Prof. RNDr Richard Hampl, DrSc., Endokrinologický ústav, Praha Telefon: zaměstnání ,

OSNOVA PŘEDNÁŠKY „HORMONY“ PRO POSLUCHAČE BIOCHEMIE NA PŘÍRODOVĚDECKÉ FAKULTĚ UK V PRAZE

Prof. RNDr Richard Hampl, DrSc., Endokrinologický ústav, Praha Telefon: zaměstnání 224 905 289, e-mail: [email protected]

I. O b e c n á č á s t 1. Obecná endokrinologie a) Základní pojmy a definice • Hormony jako regulátory biochemických pochodů • Hormonální systém jako jeden z regulačních systémů využívajících komplementárních interakcí; pojem receptor • Vztah hormonálního (endokrinního) systému k ostatním regulačním systémům, využívaným vyššími organismy • Etážový systém řízení, pojem zpětná vazba, endokrinní, parakrinní a autokrinní regulace b) Přehled žláz z vnitřní sekrecí: • Hypofýza, štítná žláza, kůra nadledvin, dřeň nadledvin, gonády, epifýza, insulární aparát pankreatu, příštítná tělíska • „Klasické“ a současné pojetí endokrinologie c) Kriteria rozdělení hormonů • Podle původu • Podle chemické podstaty • Podle mechanismu účinku 2. Mechanismus účinku hormonů a) Biologické a biochemické účinky hormonů a jejich pestrost b) Mechanismy využívající receptory na buněčných membránách c) Mechanismy,využívající receptory uvnitř buňky

II. S p e c i á l n í č á s t U každé kapitoly, pojednávající o jednotlivých skupinách hormonů bude stručně probráno: • původ (v kterých orgánech, případně tkáních či buňkách se tvoří), • biosyntéza, metabolismus, případně transport • hlavní biologické účinky • mechanismus působení (viz kapitola 2 obecné části) • řízení (zapojení do endokrinního systému) 3. Peptidové hormony I a) Hormony předního laloku hypofýzy (adenohypofýzy)

1

STH, TSH, ACTH, LH, FSH, prolaktin b) Hypotalamické působky (liberiny, statiny) somatoliberin - somatostatin - somatomediny, tyreoliberin, kortikoliberin, gonadoliberin, PIF 4. Peptidové hormony II c) Hormony zadního laloku hypofýzy ocytocin, vasopresin d) Kalcitonin, parathormon a regulace kalciofosfátového metabolismu 5. Hormony štítné žlázy a) Vlastní hormony štítné žlázy: thyroxin, trijodthyronin b) Jiné hormony tvořené ve štítné žláze 6. Steroidní hormony I a) Sexuální hormony androgeny, estrogeny, progestiny (gestageny) 7. Steroidní hormony II b) Kortikoidy mineralokortikoidy, glukokortikoidy c) Deriváty vitaminu D 8. Hormony ostrůvků pankreatu a) Insulin, glukagon b) Hormonální regulace hladiny glukosy v krvi 9. Katecholaminy a sympatikoadrenální systém a) Katecholaminy 10. Ostatní hormony a) Melatonin b) Deriváty kyseliny arachidonové c) Hormony gastrointestinálního traktu (GIT) III. V y u ž i t í v k l i n i c k é b i o c h e m i i 11. Biochemická analytika a klinická biochemie hormonů a) Metody stanovení hormonů Imunoeseje, RIA, NIIA, chromatografické metody ostatní metody b) Nejznámější klinické projevy poruch tvorby hormonů a jejich funkce. 12. Prolínání endokrinologie s dalšími biomedicínskými obory: molekulární endokrinologie imunologie Obecné principy endokrinních regulací

2

IV. Doporučená literatura: 1.

2. 3. 4. 5.

Vybrané kapitoly z učebnic biochemie a obecné biologie, pojednávající o hormonech a hormonálních regulacích, například : Vodrážka Z.: Biochemie, Praha 1996 Kolektiv pracovníků katedry biochemie Přírodovědecké fakulty: Skripta biochemie Základní kurz, Praha 2005 Devlin TM, (Ed.):Textbook of biochemistry with clinical correlations, A John Willey and Sons, Inc., New York, 4th Edition 1997. Kapitoly 20 a 21. Goodman H.M.: Basic Medical Endocrinology, 3rd Edition, Academic Press, An Imprint of Elsevier Science, Amsterdam, Boston - Tokyo 2003 Voet D, Voet JG: Biochemistry, 3rd Edition, John Wiley and Sons, 2004, Kapitola 19 (Signal Transductions) Gomperts B.A., Kramer I.J., Tatham P.E.R.: Signal Transduction, Elsevier Acad. Press, Amsterdam and other, 2003

Studentům bude zaslán stručný text přednášky elektronicky. Přednáška bude zakončena krátkým "zaškrtávacím" testem a ústní zkouškou, ve které bude probrán test a doplňující otázky.

