A katekolaminerg idegsejtfenotipus és neurotranszmisszió molekuláris biológiája Sperlágh Beáta
Celluláris és molekuláris neurobiológia PhD kurzus, 2014. 11. 11., MTA KOKI
Előadásvázlat • Alapok • I. Noradrenalin • II. Dopamin Amire koncentrálni fogok: gének, fehérjék, betegségek, gyógyszerek….
Alapok: Katekolaminok definíciója = di-ortohidroxifeniletilamin
Alapok: Neurotranszmitter kritériumok
Szintézis és tárolódás az idegvégződésben ingerlésfüggő felszabadulás hatás a posztszinaptikus receptoron inaktivációs mechanizmus
A központi idegrendszer neurotranszmitterei és működési időskálája Serkentő: 70% Gyors
• Excitátoros aminosavak 90% glutamát aszpartát homociszteát • Acetilkolin nAChR • Szerotonin 5-HT3 • ATP P2 Lassú • Metabotróp glutamát mGluR • Noradrenalin • Dopamin • Hisztamin • Peptidek: VIP, CCK, orexin, somatostatin, neurokininek, stb. Diffúzibilis mediátorok • NO, CO
Gátló 30% • GABA • Glicin (gerincvelő)
• Acetilkolin mAChR • Noradrenalin • Szerotonin • dopamin
• kannabinoidok
Előadásvázlat • Alapok • I. Noradrenalin • II. Dopamin Hol neurotranszmitter a noradrenalin?
1. Központi idegrendszer 2. Vegetatív idegrendszer szimpatikus posztganglionáris rostok X. Mindkettő
Centrális noradrenerg pályák Közös jellemzők: 1.
Jól körülhatárolható magokból indulnak ki
2.
Nagy agyterületek diffúz beidegzését adják
3.
Dúsan arborizáló axonjaikon nagyszámú varikozitás található, melyeknek jelentős része nem alakít ki szinapszist (NEM-SZINAPTIKUS KÖLCSÖNHATÁSOK, Vizi, 1984)
4.
A felszabadult transzmittert nagy affinitású uptake rendszerek távolítják el az extracelluláris térből
Fontosabb funkciók • Hangulat - kedélyállapot • Alvás-ébrenlét, éberség • Táplálékfelvétel • Szenzoros működések • Vérnyomás szabályozás
[Ca2+]i ↑→ CAM
A noradrenalin és a dopamin bioszintézise
a-methyl-paratirozin
citoplazma fluorodopa carbidopa reserpin tetrabenazin
vezikula
A tirozin hidroxiláz enzim aktivitásfüggő szabályozása
A tirozin hidroxiláz enzim kimutatása
A dopamin béta hidroxiláz enzim kimutatása
A noradrenerg transzmisszió és befolyásolási lehetőségei
A noradrenalin felszabadulása lehet A. vezikuláris
• •
[Ca2+]o-függő TTX-szenzitív
Richter et al., Neuropharmacology, 2012
A noradrenalin felszabadulása lehet B. transzporter mediált
• • •
[Ca2+]o-független TTX-inszenzitív hőmérsékletfüggő
Milusheva et al., Neuroscience, 2003
A noradrenalin plazmamembrán és vezikuláris transzporterei
Uptake 1
Uptake 2
Vesicular
Transport of noradrenaline (rat heart) Vmax (nmol/g per min)
1.2
100
Km (μmol/l
0.3
250
0.2
Specificity
NA > A > ISO
A > NA > ISO
NA = A = ISO
Location
Neuronal membrane
Non-neuronal cell membrane (smooth muscle, cardiac muscle, endothelium)
Synaptic vesicle membrane
Other substrates
Methylnoradrenaline Tyramine Adrenergic neuron-blocking drugs (e.g. guanethidine)
(+)-Noradrenaline Dopamine 5-HT Histamine
Dopamine 5-HT Guanethidine MPP+
Inhibitors
Cocaine Tricyclic antidepressants (e.g. desipramine) Phenoxybenzamine Amphetamine
