metabolizem glukoze tesno povezan z električno aktivnostjo, vnikanjem kalcija in sproščanjem celic, ki vsebujejo insulin.

Vendar pa hipofizne nevroendokrine celice delujejo v zapletenih omrežjih živčnih, hormonskih in fizioloških signalov.

Ne bi bilo torej pravilno predstavljati enega specifičnega poteka izločanja kot univerzalnega mehanizma za vse peptidne hormone.

Z eksperimentalnega vidika je pomembno tudi razlikovanje med sintezo hormona in njegovo izločanjem.

Raziskava nevronov podgan, ki proizvajajo hormon, ki sprošča kortikotropin, je pokazala, da sta aktivacija gena in odgovori, povezani z izločanjem, imeli različne pragove reakcije med trajno stresno situacijo. [10]

Povečano sproščanje hormona torej ne pomeni nujno, da se transkripcija gena, ki kodira njegov predhodnik, spremeni v enakem obsegu in v istem času.

Čas in ritmi izločanja lahko prenašajo informacije

Izpostavljenost hormonu ni opisana samo z njegovo povprečno koncentracijo.

Časovni vzorec lahko vključuje:

• odvisni impulzi;
• modifikacija frekvence impulzov;
• modifikacija amplitude impulzov;
• stalno naraščajoče koncentracije;
• dnevni ritem;
• odgovori, povezani s hrano, spanjem, stresom ali drugimi fiziološkimi dogodki.

Različni časovni vzorci lahko povzročijo različne odzive celic.

Eksperimenti, izvedeni na samcih podgan z pomanjkanjem GnRH, so pokazali, da različne frekvence impulzov GnRH povzročajo različne vzorce transkripcije genov gonadotropinov. Odgovor je vključeval tako neposredno signalizacijo GnRH kot tudi spremembe lokalnih regulacijskih mehanizmov ščitnice. [5]

Te raziskave pomagajo razložiti, zakaj čas in ritmus hormonskega signala lahko prenašata biološke informacije.

Vendar pa rezultate takih poskusov na živalih ni mogoče pretvoriti v sheme dajanja snovi ljudem.

Stanje hormona v krvi je torej le slika dinamično spreminjajočega se sistema v določenem trenutku.

Razlaga se lahko odraža v:

• časov za odvzem vzorcev;
• impulzivnega značaja izločanja;
• merjeno molekulsko obliko;
• nedavnih fizioloških dogodkov;
• hitrosti eliminacije;
• način uporabe testa.

Preobčutljivost in celična signalizacija

Kaj se zgodi, ko peptidni hormon doseže ciljno celico?

Večina peptidnih hormonov začne delovati s vezavo na receptorje, ki se nahajajo na površini celice ali pa so neposredno povezani z njo.

Spojenje hormona z receptorjem spremeni njegovo aktivnost ali konformacijo, kar omogoča prenos informacij v notranjost celice.

Signal torej prečka membrano s pomočjo receptornega sistema.

Hormonski peptid običajno ne potrebuje samostojnega prehajanja skozi lipidno celično membrano in prosto vstopa v citoplazmo, da bi začel prenašati signal.

To nam omogoča razumevanje, kako lahko molekula zunajceličnega sloja, ki je razmeroma dobro topna v vodnem okolju, vpliva na procese, ki potekajo v notranjosti celice.

Naslednji potek je odvisen od vrste receptorja.

Receptori peptidnih hormonov spadajo v več mehanistično različnih skupin.

Nekatere oddajajo signal prek:

• heterotrimernih beljakovin G;
• enzimov, povezanih z receptorjem;
• lastnega kinaznega aktiviranja;
• aktivnost cikla guanozilske kisline;
• drugih signalnih beljakovin.

Celoten načrt:

hormon → receptor → notranji signalni prenos → celična reakcija

je zelo koristen.

Vendar pa ni enega skupnega celičnega prehodnega kanala, značilnega za vse peptidne hormone.

Receptori, povezani z beljakovino G, in sekundarni prenašalci

Številni peptidni hormoni sporočajo signale z receptorji, povezanimi z beljakovino G, imenovanimi GPCR.

Gre za beljakovine membranskega sloja, ki komunicirajo z vnotukmičnimi beljakovinami G in lahko vplivajo na encime, ionske kanale in druge sekvence prenašalcev.

Eden od pomembnih sekundarnih signalov je ciklični AMP (cAMP).

V tipičnem poteku dogodkov cAMP aktivacija receptorja vpliva na adenilil-ciklazazo, encim, odgovoren za proizvodnjo cAMP-a.

Modifikacije koncentracije cAMP lahko nato vplivajo na aktivnost drugih signalnih beljakovin.

Drugi receptorji GPCR lahko uporabljajo drugačne mehanizme.

Kar je pomembno, ni vsak receptor GPCR povečuje koncentracijo cAMP-a.

Nekatere kombinacije receptorjev in beljakovin G lahko zmanjšajo njegovo proizvodnjo, medtem ko druge uravnavajo predvsem poti, povezane z vodo ali drugimi celičnimi procesi.

Ugotovitev, da hormon „uporablja sekundarni prenašalec”, torej opisuje splošno signalno strategijo, ne pa enega univerzalnega molekularnega mehanizma.

V zgodnjem raziskovanju, opravljenem z mišjim linijo celic trebušne slinavke, so ugotovili, da predelana oblika GLP-1 povečuje raven cAMP, raven mRNA, povezanega z insulinom, ter sproščanje insulina. [11]

Ta eksperiment je združil zunajcelični peptidni signal s spremembami biokemijskih procesov in ekspresijo genov v notranjosti celice.

Vendar pa so ugotovitve ustrezne za uporabljen model in eksperimentalne pogoje.

Vapneno signaliziranje in ojačanje signala

Drugi pogost potek GPCR vključuje fosfolipazo C.

Njena aktivacija lahko povzroči nastanek intracelularnih prenašalcev, kot sta trifosforan inozitol (IP3) in diacilogliserol (DAG).