3

HORMONY Richard Hampl Text přednášky Verze 2015

Úvod Základní pojmy Hormony dnes chápeme jako v organismu tvořené regulátory biochemických pochodů, přenášené z místo svého působení tělními tekutinami, především krví. Účinky látek, splňujících tuto definici nazýváme endokrinními. Existuje řada působků – sloučenin, které působí stejně jako hormony, ale pouze na sousední buňky (ať už stejného typu nebo odlišných), potom hovoříme o parakrinních účincích. Autokrinní účinky pak jsou ty, kterými pomocí uvedených regulátorů biochemických pochodů ovlivňují samy buňky svoji činnost. Hormony a para- či autokrinní působky tak zprostředkovávají komunikaci mezi buňkami, („cell signaling“). Stejně jako nervové regulace jsou i hormonální regulace charakteristické pro vyšší organismy. Připomeňme na tomto místě, že mezi nervovou a hormonální regulací není tak ostrý rozdíl: působení jak nervové soustavy tak hormonů na cílové buňky je látkové. Některé mediátory nervového přenosu jsou chemicky blízké nebo totožné s hormony (např. katecholaminy). Specifickým rysem hormonální regulace je, že ovlivňuje děje pomalé až velmi pomalé a že její účinek zasahuje současně orgány (tkáně, buňky) na různých místech organismu. Tyto děje mohou být velice pestré dotýkají se prakticky všech v organismu probíhajících pochodů. Na celotělové úrovni tak regulují metabolické děje dodávající energii (např. metabolismus sacharidů, regulaci glykémie, oxidativní fosforylaci), podílejí se na regulaci termogeneze, regulují hospodaření s vodou a minerály, kalciofosfátový metabolismus, či odezvu na vnější podněty. Hormony řídí také biorytmy. Na buněčné úrovni jde o konkrétní biochemické reakce jako jsou aktivace či deaktivace enzymů, transport iontů a substrátů přes buněčnou membránu, energetické změny uvnitř buněk, tvorba nových bílkovin - enzymů, strukturních bílkovin, jiných hormonů, receptorů a pod. Molekulární podstatu těchto dějů pak nazýváme mechanismem účinku. Mechanismem účinku hormonu tak rozumíme sled chemických dějů od okamžiku, kdy se hormon dostane cirkulací k cílové buňce („target cell“), až do uskutečnění příslušného regulačního zásahu. Jedním ze zásadních objevů v endokrinologii na přelomu 60. a 70. let bylo zjištění, že hormony působí mechanismem receptorovým. Jinak řečeno, chemický signál nesený hormonem je v cílové buňce zachycen díky přítomným látkám receptorům. Receptorem zde rozumíme látky, které jsou schopny hormon rozpoznat a s ním specificky reagovat (interagovat). Receptory jsou vesměs bílkoviny, od jednoduchých oligopeptidů (např. tripeptid tyreoliberin) po složité heteromerní sloučeniny. Jde o interakci reverzibilní, tzn. nevzniká zde nová sloučenina, ale hormon-receptorový komplex, který se po splnění své úlohy rozpadne. Pro interakci