Normetanephrine Steroid hormones (e.g. corticosterone) Phenoxybenzamine
Reserpine Tetrabenazine
A noradrenalin transzporter (NET) MAT
Gene
Size
Human Chromosome
DAT
hDAT
620 amino acids
5p15.3[2]
SERT
hSERT
630 amino acids
17q11.2[2]
NET
hNET
617 amino acids
16q12.2[2]
• Na +/Cl - függő equilibratív transzporter • Szubsztrátja: noradrenalin, amfetamin, metamfetamine, MDMA (extasy), cocaine, ritalin, 6-hydroxidopamine • működése kétirányú
A monoamin transzporterek csereszabatosak
A noradrenalin metabolizmusa
A MAO és a COMT
•Adrenaline or noradrenaline to 3,4-Dihydroxymandelic acid •Metanephrine or normetanephrine to vanillylmandelic acid (VMA)
• Dopamine → 3-Methoxytyramine • DOPAC → HVA (homovanillic acid) • Norepinephrine → Normetanephrine
•Dopamine to dihydroxyphenylacetic acid
• Epinephrine → Metanephrine
•3-Methoxytyramine to homovanillic acid
• Dihydroxyphenylethylene glycol (DOPEG) → Methoxyhydroxyphenylglycol (MOPEG) • 3,4-Dihydroxymandelic acid (DOMA) → Vanillylmandelic acid (VMA)
Adrenerg receptorok felosztása
α: noradrenaline > adrenaline > isoprenaline β: isoprenaline > adrenaline > noradrenaline
Second messengers and effectors
α1
α2
β1
β2
β3
PLC activation
↓cAMP
↑cAMP
↑cAMP
↑cAMP
↑ IP3
↓Calcium channels
↑DAG
↑Potassium channels
↑Ca2+ Agonist potency order
NA ≥A > ISO
A > NA > ISO
ISO > NA > A
ISO > A > NA
ISO > NA = A
Selective agonists
Phenylephrine, methoxamine
Clonidine, clenbuterol
Dobutamine, xamoterol
Salbutamol, terbutaline, salmeterol, formoterol
BRL 37344
Selective antagonists
Prazosin, doxazosin
Yohimbine, idazoxan
Metaoprolol, atenolol
Butoxamine
Centrális adrenerg receptorok funkciói
Prefrontális kéreg: figyelem, kognitív funkciók, memória Agytörzs: vérnyomásszabályozás, alvásébrenlét Limbikus rendszer: hangulat
A noradrenerg transzmisszió betegségei
A depresszió kórformái Előfordulás: kb. 5-10% A. Unipoláris
reaktív (50-60%) endogén (25%)
genetikus halmozódás
B. Bipoláris (10-15 %) Lényege: A kedélyállapot kórós eltolódása negatív/pozitív irányban
SNP: Case-control, asszociációs vizsgálatok, GWAS
Meta analízisek
Meta analízisek összevetése
Kandidáns gének:. 5-HTTLPR, HTR1A, TPH1, COMT, DAT1, DRD4 …
A katekolmainerg transzmisszió betegségei
Gatt et al., J. Psychiatry Res, 2014
A depresszió tünetei
Depresszió
Mánia
Pszichés • Lehangoltság • Pesszimizmus • Bűntudat
• Felhangoltság • Optimizmus • Fokozott önértékelés • Kritikátlanság
Pszichomotoros • Cselekvési gátoltság • Iniciatíva szegénység • Étvágy ↓ • Szexualitás ↓ • Alvászavar
Hospitalizáció • Szuicidum veszély
• Hiperaktivitás • Agresszivitás, intolerancia • Étvágy • Fokozott szexualitás • Alvászavar Hospitalizáció • Közveszélyesség, agresszió
A depresszió fontosabb hipotézisei • Monoamin (1965) • HPA axis (1985) • Citokin (1999) • Neuroplaszticitás (2003) • Neurodegeneratív (2005) • Network (2007) • Glutamát
Belmaker, RH; Agam, Galila New England Journal of Medicine. 358(1):55-68, January 3, 2008.