IP3 lahko spodbuja sproščanje kalcija iz notranjih celic, medtem ko lahko DAG sodeluje pri aktivaciji beljakovinske kinaze C.

Ti procesi pomagajo pretvoriti aktivacijo receptorja v spremembo aktivnosti celice.

Vendar to ni pot, ki jo uporablja vsak receptor peptidnega hormona.

Signalne kaskade lahko tudi močno ojačajo signal.

Ena aktivirana receptorja lahko vpliva na več molekul, ki se nahajajo dlje v poti, in en aktiven encim lahko proizvaja več molekul sekundarnega prenašalca.

To pojasnjuje, zakaj relativno majhen vsebnostni signal lahko včasih povzroči pomembno celično reakcijo.

Moč signala pa ni neomejena.

Na njegovo moč in trajanje vplivajo med drugim:

• število receptorjev;
• dostopnost encimov;
• dostopnost substratov;
• mehanizmi povratnega krmiljenja;
• fosfataze;
• degradacija sekundarnih oddajnikov;
• desenzibilizacija receptorjev;
• funkcionalne možnosti ciljne celice.

Drugi prenašalnik je torej vmesni element poti in ne končni fiziološki učinek.

Pomembni so njegov tip, koncentracija, lokacija in čas delovanja ter sposobnost celice, da ta signal pretvori v konkretno odgovor.

Insulinski receptor deluje drugače

Insulinski receptor je receptor za tirozin kinazo.

Njegov začetni signalni mehanizem se torej v bistvu razlikuje od klasičnega mehanizma GPCR.

Spojenje insulina povzroči aktivacijo vnotrajceličnega dela receptorjev kinaze.

Aktivirani receptor fosforilira določena mesta na beljakovinah in sproži nadaljnje signalne mreže.

Biokemijske raziskave, ki so uporabljale očiščene insulinske receptorje, so povezale tirozinov autofosforilacijo s povečanjem kinazne aktivnosti. [3]

Ti eksperimenti so omogočili določitev pomembnih lastnosti receptorja.

Čistilni receptor pa ne povzroča vseh procesov, ki se odvijajo v celicah mišic, jetrih, maščobnih tkivih in drugih tkivih, ki reagirajo na insulin.

Najpomembnejši priporočili je preprost:

peptidni hormoni lahko aktivirajo različne vrste receptorjev.

Insulin je pomemben primer, ki kaže, zakaj signalizacije peptidnih hormonov ni mogoče povzeti z izjavo:

„hormonski peptid se veže na GPCR in poveča raven cAMP-a”.

Ta mehanizem velja za nekatere sisteme, vendar ne za celotno skupino.

Receptori natriuretičnih peptidov lahko tvorijo cGMP

ANP je primer še enega receptornega mehanizma.

Njegov receptor za guanyl-ciklooksigenoza A je povezan s tvorbo cikličnega GMP (cGMP).

cGMP in cAMP sta ciklična nukleotidna spojin, vendar nista enaka molekula in nastajata z delovanjem drugih encimskih sistemov.

Mutacijski poskusi na receptorjih natriuretičnih peptidov so pokazali, da regulatorni regijon, ki spominja na kinazo, igra pomembno vlogo pri nadzoru aktivnosti receptorja. Spremembe v tej regiji so lahko vodile do izgube pravilne regulacije ali aktivnosti, ki se pojavi brez tipične hormonske stimulacije. [6]

V tem primeru je pomembna natančna terminologija.

Navzočnost domene, ki spominja na kinazo, ne pomeni, da receptor deluje po istem mehanizmu kinaze tirozinne kot insulinov receptor.

Moramo upoštevati arhitekturo receptorja, njegovo katalitsko aktivnost in vrsto merjenega biokemijskega proizvoda.

Vezava na površini ne pomeni, da receptor vedno ostane tam

Aktivirani receptorji lahko pridejo v endocytazo, kar pomeni, da se premikajo iz celične membrane v notranje predelke, obložene s membrano.

Ta proces se razlikuje od prostega prehajanja peptidnega hormona skozi lipidno membrano v citoplazmo.

V spremenjenih človeških celicah izvora iz ledvic so raziskovalci spremljali premeščanje receptorjev ANP v notranje celice ob hkratnem ohranjanju proizvodnje cGMP. [12]

Te opazovanja kažejo, da lahko prenašanje receptorja in signalizacija potekata hkrati.

Vendar ne dokazujejo, da vsak receptor po internalizaciji sporoča na enak način ali da se ves merjen cGMP ustvari v enem določenem območju celice.

Ugotovitev, da peptidni hormoni običajno sprožijo signalizacijo prek površinskih receptorjev, je torej koristno splošno stališče.

Ugotovitev, da peptidni hormoni in njihovi receptorji nikoli ne morejo biti v notranjih celicah, bi bila pač preveč kategorična.

Celovita reakcija lahko traja hitro, podaljšano ali vključuje obe fazi.

Receptorska signalizacija lahko spremeni aktivnost beljakovin, ki so že prisotne v celici.

Takšni mehanizmi lahko privedejo do sorazmerno hitrih odzivov.

Signalični poti lahko tudi vplivajo na transkribacijo in sintezo beljakovin, kar vodi v učinke, ki se razvijajo v daljšem časovnem obdobju.

Oba mehanizma se lahko pojavita hkrati.

Enako signalno vedenje lahko povzroči hitre biokemijske spremembe in poznejše transkripcijske spremembe.

V raziskavi GLP-1 v celicah so merili tako spremembe, povezane s signalizacijo, kot tudi ekspresijo gena insulina, kar kaže, zakaj se spremembe na površini celice ne smejo obravnavati kot tiste, ki ne morejo vplivati na procese v jedru. [11]

Zvišanje koncentracije sekundarnega prenašalca pa predstavlja le en nivo dokazov.

Dokazovanje popolnega fiziološkega učinka zahteva, odvisno od raziskovalnega vprašanja, povezavo med naslednjimi nivoji:

aktivacija receptorja → intracelularna signalizacija → vedenje celice → odziv tkiva → fiziologija celotnega organizma.