4

platí zákon o působení aktivní hmoty, tato interakce je charakterizována asociačníresp. její převrácenou hodnotou – disociační – konstantou (podíl rychlosti tvorby a disociace komplexu), vyjadřující za daných podmínek afinitu hormonu vůči receptoru. Asociační konstanty pro interakci hormonů s receptory jsou vysoké – v řádu 108 - 1010 l/mol, v některých případech i vyšší. Pro představu: uvážíme-li, že hormon dokáže vyvolat příslušnou fyziologickou odezvu již při koncentraci 10-10 mol/l, odpovídá to asi 10-10 x 6 x 1023 molekulám v litru. Počítáme-li průměr jedné buňky asi 12 µm, pak jedna buňka zaujímá objem asi 10-12 litru. Tomuto objemu tak odpovídá asi 60 molekul hormonu. Zdůrazněme, že hormonální receptory jsou definované resp. definovatelné sloučeniny, konkrétně jednoduché či složené bílkoviny, tedy struktury molekulární, nikoliv buněčné (jakými jsou například smyslové receptory - čidla). Specifická interakce hormon - receptor je dalším příkladem komplementární interakce v biochemii (srov. např. interakce nukleových bází, DNA - RNA, enzym - substrát, antigen - protilátka, substrát - transportní bílkovina, feromon - feromonový receptor). Dalším typickým znakem hormonálních regulací je tzv. etážový systém řízení: hormony na „vyšší“ etáži (např. hypotalamické hormony) stimulují tvorbu a uvolnění do cirkulace hormonů na „nižší“ etáži (např. hypofyzárních hormonů), které pak stimulují tvorbu a sekreci na „nejnižší“ („žlázové, periferní“) úrovni (např. hormonů štítné žlázy). Toto uspořádání má dvojí význam: umožňuje zesílení (amplifikaci) signálu neseného hormonem a citlivou regulaci celého systému prostřednictvím zpětných vazeb (feed-back mechanisms).

Rozdělení hormonů Hormony můžeme klasifikovat podle původu, chemického složení či mechanismu, kterým vykonávají své účinky. „Klasické“ rozdělení hormonů podle žláz, ve kterých se tvoří může být zavádějící: např. hypotalamický hormon somatostatin (regulující výdej hypofysárního růstového hormonu) secernují i D-buňky Langerhansových ostrůvků pankreatu, řada „hypotalamických“ působků se tvoří rovněž ve střevech, endorfiny vznikají mj. ve varlatech apod. Chemicky nejvíce hormonů tvoří bílkoviny a peptidy, od jednoduchých sloučenin, jakou je například tripeptid tyreoliberin (TRH) až po velké heteroproteiny, jakými jsou např. některé hormony gastrointestinálního traktu. Řada bílkovinných hormonů se tvoří ve formě pro- nebo prepro-hormonů, jejichž postupným enzymatickým štěpením vznikají vlastní, biologicky účinné hormony. Typickým příkladem jsou hormony gastrointestinálního traktu, jako je gastrin – známe pre- a prohormony „big-big gastrin, big gastrin“ a vlastní gastrin. Další skupinou jsou hormony odvozené od jednoduchých aminokyselin, konkrétně tyrosinu (hormony štítné žlázy a katecholaminy) a od tryptofanu (melatonin a jeho prekurzory). Velkou skupinou jsou steroidní hormony, s typickým steranovým (cyklopentanoperhydrofenantrenovým skeletem). Mezi hormonálně či para- případně autokrinně účinné působky patří také některé metabolity kyseliny arachidonové (prostanoidy, leukotrieny).

5

O chemii hormonů pojednáváme v následujících kapitolách o jednotlivých hormonech. Poznamenejme zde pouze, že stejné konečné biologické účinky mohou mít hormony chemicky zcela odlišné (např. peptid glukagon a steroid kortisol). Jak ukážeme v dalším, jakkoliv pestré jsou biologické účinky hormonů, mechanismy, kterými působí jsou v podstatě tři: 1. Mechanismus zprostředkovaný receptory na povrchu buněk 2. Mechanismus zprostředkovaný intracelulárními receptory a 3. Mechanismy smíšené.