Maletic et al,, Int. J. Clin. Pract, .2007
From Sanacora et al. Nat. Rev Drug Disc. 2008
A monoamin hipotézis: érvek és ellenérvek
A depresszió modellezése állatkísérletekben “Behavioral despair”
szorongás anhedonia
A depresszió modellezése állatkísérletekben
A transzporter gátló antidepresszánsok hatásmechanizmusa
Centrális dopaminerg pályák
Fontosabb funkciók • Motoros működések kéreg alatti kontrollja • Viselkedés • Önjutalmazási-büntetési rendszer • Hormonszekréció • Hányás
A dopamin és újrafelvétele és metabolizmusa
DAT
Kórós dopamin metabolizmus
Dopamin receptorok felosztása D1 type
D2 type
D1
D
D5
D2
D3
D4
+
1
Distribution Cortex
+++
-
++
-
Limbic system
+++
+
++
+
Striatum
+++
+
++
+
+
-
-
++
+
-
Dopamine
+ (low potency)
+ (low potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
Apomorphine
PA (low potency)
PA (low potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
Bromocriptine
PA (low potency)
PA (low potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
+ (high potency)
Ventral hypothalamus and anterior pituitary Agonists
Antagonists Chlorpromazine
+
+
+++
+++
+
Haloperidol
++
+
+++
+++
+++
Spiperone
-
-
+++
+++
+++
Sulpiride
-
-
+++
++
-
Clozapine
+
+
+
+
++
Signal transduction
Increase cAMP
Increase cAMP
Decrease cAMP and/or increase IP3
Decrease cAMP and/or increase IP3
Decrease cAMP and/or increase IP3
Effect
Mainly postsynaptic inhibition
Mainly postsyn aptic inhibitio n
Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release
Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release
Pre- and postsynaptic inhibition Stimulation/ inhibition of hormone release
Dopamin receptorok
D1 receptor D3 receptor
Az dopaminerg rendszert érintő neurodegeneratív betegségek
Parkinson kór Lényege: a nigrostriatális dopaminerg pálya degenerációja Oka: idiopathiás vagy szekunder (gyógyszer indukált, MPTP, rotenon) Jellege: krónikus, progresszív, időskori Legfontosabb tünetek Nyugalmi tremor Izomrigiditás Bradykinesia vagy akinesia Poszturális instabilitás Finomkoordináció zavara Dementia, depresszió – nem szükségszerű Szövettani jellegzetesség: Lewy-testek
Neurokémiai elváltozások: striatális dopamin tartalom ↓ dopamin felvétel ↓
A Parkinson kór kialakulásában szerepet játszó tényezők Környezeti rizikófaktorok: Rotenon, paraquat, MPTP
Mitokondriális diszfunkció
Genetikus prediszponáló faktorok: a-synuclein, parkin, ubiquitin hidroláz mutáció
Abnormális proteinek aggregációja
Kóros protein oxidáció/Nitráció
Nigrostriatális dopaminerg pálya szelektív degenerációja
Extrapiramidális mozgásszervi tünetek
Antiparkinzon gyógyszerek
Tünetei
Skizofrénia
Pozitív
Előfordulás: 1%, herediter, fiatal felnőttkor Jellege: krónikus, progresszív, nem neurodegeneratív
Érzékelés zavarai • • •
Hallucinációk Téveseszmék Elidegenedési élmény
Gondolkodás zavarai • • •
Inkoherencia Dezorganizáció Kognitív deficit (nem feltétlen)
Viselkedés zavarai • •
Pszichomotoros nyugtalanság Inadekvát viselkedés
Negatív Érzelmi-hangulati élet zavarai • •
Érzelmi elsivárosodás Anhedonia
Viselkedés zavarai • •
Indítékszegénység (katatónia, stupor) aszociabilitás
A skizofrénia dopaminerg hipotézise
*** 600
2.5
**
400
**
300
** 200
***
1.5
1.0
*** 0.5
100 0
P2rx7 +/+
0.0
P2rx7 -/-
P2rx7 +/+
***
P2rx7 -/-
120
4.5
* ***
4.0
100
3.5
Central area (LineX)
Stereotypia (score)
***
2.0
Ataxia (score)
Locomotion (LineX)
500
*** 3.0 2.5 2.0
80 60 40
*** ***
1.5
20
1.0
35
0
P2rx7 -/-
P2rx7 +/+
P2rx7 +/+
P2rx7 -/-
*** ***
6
30
5
**
25
Social interaction time (%)
Social interaction freqvency
PCP indukált schizophrenia modell egérben
*
20 15 10 5
4
*** 3
*** 2 1
0
0
P2rx7 +/+
P2rx7 -/-
P2rx7 +/+
P2rx7 -/-
A D2 receptor antagonizmus és az neuroleptikus potenciál korrelációja
Egyéb receptorok szerepe: D3, D4, D5, 5-HT2A/C, NMDA
Cariprazine: egy új magyar dopaminerg gyógyszer • D2 és D3 parciális agonista • 5HT1A antagonista • Skizofrénia és bipoláris mánia
Vannak-e nem katekolaminerg transzmitterek a katekolaminerg neuronokban?
IGEN !!! 1. Purinok
2. Peptidek Pl. NPY
3. Aminosavak