Peptidni hormoni in steroidni hormoni

Drugi kemijski osnovni elementi

Peptidni hormoni so sestavljeni iz verig aminokislin.

Steroidni hormoni nastajajo iz holesterola in imajo značilen sistem steroidnih obročkov.

Kemijske razlike vplivajo na način sinteze, shranjevanja, prenašanja, prepoznavanja in prenosov signala s strani obeh skupin hormonov.

Peptidni hormoni običajno dobro delujejo v vodnem okolju, vendar običajno ne prehajajo skozi hidrofobno notranjost celične membrane s preprosto difuzijo.

Steroidni hormoni so bolj skladni z lipidnim okoljem in lahko dosežejo notranje receptorne sisteme.

Več steroidnih hormonov delno cirkulira v povezavi z transportnimi beljakovinami.

Transportne lastnosti peptidnih hormonov se razlikujejo med posameznimi molekulami.

To so splošni fiziološki vzorci in ne absolutne pravila za vsakega predstavnika obeh kategorij.

Molekularne modifikacije, vezavni proteini, vrst receptorjev in tkivni kontekst lahko spreminjajo podrobnosti.

Klasičen primer receptorjev

Klasičen primer je koristen pri učenju hormonske biologije.

Vendar pa ne smemo obe kategoriji predstavljati kot popolnoma ločena svetova signalov.

V publikaciji, ki obravnava peptidno in steroidno signalizacijo, je opisano dokazilo o hitrem delovanju steroidov, ki ne zahteva nove sinteze beljakovin. [13]

Vir je pregled, ki temelji med drugim na znanstvenih razpravah in ne na posameznem poskusu, ki bi potrdil en univerzalni mehanizem za vse steroidne hormone.

Zakaj je trditev, da so peptidi hitri, steroidi pa počasni, premajhno resnica?

Nekatere odzive na peptidne hormone se pojavijo hitro, saj signalne poti spreminjajo beljakovine, ki že obstajajo v celici.

Peptidna signalizacija pa lahko tudi vpliva na transkribacijo in sintezo novih beljakovin, kar povzroča počasnejše odzive.

S druge strani, steroidni hormoni niso omejeni le na počasne učinke, ki so odvisni od transkripcije.

Naučno bolj uporabna vprašanja so:

• Kateri hormon se analizira?
• Kateri receptor se aktivira?
• Kateri intracelularni proces se nato aktivira?
• Kakšen biološki učinek se meri?
• Ko je bil izveden meritev po določenem času od stimulacije?

Primerjava zgodnjega odziva sekundarnega prenašalca z poznejšim transkripcijskim odzivom brez določitve merjenega učinka lahko vodi v zavajajoč razdelitev hormonov na „hitre” in „nehitre”. [11] [13]

Oba razreda hormonov se lahko medsebojno uravnavata

Peptidni in steroidni hormoni pogosto sodelujejo v istih endokrinih sistemih.

Dobri primer so os odgovorov na stres.

Peptidni signali iz hipofize in ščitnice sodelujejo pri uravnavanju proizvodnje steroidov v nadledvičnih žlezah, glicokortikosteroidi pa sodelujejo pri povratnem krmiljenju, ki vpliva na prejšnje elemente tega sistema.

Vračilni krmilnik pa ne smemo predstavljati kot takojšnjo stikalo „vklopi–izklopi”.

Raziskava nevronov CRH pri kuncih je pokazala, da se izločanje, aktivacija genov in povratni učinek, odvisen od glukokortikosteroidov, razlikuje glede na vrsto dražljaja in čas merjenja. [10]

To podpira bolj podrobno model hormonskih regulacij, v katerem lahko posamezne elemente sistema reagirajo v različnih časovnih obdobjih.

Vračilni prenos in konec signala

Neprijeten povratni krog pomaga stabilizirati fiziološke parametre.

Neprijeten povratni učinek se pojavi, ko posledice fiziološkega odziva zmanjšajo spodbujevalni dejavnik, ki vodi do nadaljnje signalizacije.

Urejen parameter lahko vključuje med drugim:

• dostopnost hranilnih snovi;
• koncentracija ionov;
• vodno gospodarstvo;
• vrednost volumna krvi;
• aktivnost endokrinih organov;
• drugi fiziološki parameter.

Dobri primer je spojina kalcij–PTH.

Nižje koncentracije vaskularnega kalcija običajno spodbujajo izločanje PTH, medtem ko njeno povečanje lahko to izločanje zavira.

V raziskavi, v kateri so sodelovali zdravi mladi moški, so opazili zmanjšanje koncentracije PTH v krvi po uporabi kalcijskega dražljaja. [4]

To kaže na fiziološko odvisnost, ki se pojavi v pogojih tega raziskovanja.

Vendar pa ne predstavlja podlage za priporočila glede prehranskega dopolnjevanja in ne omogoča predvidevanja vsakega odziva, ki se pojavi pri bolezni.

Vračilni učinek lahko deluje na več ravneh, med drugim z:

• izločanje hormona;
• proizvodnjo predhodnika;
• transkripcijo genov;
• občutljivost receptorjev;
• nadaljnji koraki signalizacije;
• vpliv med endokrinično tkivo.

Lahko deluje tudi z določenim zamikom.

Zato kratkoročne odzive in dolgoročno prilagajanje ne smemo avtomatično obravnavati kot enako proces.

Degradacija hormonov skrajšuje čas izpostavljenosti

Peptidni hormoni se lahko razgrajujejo z encimi, kar spremeni njihovo molekularno strukturo in biološko aktivnost.

Odvisno od specifičnega snovi lahko v njeni odstranitvi sodeluje tudi absorpcija skozi tkiva, ledvice, jetra in druge eliminacijske procese.

Raziskave GLP-1 so pokazale, da se v človeškem serumu tvorijo skrajšani metaboliti na N-koncu in kažejo na vlogo dipeptidilopeptidaze IV (DPP-IV) v tej reakciji. Raziskovalci so tudi razlikovali nedegradiran peptid od njegovih metabolitov v vzorcih, odvzetih od ljudi. [14]

Ta razlika je pomembna, saj izginjanje nedegradiranega hormona in pojavljanje povezanih peptidnih fragmentov nista enaka merila.