Úrovně účinků hormonů U biologických účinků hormonů obvykle rozlišujeme tři úrovně: celoorganismovou (celotělovou), buněčnou a molekulární. Typickým příkladem hormonálních regulací na úrovni celého organismu je udržování energetické rovnováhy především glykoregulace: participují na ní tři klíčové hormony – peptidy insulin a glukagon a steroid kortisol. Jiným příkladem je udržování rovnováhy vody a elektrolytů, kde působí peptidy adiuretin (vasopresin), atriový natriuretický hormon (ANH) a steroid - mineralokortikoid aldosteron. Nejdůležitější hormony, které zajišťují homeostázu Ca2+ jsou parathormon, kalcitonin a kalcitriol (1,25-dihydroxy-vitamin D3). Hormony štítné žlázy spolu s katecholaminy zajišťují klidovou (obligatorní) respektive fakultativní tvorbu tepla (termogenezi). K celotělovým regulacím také patří růst, vývoj a reprodukce. O hormonální regulaci zmíněných fyziologických dějů pojednáme v příslušných kapitolách. Na buněčné úrovni rozlišujeme účinky hormonů na různé buňky a tkáně. Jako příklady uveďme rozmanité účinky glukokortikoidů v různých typech buněk a tkání: v játrech (hepatocytech) je typickým projevem stimulace glykogenolýzy, zatímco ve svalu a v pojivu jsou to katabolické pochody a následně glukoneogeneze. Velice pestrými jsou účinky, kterými kortikoidy zasahují do imunitního systému resp. funkce imunokompetentních buněk (T a B lymfocytů). Mezi hormonálními zásahy na buněčné úrovni patří i účinky ve specializovaných buňkách, jakými jsou buňky mužského a ženského reprodukčního systému (např. Leydigovy a Sertoliho buňky varlat či thekální a granulosové buňky vaječníků). Molekulární pochody, které za těmito účinky stojí, pak označujeme jako (molekulární) mechanismy účinku hormonů a jsou předmětem následující kapitoly.

Mechanismy účinku hormonů Mechanismus účinku hormonů s receptory na povrchu buněk Receptorové bílkoviny jsou v tomto případě součástí buněčné membrány. Každá molekula receptoru obsahuje obvykle jedno vazebné místo pro hormon. V aktivním stavu jsou receptory funkčně i prostorově spojeny s katalytickými systémy na vnitřní straně membrány, jejichž aktivací se tvoří z přítomných prekurzorů sloučeniny, které přenášejí signál na další systémy buňky, tzv. druzí poslové. Enzymy na vnitřní straně membrány označujeme jako tzv. efektory. Protože (až na výjimky) se

6

aktivují již existující systémy v buňce a nedochází k ovlivnění genové exprese, nazýváme tyto účinky „negenomové“ Mechanismy, využívané hormony s receptory na membránách můžeme dále rozdělit na několik typů: a) Ty které využívají k přenosu signálu neseného hormonem tzv. G-proteinů, jejichž prostřednictvím se aktivují enzymy katalyzující vznik cyklických nuklesidmonofosfátů, které pak slouží jako druzí poslové. Hormon obecně může jak stimulovat výše uvedené enzymy, tak je inhibovat. Závisí to na typu zmíněného Gproteinu, které se pak označují Gs (stimulační) resp. Gi (inhibiční). Nejznámějším a nejlépe prozkoumaným mechanismem tohoto typu je adenylátcyklasový systém. K propojení receptoru po navázání hormonu s enzymem adenylátcyklasou, lokalizovanou na vnitřní straně membrány dojde prostřednictvím zmiňovaného G-proteinu, jenž obsahuje vazebné místo pro guanosin trifosfát - GTP; (někdy se setkáme i s označení „N“ = nukleotidový protein). Ten je tvořen několika podjednotkami, z nichž jedna (tzv. α-podjednotka) obsahuje vazebné místo pro GTP (ve skutečnosti v „klidovém stavu“ je na ní navázán GDP a teprve vazbou hormonu je GDP nahrazen GTP). Vazba hormonu dále vyvolá přeskupení jednotlivých článků (podjednotek) tak, aby se vytvořilo funkční spojení. To je umožněno i pohyblivostí Gproteinu membránou, který tak může být použit podle aktuální potřeby pro různé hormony. G-proteinů je více (dnes je známo okolo 12) a hormony, které je využívají se označují jako skupina „G-proteinových hormonů“. Hydrolýza navázaného GTP (příslušná podjednotka G-proteinu funguje jako slabá guanosinfosfatasa) vede k deaktivaci adenylátcyklasy, což představuje jeden z kontraregulačních mechanismů, vedoucích k recyklaci hormonu a „uvedení systému do původního stavu“. Adenylátcyklasa katalyzuje přeměnu všudypřítomného adenosintrifosfátu (ATP) na cyklický adenosin-monofosfát („cAMP“), což je nejznámější 2.posel. Můžeme jej přirovnat k jakémusi „biochemickému šemu“ - jde o universální sloučeninu, která se váže na různé nitrobuněčné bílkoviny, zejména enzymy, především kinasy (tj. fosfotransferasy přenášející zbytek kyseliny fosforečné) a tím je aktivuje. Aktivace kinas pak vede k nastartování celé řady biochemických dějů, zahajovaných fosforylací substrátů. Vedle cAMP dnes známe systémy (mechanismy) využívající cGMP. Příkladem hormonu, využívajícího cGMP jako druhého posla je tzv. atriový natriuretický hormon (faktor) (ANH, ANF). Jakkoliv jde o mechanismus komplikovaný (v tomto nástinu jsme se dopustili zjednodušení), je z hlediska organismu vysoce ekonomický: interakce hormonu s receptorem je signálem pro spuštění celé kaskády navzájem propojených dějů, které je buňka schopna vykonávat, jež se týkají mnohem většího množství látek, než bylo původní množství hormonu. Tohoto mechanismu využívají mnohé peptidové hormony, jako hormony předního laloku hypofýzy (ACTH, LH, FSH, TSH), katecholaminy, hypotalamické působky (liberiny) a také glukagon. b) Mechanismy, využívající rovněž G-proteinů, ale efektorem nejsou enzymy katalyzující tvorbu cyklických nukleosid monofosfátů jako druhých poslů: Nejznámějším příkladem tohoto typu je mechanismus, využívající jako druhých poslů štěpných produktů membránového fosfatidylinositolu a následně jako „druhého“ druhého posla vápenatých iontů (Ca2+). Podle efektoru, kterým je jedna z membránových fosfolipas, fosfolipasa C) je mechanismus nazývaný fosfolipasový C. Poznámka: Fosfolipasy tvoří početnou rodinu membránových enzymů

7

hydrolyzující esterové vazby fosfolipidů. Mají svoji vlastní nomenklaturu. V kapitole o mechanismech účinků glukokortikoidů se setkáme např. s fosfolipasou A2 Zjednodušeně jde o následující děje: Hormon se váže na membránový receptor, který prostřednictvím G-proteinu aktivuje membránovou fosfolipasu C, která štěpí v membráně přítomný fosfatidyl inositol na inositol-trifosfát a diacylglycerol, které slouží jako první z řady druhých poslů. Inositol trifosfát aktivuje systémy, ovlivňující propustnost kalciového kanálu, jehož otevření vede ke vstupu Ca2+ do buňky. Současně dojde k mobilizaci (uvolnění) nitrobuněčného Ca2+, kde je vázán na endoplasmatické retikulum. Vápenaté ionty, stejně jako diacylglycerol se váží na některé kinasy a tím je aktivují. Vápenaté ionty spolu se štěpnými produkty fosfatidylinositolu mají tak podobnou úlohu jako cyklické nukleosid-monofosfáty. Ca2+ může aktivovat příslušné kinasy buď přímo, nebo v komplexu s nitrobuněčným transportním proteinem kalmodulinem, obsahujícím 4 vazebná místa pro vápenatý ion. Tento mechanismus není charakteristický výlučně pro některé hormony, ale je často využíván paralelně s ostatními uvedenými mechanismy. c) Mechanismy nezávislé na G-proteinech Posledním typem mechanismu účinku hormonů s receptory na membránách jsou ty, které nepotřebují k přenosu signálu neseného hormonem do nitra buňky Gproteiny. Receptor sám je v tomto případě tvořen z více podjednotek, jež zasahují na vnitřní stranu membrány a vykazují katalytickou aktivitu, konkrétně schopnost přenosu fosfátu na řadu bílkovin, především enzymů (kinasová aktivita). Prvním krokem obvykle je autofosforylace na tyrosinových zbytcích části receptoru „zanořené“ do cytoplasmatického prostoru. Příslušná podjednotka má „tyrosinkinasovou doménu“, tj. katalytickou část, schopnou fosforylovat řadu bílkovin na tyrosylových postranních řetězcích. Někdy se proto tento typ mechanismu označuje jako „tyrosinkinasový“, aby se zdůraznila určitá vyjímečnost tyrosinkinas (z celé řady kinas se nejčastěji fosforylují bílkoviny především na serinových a threoninových zbytcích). Tímto mechanismem (značně zjednodušeně) působí např. insulin a také růstový, insulinu-podobný faktor-1 (IGF-1) a další tzv. růstové faktory, o nichž bude řeč u růstového hormonu. Hormony účinkující na membránách se mohou v některých případech dostat i s receptory do nitra buňky mechanismem endocytosy. To se děje např. i v případě insulinu. Vchlípené membrány s receptory s navázaným hormonem vytvoří tzv. „coated vesicles“, tj. váčky, ze kterých se hormony uvnitř buňky mohou uvolnit působením proteas a případně znovu využít („recyklace“). Z klinického pohledu není bez zajímavosti, že poznání receptorového mechanismu působení peptidových hormonů vedlo k odhalení podstaty některých onemocnění, přisuzovaných nadbytečné tvorbě hormonu, jako autoimunních procesů. Při nich organismus vytváří mj. protilátky proti receptorovým bílkovinám, které se mohou vázat na membránové receptory a paradoxně účinkovat jako sám hormon (stimulující protilátky). Tento jev je dlouho znám u thyreotropinu (TSH). Zopakujme, že těchto mechanismů přenosu informace (signálu) do buňky, vedoucího k nastartování událostí uvnitř buňky využívají i působky účinné parakrinně a autokrinně. G-proteiny jako mediátory přenosu signálu od receptoru do nitra buňky tak využívají i jiné molekuly než hormony. Typickým příkladem jsou některé