Podobno stabilnost peptida, merjena v izoliranem serumu, ni mogoče avtomatično povezati z njegovo polno delovno dobo v živem organizmu.

Na spremljanem časovnem poteku lahko vplivajo izločanje, distribucija, pretok krvi, vstop v tkiva, encimatsko razkrojitev in odstranjevanje.

Mobilnik tudi izključi svojo odgovornost

Konec signala ni odvisen samo od odstranitve hormona iz krvnega obtoka.

Celice imajo veliko mehanizmov za zmanjšanje celičnega signala.

Na primer:

• beljakovine G se lahko vrnejo v neaktivno stanje;
• ciklični nukleotidi se lahko razgrajujejo;
• beljakovinske fosfataze lahko odstranjujejo fosforne skupine;
• Koncentracija in razporeditev kalcija v celični notranjosti se lahko vrne v stanje mirovanja;
• signalne beljakovine se lahko zavirajo;
• receptorji lahko postanejo nesenzibilizirani;
• receptorji se lahko premikajo v druge celice.

Ti mehanizmi zagotavljajo veliko kontrolnih točk.

Hormon lahko še vedno ostane prisoten, medtem ko celica postane manj občutljiva na njegovo delovanje.

S druge strani pa lahko nekatere intracelularne posledice ostanejo prisotne tudi nekaj časa po zmanjšanju koncentracije hormona zunaj celice.

Merjenje le enega elementa poti torej ne omogoča določitve stanja celotne signalizacijske mreže.

Dezsenzitivizacija spreminja občutljivost receptorja

Desensibilizacija pomeni zmanjšanje odziva sistema med stalno ali ponavljajočo se stimulacijo.

Od vrste receptorja lahko mehanizmi vključujejo:

• fosforylacijo receptorja;
• defosforilacijo;
• spreminjanje povezave s signalizacijskimi partnerji;
• internalizacijo receptorja;
• modifikacijo števila receptorjev;
• modifikacije beljakovin, ki sodelujejo v nadaljnjih fazah signalizacije.

V raziskavi receptorja za guanyl-ciklin A za ANP je opisana zapletena struktura fosforylacije in defosforylacije, povezana z zmanjšanjem odziva. [15]

Rezultati niso potrdili preprostega modela, v katerem vsako fosforilacijo aktivira receptor, vsako fosforilacijo pa izključi.

Internizacija receptorja se tudi ne sme avtomatično povezovati s popolnim prenehanjem signala.

Posledice so odvisne od vrste receptorja, njegovega ciljnega mesta v notranjosti celice, možnosti ponovnega izkoriščanja, degradacije ter od tega, ali se signalizacija lahko nadaljuje z notranjimi predelki celice.

Kaj kaže merjenje hormona in kaj ne?

Merjena vrednost koncentracije hormona je lahko posledica več procesov, ki potekajo hkrati:

proizvodnja + predelava + izločanje + distribucija − degradacija − prenos − odstranjevanje.

Analitska metoda lahko odkriva tudi:

• neokrnjen hormon;
• predhodni delci;
• metaboliti;
• odlomki, nastali zaradi razcepitve;
• nekaj povezanih molekularnih oblik.

Katera oblike bodo odkrita je odvisno od konstrukcije testa.

V raziskavi degradacije GLP-1 je bil ta problem analiziran z združevanjem karakterističnih razmerij s imunološkimi testi in identifikacijo strukturne strukture metabolita. [14]

Razlikovanje je bilo pomembno, saj rezultat, ki je predstavljal popolno imunoreakcijo, ni moral biti enak merilu za nepoškodovanega, biološko pomembnega peptida.

Stresnost hormona, vezava na receptor, tvorba sekundarnega prenašalca, ekspresija genov in fiziološka funkcija so torej ločeni tipi meritev.

Združevanje teh ravni omogoča ustvarjanje veliko močnejšega mehanističnega razlaga kot obravnavanje enega rezultata kot reprezentacije celotnega hormonskega sistema.

Pogosto zastavljena vprašanja

1. Ali peptidi hormoni prodrejo v celice?

Večina peptidnih hormonov začne signalizacijo z vezavo na receptorje, ki se nahajajo na površini celice, namesto da bi prosto prehajali skozi celično membrano v citoplazmo. Poznejša internalizacija v povezavi z receptorjem pa lahko vodi do prenašanja hormona–receptorskih kompleksov ali povezanih receptorjev v znotrajceličnih predelih, ki jih obdaja membrana. V raziskavah receptorja ANP so opazili premikanje receptorja ob hkem ohranjanju proizvodnje cGMP v določenem celičnem modelu. To ne pomeni prostega prehoda hormona skozi membrano in ne dokazuje, da vsak peptidni hormon uporablja isti mehanizem. Začetno zaznavanje na površini celice in poznejša internalizacija v povezavi z receptorjem sta ločeni fazi signalizacije. [12]

2. Ali so vsi peptidi hormoni?

Ne. Peptid se definira predvsem na podlagi svoje molekularne sestave, ki temelji na aminokislinah, medtem ko se hormon opredeljuje na podlagi njegove vloge v fiziološki komunikaciji. Potrditev hormonske funkcije zahteva podatke o tvorbi, reguliranem sproščanju, reagirajočim tkivom, receptorjem in biološkemu odzivu. Zgodnje raziskave GLP-1 pri ljudeh kažejo, kako lahko različne vrste dokazov skupaj potrjujejo hormonsko vlogo. Veliko drugih peptidov so fragmenti beljakovin, presnovni molekuli, strukturni elementi ali imajo funkcije, ki niso povezane z hormonskim sistemom. Zato sama prisotnost peptidnih vezi ne zadostuje za priznanje molekule kot hormona. [1]

3. Kaj se zgodi najprej, ko peptidni hormon doseže ciljno celico?

Običajno hormon najprej deluje na ustreznega receptorja, ki se nahaja na površini celice ali je neposredno z njo povezan. Ta vez je spremenil aktivnost ali konformacijo receptorja in sprožil celično signalizacijo. Nadaljnji potek je odvisen od vrste receptorja. V primeru insulinskega receptorja so raziskave povezale njegovo aktivacijo s fosforilacijo tirozinom in kinazno aktivnostjo. Te rezultate velja za en sam specifičen receptorni sistem in ne za vse peptidne hormone. Identifikacija ustreznega receptorja je torej eden od prvih korakov, potrebnih za razumevanje odziva določene celice. [3]

4. Kako peptidni hormoni vplivajo na ciljne celice?

Peptidni hormoni vplivajo na celice prek signalnih poti, ki jih sprožijo receptorji. Ti lahko spreminjajo aktivnost encimov, transport skozi membrane, ionsko gibljivost, izločanje, metabolizem, fosforilacijo beljakovin in ekspresijo genov. V štirih vrstah celic trebušnih žlez je GLP-1 vplival na koncentracijo cAMP, mRNA, povezanega z insulinom, in sproščanje insulina. Ta eksperiment prikazuje več ravni vpliva enega peptidnega signala na celico, vendar to ne pomeni, da se vsaka tkiva odzivajo na enak način. Končni učinek je odvisen od specifičnega hormona, receptorja, notranjih mehanizmov, stanja celice in eksperimentalnega ali fiziološkega konteksta. [11]

5. Zakaj nekatere celice reagirajo na hormon, druge pa ne?

Celica običajno mora imeti ustrezni funkcionalni receptor in signalne mehanizme, potrebne za predelavo prejetega signala. Samostojna prisotnost hormona torej ne zagotavlja odgovora. Pomembni so številčnost receptorjev, njihova struktura, lokacija, vezavni beljakovini in prejšnja stimulacija celice. Raziskave mutacij receptorjev peptidov natriuretičnih lahko kažejo, da lahko spremembe v regulatornem področju motijo pravilno hormonsko odvisno aktivacijo. Čeprav so to bila eksperimentalna raziskovanja, dobro kažejo, zakaj poleg prisotnosti hormona tudi struktura receptorja in celični kontekst igrajo pomembno vlogo. [6]

6. Kakšna je razlika med preprohormonom in prohormonom?

Preprohormon vsebuje signalno sekvenco, ki običajno pomaga usmeriti novo sintetizirano molekulo v izločilni pot. Odstranitev te sekvence običajno vodi do nastanka prohormona, ki lahko nato podvrži nadaljnje faze razgradnje in modifikacije, kar vodi do nastanka enega ali več zrelih produktov. Raziskave proglukagona kažejo, da lahko končni produkti močno odvisijo od tkiva in encimov za predelavo, ki so prisotni v njem. Preprohormon, prohormon, posredni oblik in zrel hormon torej pomenijo različne molekularne stopnje, ne pa zamenljivih imen iste snovi. [7] [8]

7. Ali lahko eden od prekurzorjev povzroči nastanek različnih hormonov?

Da. Različne celice lahko predelujejo isti prekurzor v različne produkte, ker imajo drugačne encimske mehanizme. V raziskavah s človeškim proglukagonom so ugotovili različne vzorce produktov v trebušni slinavki in črevesju, kasnejša eksperimentiranja pa so analizirala vlogo PC2 in PC3 pri njihovi tvorbi. Rezultati ne pomenijo, da se enako predelavo dogaja v vseh vrstah, tkivih ali fizioloških stanjih. Namesto tega kažejo na spločno načelo: tako sekvenca prekurzora kot tudi encimska okolica celice vplivata na to, katere zrele peptidne produkte se končno tvorijo. [7] [8]

8. Zakaj se veliko peptidnih hormonov skladišči v zrnatih delih?

Izolacijski delci zagotavljajo pripravljen zalog hormon, ki se lahko sprosti po pojavu ustreznega fiziološkega signala. Zaradi tega lahko izločanje hitro narašča brez potrebe po sintezi vsakega odmerka od začetka natančno v tem trenutku. Izolacijski delci so aktivno regulirani in različne njihove skupine se lahko razlikujejo glede pripravljenosti za sprostitev. Eksperimenti na človeških beta celicah so pokazali vlogo Munc18c pri sproščanju insulina iz različnih skupin izolacijskih delcev. Ta mehanizem ne pojasnjuje delovanja vseh endokrinih celic, vendar kaže na to, kako specializirana eksocitna mehanizacija povezuje shranjevanje z nadzorovanim izločanjem. [9]

9. Ali vse peptidne hormone uporabljajo cAMP?

Ne. cAMP je pomemben sekundarni prenašalec signalov za nekatere receptorje peptidnih hormonov, toda celotna skupina uporablja veliko različnih receptorjev. Insulin deluje prek tirozin kinaze receptorja, medtem ko ANP aktivira receptor, vezan na proizvodnjo cGMP. Druge peptidne hormone lahko uporabljajo različne poti GPCR, vključno z sistemi, ki vplivajo na vsebnost kalcija v celicah. Raziskave receptorjev insulina in ANP kažejo, zakaj se signalizacija peptidnih hormonov ne more pripisati enemu poteku cAMP. Pred opisom mehanizma je torej treba določiti specifični hormon in njegov receptor. [3] [6]

10. Ali peptidni hormoni lahko spreminjajo ekspresijo genov?

Da. Signalen, ki se začne na površini celice, lahko potuje skozi druge notranje celične poti in na koncu vpliva na transkripcijo. V raziskavah GLP-1 v gojenih celicah podgan so opazili spremembe mRNA insulina, medtem ko so eksperimenti z impulzi GnRH pri podganah pokazali spremembe transkripcije posameznih gonadotropnih beljakovin. Te rezultate je mogoče primerjati z določenimi modeli in ne pomenijo, da vsak odziv na peptidni hormon zahteva novo ekspresijo genov. Vendar pa kažejo, da lahko signalizacija, ki se začne na membranskem receptorju, vpliva tako na hitre biokemijske procese kot tudi na regulacijo transkripcije, ki poteka v daljšem časovnem obdobju. [5] [11]