8

(parakrinně či autokrinně) působící růstové faktory; zřejmě nejznámější je již zmíněný IGF-1. Dodejme, že těchto signálních drah z membrány do nitra buňky se využívá i při imunitní odpovědi. Je to příklad prolínání endokrinologie a imunologie. Nověji se ukazuje, že mechanismů s receptory na membránách mohou využívat i steroidní hormony; jde o tzv. negenomové účinky těchto hormonů.

Mechanismy využívající intracelulární receptory Na rozdíl od výše popsaných mechanismů, při kterých vazbou hormonu na membránový receptor došlo pouze k aktivaci různých biochemických pochodů v buňce resp. na její membráně, účinkují hormony s receptory uvnitř buňky jako regulátory genové exprese (též genomové účinky). Znamená to, že ovlivňují tvorbu bílkovin (enzymů, strukturních proteinů ale i např. receptorů) od samého počátku, kterým je transkripce příslušných genů. Odezva na hormonální signál je u tohoto typu regulace podstatně pomalejší - řádově jde o desítky minut ve srovnání s minutami až vteřinami u prvního typu. Mechanismem regulace genové exprese působí všechny steroidní hormony včetně látek skupiny vitaminu D a hormony tzv. folikulárních buněk štítné žlázy (viz příslušná kapitola). Hormon se váže na intracelulární receptor, čímž dochází ke konformačním, případně dalším změnám v molekule receptorové bílkoviny, která zaujme formu, schopnou interakce s jadernou DNA (tzv. aktivace nebo též transformace). V některých případech heteromerních receptorů (např. u glukokortikoidních receptorů) se po navázání hormonu odštěpí tzv. proteiny teplotního šoku (heat shock proteins, hsp), které se mj. uplatňují při zánětlivých reakcích a při imunitní odpovědi. Je dosud sporné, zda původním sídlem receptorů je jádro buňky či cytoplasma. Imunohistochemické studie svědčí spíš pro druhou možnost. Struktura receptorů tohoto typu je ve většině případů známa, rovněž jsou známy geny pro jednotlivé receptory a jejich domény. U receptorů rozeznáváme tři části domény - plnící odlišné funkce. První je oblast - doména, odpovědná za vazbu na DNA (viz níže), druhou doména, obsahující vazebné místo pro hormon a třetí (Nterminální, transaktivační) zprostředkuje vlastní spuštění (‘triggerring’) transkripce příslušného genu. V jádře buňky se pak „aktivovaný“ hormon-receptorový komplex svou „DNAvázající doménou“ (DBD) váže na určité úseky DNA, tzv.hormony regulované elementy - HRE příslušného genu. HRE přitom nejsou totožné s iniciačním místem pro přepis (transkripci) genu do mRNA, dokonce mohou být od něj dosti vzdálené. K „překlenutí“ vzdálenosti mezi HRE a iniciačním místem pro transkripci, jež se zpřístupňuje pro jadernou RNA polymerasu, slouží celá molekula receptorové bílkoviny, zejména však její N-terminální část („třetí z domén“), za spoluúčasti dalších jaderných proteinů, tzv. transkripčních faktorů. Tyto proteiny a jejich úloha patří v současnosti k intenzivně studovaným. Přes pokroky molekulární endokrinologie (zmapování a popsání jak genů pro řadu bílkovin, jejichž tvorba je hormony kontrolována, tak genů pro samotné receptory), není mechanismus tohoto procesu, označovaného někdy jako „transdukce hormonem neseného signálu“ dosud úplně jasný.