11. Ali peptidni hormoni vedno delujejo hitreje kot steroidni hormoni?

Ne. Hitrost odziva je odvisna od receptorja, signalnega poteka, preučevanega biološkega učinka in časa izvedbe merjenja. Peptidni hormoni lahko hitro spremenijo aktivnost obstoječih beljakovin, lahko pa tudi vplivajo na ekspresijo genov in povzročijo poznejše odzive. Literatura endokrinologov pa opisuje hitro delovanje steroidov, ki ne zahtevajo nove sinteze beljakovin. Vir za steroide, uporabljenih v tem članku, je pregled in ne posamičen odločilen eksperiment. Verjetnejše razmejitev se nanaša na kemijo molekul in receptorje kot na preprosto razmejitev na „hitre peptide” in „prostovoljne steroide”. [11] [13]

12. Zakaj je frekvenca hormonskih impulzov pomembna?

Celice se lahko drugače odzivajo na ponavljajoče se impulze, različne frekvence impulzov in stalno izpostavljenost, tudi če gre vedno za isti hormon. Pri podganah z pomanjkanjem GnRH sprememba frekvence impulzov vpliva na transkripcijske vzorce gonadotropinskih enot v ščitnici ter na lokalne regulacijske odzive. Ti eksperimenti potrjujejo pomen časa v tem biološkem modelu, vendar ne določajo sheme dajanja hormona ljudem. Hormonska informacija se torej lahko kodira ne le s koncentracijo molekule, temveč tudi z časovnim vzorcem, v katerem so ciljne celice izpostavljene njenemu delovanju. [5]

13. Kaj je negativni reverzni učinek pri regulaciji peptidnih hormonov?

Neprijeten povratni učinek se pojavi, ko posledice delovanja določenega poteka zmanjšajo spodbujevalni dejavnik, ki vodi do nadaljnjega izločanja hormona ali aktivnosti prejšnjih elementov hormonskega sistema. Primer je regulacija kalcija: v kontroliranem raziskovanju, v katerem so sodelovali zdravi moški, je bila povečana razpoložljivost kalcija povezana s zmanjšanjem koncentracije PTH. Ta eksperiment ne odraža vsakega stanja bolezni ali dolgoročne prilagoditve, vendar kaže, kako lahko reguliran parameter posreduje povratno informacijo endokrinemu sistemu. Neprijeten povratni učinek lahko vključuje izločanje, ekspresijo genov, občutljivost receptorjev, vpliv drugih hormonov in številne druge ravni regulacije. [4]

14. Kako se izključi signal peptidnega hormona?

Nekaj mehanizmov lahko deluje hkrati. Hormon, ki se nahaja zunaj celice, se lahko encimsko razgradi, absorbira v tkivo ali se odstrani iz obtoka. Receptorji lahko postanejo manj občutljivi ali se premikajo med različnimi področji celice, sekundarni prenašalci pa se lahko degradirajo in fosforilacija beljakovin se lahko obrne. V raziskavah GLP-1 so identificirali encimsko nastajajoč metabolit, medtem ko so raziskave receptorja ANP povezale dezensitivacijo s spremembami njegovega fosforilacije. Noben od teh mehanizmov ni univerzalen za vse hormone. Zato je končno sporočilo najbolje razumeti kot usklajeno kontrolo tako zunajceličnega prenašalca kot tudi odgovarjajoče celice. [14] [15]

15. Kaj pomeni deenzimacija receptorja?

Desenzitizacija pomeni, da receptorni sistem med stalno ali ponavljajočo se stimulacijo začne proizvajati šibkejši odziv. Odvisno od receptorja lahko to izhaja iz sprememb fosforilacije, načina sodelovanja z signalnimi beljakovinami, premikanja receptorja, spremembe njegovega števila ali prilagoditve drugih elementov poti. V eksperimentih z receptorjem ANP je zmanjšanje odziva povezano z določenim vzorcem sprememb fosforilacije. To ne pomeni, da bi vsak receptor desenzitiziral na enak način ali da bi zmanjšan odziv pomenil uničenje receptorja. Desenzitizacija je funkcionalna sprememba, katerega mehanizem je treba določiti posebej za posamezni sistem. [15]

16. Ali vedno večje koncentracije hormona pomenijo močnejši učinek?

Ne. Nivo hormona je le eden od dejavnikov, ki vplivajo na biološko odziv. Pomembno vlogo imajo tudi število receptorjev, stopnja njihove zavzetosti, možnosti intracelularnega signalnega sistema, povratni učinek, prejšnja izpostavljenost, desenzibilizacija ter trenutni fiziološki status ciljne celice. Eksperimenti o desenzibilizaciji receptorja ANP kažejo, da se lahko občutljivost zmanjša kljub trajni izpostavljenosti aktivacijskemu hormonu. Takšni eksperimentalni podatki ne omogočajo predvidevanja individualne hormonske odzivnosti na podlagi posameznega merjenja koncentracije. Hormon in biološka odzivnost sta povezana, vendar nista isti parameter. [15]

17. Ali hormonski test lahko odkrije neaktivne ali spremenjene dele?

Da, odvisno od metode, ki jo uporablja za prepoznavanje določenega dela molekule. Raziskave GLP-1 so pokazale, zakaj je razlikovanje nepoškodovanega hormona od metabolitov, ki so skrajšani na N-koncu, pomembno pri interpretaciji rezultatov imunoloških testov. Test, ki prepozna obe obliki, lahko odgovarja na drugo vprašanje kot metoda, zasnovana izključno za odkrivanje nepoškodovanega peptida. Zato je omejitev odvisna od specifične analitske metode. Pred interpretacijo rezultata kot koncentracije aktivnega hormona je treba ugotoviti, katere molekularne oblike so dejansko zaznane. [14]

18. Ali peptidični hormoni in beljakovinski hormoni so popolnoma različne kategorije?

Ne nujno. Terminologija je deloma ujema, saj obe skupini sestavljata verige aminokislin, in splošno sprejet prag dolžine, ki ločuje vse peptidne hormone od vseh beljakovinskih hormonov, ne obstaja. Beseda „hormon” označuje signalno vlogo, medtem ko se izrazi „peptid” in „beljakovina” nanašata na molekularno strukturo in velikost. V praksi se večji hormoni z aminokislinsko zgradbo pogosteje označujejo kot beljakovinski, krajši pa kot peptidni. Pravilno ime kategorije pa ni toliko informativno kot identifikacija specifične molekule, njene zrele strukture, receptorja in eksperimentalno potrjene funkcije.

19. Ali lahko isti peptidni hormon deluje drugače v različnih tkivih?

Da. Delovanje hormona je odvisno ne le od prepoznavanja receptorja s strani receptorja, temveč tudi od molekularnih mehanizmov, ki so na voljo v ciljni celici. Posamezne celice lahko razlikujejo po številu receptorjev, signalnih beljakovinah, encimih, prenašalcih, transkripcijskih faktorjih in regulatornih beljakovinah. Vendar pa aktivacija istega receptorja ne sme povzročiti enakega fiziološkega učinka v vseh celičnih okoljih. Zato je najbolje hormonsko signalizacijo razumeti kot interakcijo med določenim zunajceličnim signalom in določeno celico, ki je sposobna reagirati, in ne kot stalni učinek, ki je vgrajen izključno v samem hormonskem molekulu.

20. Ali meritve sekundarnega releja zadostujejo za potrditev fiziološkega učinka?

Ne. Sprememba koncentracije cAMP, cGMP, kalcija, stopnje fosforilacije ali drugega vnotrajceličnega signala predstavlja dokaz, da je določen element poti reagiral, vendar ne potrjuje samodejno popolnega učinka na ravni tkiva ali celotnega organizma. V raziskavi GLP-1 v celicah so spremembe cAMP povezali z dodatnimi končnimi točkami, medtem ko so raziskave receptorjev insulina in ANP analizirale druge določene biokemijske faze. [3] [6] [11] Močan mehanistični razlog bi razločil aktivacijo receptorja, vnotrajcelično signalizacijo, funkcijo celice, tkansko odziv in fiziologijo celotnega organizma, namesto da bi posamezen izmerjen rezultat obravnavali kot dokaz za vse te ravni.

Omejitve interpretacije raziskav o peptidnih hormonovih

Med prehodom od osnovnih mehanizmov hormonskih signalizacij do širših bioloških zaključkov je treba upoštevati nekaj omejitev.

Prvič, peptidni hormoni ne predstavljajo funkcionalno enotne skupine. Inzulin, GLP-1, vazopresin, PTH, GnRH in ANP spadajo v široko kategorijo aminokislinsko vezanih hormonov, vendar delujejo prek različnih receptorjev in sodelujejo v različnih fizioloških sistemih. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Drugič, odkrivanje predhodnika ne sme biti enako odkrivanju zrelega hormona. Obdelava, odvisna od tkiva, lahko povzroči nastanek različnih produktov iz istega predhodnika, kot je primer raziskav proglukagona. [7] [8]

Po tretjem, sinteza in izločanje sta ločeni procesi. Povečano sproščanje hormona ne pomeni nujno enakega in hkratnega povečanja transkripcije gena, ki kodira njegov predhodnik. [10]

Štiri, vezava na receptor ni enaka popolni fiziološki odziv. Signalizacija vključuje več molekularnih ravni, in različne celice lahko pretvorijo aktivacijo istega receptorja v različne odgovore.

Po peti, raziskave na celicah in prečiščenih receptorjih ne ponazorijo celotnega organizma. Morda zagotavljajo pomembne informacije o molekularnih mehanizmih, vendar morajo zaključki ostati povezani z uporabljenim eksperimentalnim sistemom. [3] [6] [11] [12]

Šestič, čas je pomemben. Pulsna in stalna izpostavljenost hormonu lahko povzroči različne odzive, medtem ko posamičen izmerjeni odmerek v krvi morda ne odraža celotnega ritma izločanja. [5]

Po sedmo, hormonska testiranja se razlikujejo po molekularni specifičnosti. Nekatere metode lahko odkrivajo metabolite, molekule, povezane s predhodnikom, ali več oblik hkrati, poleg samega hormona. [14]

Po osme, internalizacija receptorja ne mora pomeniti takojšnjega konca signala, saj lahko prenos receptorja in prenos signala v določenih pogojih potekata hkrati. [12]

Deveto, dezsenzitivizacija je odvisna od specifičnega receptorja. Mehanizme, identificirane za enega receptorja, ni mogoče avtomatično prenesti na vse receptorje peptidnih hormonov. [15]

Končno kemijska klasifikacija ne potrjuje zdravilnega učinka, koristi ali terapevtske uporabnosti. Dokaze v zvezi z enim določenim hormonom in enim eksperimentalnim sistemom ni mogoče generalizirati na druge, nepovezane peptide le zato, ker imajo tudi aminokislinsko zgradbo.

Povzetek

Peptidni hormoni so signalne molekule, sestavljene iz aminokislin, ki omogočajo komunikacijo med celicami in tkivji v številnih fizioloških sistemih.

Njihova biologija je veliko bolj zapletena od preprostega trdila, da peptid veže na receptor.

Večina peptidnih hormonov se sprva oblikuje kot večje predhodne molekule, nato pa skozi specifične za določeno tkivo prehaja v fazo predelave, ki jo pakira v izločilne zrnca in se sprošča v odziv na regulirane fiziološke signale. Raziskave predelave proglukagona in egzocitoze insulinnih zrn kažejo, kako mehanizmi predelave predhodnih molekul in izločanja vplivajo na to, kateri hormon vstopi v celično okolje in kdaj se sprosti. [7] [8] [9]

Po sprostitvi se peptidni hormoni običajno začnejo signalizirati prek receptorjev, ki se nahajajo na površini celic, vendar ti receptorji spadajo v več različnih molekularnih skupin.

Nekatere hormone uporabljajo GPCR in sekundarne prenašalce, kot sta cAMP ali kalcijevimi vezavnimi receptorji.

Inzulina uporablja receptorjsko tirozinazo.

ANP deluje preko receptorja, ki je povezan z proizvodnjo cGMP.

Ti primeri kažejo, da ne obstaja en univerzalni celični prehod, skupen vsem peptidnim hormonom. [3] [6] [11]

Celularna reakcija se lahko razvija tudi v različnih časovnih obdobjih.

Signali lahko hitro spreminjajo obstoječe beljakovine, vplivajo na izločanje ali prenos, nato pa povzročajo spremembe v transkribaciji genov. Časovni vzorci, kot je pulzirajoče izločanje hormonov, lahko sami po sebi prenašajo biološko pomembne informacije. [5] [11]

Hormonska signalizacija je prav tako aktivno omejena.

Degradacija hormona, odstranjevanje skozi tkivo, preusmerjanje intracelularnih signalov, premikanje receptorjev, desenzibilizacija in negativno povratno vezavo skupaj pomagajo nadzorovati moč in trajanje odziva. [4] [12] [14] [15]

Najpomembnejšo načelo lahko torej povzamemo takole:

Dejavnosti biološkega peptidnega hormona ni mogoče predvideti le na podlagi tega, da je peptid. Njegova funkcija izhaja iz celotnega signalnega sistema: iz tega, kakšne molekularne oblike nastane, kako se ta prenaša in sprošča, kakšnega receptorja jo prepozna, kako ciljna celica interpretira receptorjev signal, kako se ekspozicija sčasoma spreminja ter kako sistem omejuje in na koncu zaključi odgovor.

Zavrnitev odgovornosti

Članek ima izključno izobraževalni in znanstveno-informacijski namen. Opisuje biologijo peptidnih hormonov, predelavo prekurzorjev, izločanje, receptorno signalizacijo, mehanizme povratnega odziva, razgradnjo ter primere, ki izhajajo iz objavljenih raziskav. Ne predstavlja zdravniške navodila, diagnostičnih navodil, priporočil glede zdravljenja, informacij o odmerjanju, navodilih za dajanje ali priporočil za uporabo peptidnih hormonov ali povezanih snovi. Rezultate biokemičnih, celičnih, živalskih in človeških raziskav je treba interpretirati v kontekstu projekta, pogojev, preiskovane populacije in omejitev posameznih raziskav.

Reference

1. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: Fiziološki inkretin pri ljudeh. 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. in Olson, B. (1996). Urinarna izločitev aquaporina-2 pri ljudeh: morebiten marker odzivnosti kolektivnih kanalov na vazopresin. Journal of the American Society of Nephrology, 7(3), 403–409. https://doi.org/10.1681/ASN.V73403
3. Kwok, Y. C., Nemenoff, R. A., Powers, A. C., & Avruch, J. (1986). Kinetične lastnosti tirozin-proteinska kinaza receptorja insulina: aktivacija skozi insulinom sproščeno specifično intramolekularno autofosfiranja na tirazinu. Arhiv za biokemijo in biofiziko, 244(1), 102–113. https://doi.org/10.1016/0003-9861(86)90098-6
4. Ortolani, S., Scotti, A., & Cherubini, R. (2003). Hitro zmanjšanje resorpcije kosti in izločanja paratiroidnega hormona z akutno peroralno uporabo kalcija pri zdravih odraslih moških. 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). Modulacija frekvence impulzov GnRH pri transkribaciji genov gonadotropnih podjedrnih beljakovin pri normalnih gonadotropih celicah – ocena z metodo analize primarnih transkriptov zagotavlja dokaze o vlogi GnRH in folistatina. Endokrinologija, 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). Ohranitev kinaznega regulatornega področja je ključnega pomena za aktivacijo guanyil-ciklastih receptorjev natriuretičnih peptidov. Molekularna in celična biologija, 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). Prebava pankreasa in črevesja proglukagona pri ljudeh. Diabetologija, 30(11), 874–881. https://doi.org/10.1007/BF00274797
8. Rouillé, Y., Martin, S., & Steiner, D. F. (1995). Diferencialna predelava proglukagona s pomočjo prohormonskih konvertaz, podobnih subtilisinu, PC2 in PC3, za nastanek bodisi glukagona bodisi glukagonom podobnega peptida. Journal of Biological Chemistry, 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). Munc18c posreduje v eksozitazo pred-pritrjenih in novih insulinovih zrnčkov ter posledično spodbuja dvofazno stimulacijo glukoze pri človeških pankreatičnih beta celicah. Molekularni metabolizem, 4(5), 418–426. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2015.02.004
10. Tanimura, S. M., Sanchez-Watts, G. in Watts, A. G. (1998). Aktivacija peptidnega gena, izločanje in steroidni odziv med stimulacijo nevroendokrinih kortikotropnih hormonskih nevronov pri podganah. Endokrinologija, 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). Glucagon-like peptide I spodbuja ekspresijo insulina in povečuje raven cikličnega AMP v liniji celic otočkov pri podganah. Zbornik del Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 84(10), 3434–3438. https://doi.org/10.1073/pnas.84.10.3434
12. Mani, I., Garg, R., Tripathi, S. in Pandey, K. N. (2015). Subcelični prenos receptorja guanyil-ciklaz/natriuretičnega peptida A z hkratnim nastankom intracelularnega cGMP. Bioscience Reports, 35(5), člen e00260. https://doi.org/10.1042/BSR20150136
13. Watson, C. S. (1999). Signalične teme, ki jih imajo peptidni in steroidni hormoni v plazemski membrani. Znanstveni STKE, 1999(12), PE1. https://doi.org/10.1126/stke.1999.12.pe1
14. Deacon, C. F., Johnsen, A. H., & Holst, J. J. (1995). Degradacija glukagonsko podobnega peptida-1 v človeški plazmi in vitro povzroči nastanek N-koncem zmanjšanega peptida, ki je v vivo glavna endogeni metabolit. 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). Homološka dezenzitizacija guanyil-ciklasta A, receptorja za atrijski natriuretični peptid, je povezana s kompleksnim vzorcem fosforilacije. FEBS Journal, 277(11), 2440–2453. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2010.07658.x