9

Mechanismy „smíšené“ (zprostředkované) Méně časté jsou takzvané mechanismy smíšené (zprostředkované), které začínají stejně jako u mechanismů s receptory na membránách, ale vyúsťují v regulaci transkripce jako u genomových mechanismů. Prvním krokem je vazba ligandu na membránový receptor, následuje přenos informace do nitra buňky - aktivace efektorů na vnitřní straně membrány, tvorba 2.poslů a nastartování signálních drah a vazba jejich dalších produktů (zpravidla jaderných forforylovaných proteinů) na responzivní elementy regulovaného genu a zpřístupnění iniciačního místa pro RNA-polymerasu vedoucí k zahájení transkripce. Příkladem je signální dráha zahájená aktivací proteinkinasy A (PKA) vazbou cAMP. Aktivovaná PKA difunduje přes jadernou membránu kde fosforyluje tzv „cAMP Response Element Binding protein“ (CREB P), který se poté váže na určité sekvence DNA v promotorové oblasti (responzivní elementy), čímž zpřístupní iniciační místo transkripce a zahájí tak expresi (nebo naopak inhibici) regulovaného genu, stejně jako při genomovém mechanismu. Tohoto mechanismu využívají např. katecholaminy (srov. kapitolu Hormony dřeně nadledvin a sympatiko-adrenální systém) působící přes beta-2-adrenergní receptory nebo glykoproteinové hormony regulující expresi receptorů pro některé hypofyzární hormony. Zmíněná proteinkinasa A může být aktivována nejen vazbou s cAMP, ale i přes fosforylační kaskádu druhými posly (v tomto případě ionty Ca2+) fosfatidylinositolového systému. Vidíme, že se zde signální dráhy sbíhají – oba systémy vedou k aktivaci stejného enzymu (zde PKA). Proto v moderních učebnicích (např. citovaná monografie „Signal Transduction“) jsou mechanismy často řazeny podle signálních drah kde klíčovým krokem je aktivace určitého enzymu. Závěrem dodejme, že mechanismy uvedené v předchozích odstavcích využívají nejen hormony, ale řada dalších regulačních molekul – neurotransmitery, feromony, antigeny a další složky imunitního systému. Mluví se o „společném biochemickém jazyku“.

Systematická část Hormony předního laloku hypofýzy a příslušné hypotalamické působky Zjednodušené anatomické a fyziologické poměry Hypofýza neboli podvěsek mozkový (angl. pituitary) je žláza velikosti třešňové pecky (0.4 - 0.9 g), uložená v tzv.tureckém sedle (sella turcica) klínové kosti. Skládá se ze dvou nestejně velkých laloků: předního, většího zvaného adenohypofýza a zadního, menšího - neurohypofýzy. Hypofýza je spojena s hypotalamem, jenž je součástí tzv. limbického systému, (t.j. části mozku, řídící nižší mozkovou činnost) stopkou (infundibulum), ve které jsou jednak cévy, přivádějící hypotalamické působky do adenohypofýzy, jednak nervové dráhy, spojující hypotalamus s neurohypofýzou. Cévní spojení mezi hypotalamem a adenohypofýzou se nazývá portální hypotalamohypofyzární krevní oběh. 10

Hypotalamus a hypofýza spolu s některými „periferními“ žlázami produkujícími hormony (konkrétně s kůrou nadledvin, štítnou žlazou a gonády) tvoří již zmíněný etážový systém hormonálních regulací. Označují se jako osy: – hypotalamo-pituitární-tyroidální (HPT), hypotalamo-pituitární-adrenální (HPA), hypotalamo-pituitární-gonadální (HPG) Hypotalamické působky vyvolávají (případně i inhibují) sekreci hypofyzárních hormonů, které stimulují tvorbu a výdej „žlázových“ (periferních) hormonů. Koncentrace posledně zmíněných hormonů v krvi zpětovazebně ovlivňuje výdej hypotalamických i hypofyzárních hormonů. Při těchto dějích se opět využívají receptorové mechanismy (v hypotalamu i v hypofýze jsou rovněž receptory pro „žlázové“ („periferní“) hormony. Hypotalamické působky (hormony) Podle toho, zda stimulují nebo inhibují tvorbu a výdej adenohypofyzárních hormonů rozlišujeme liberiny a statiny. Jsou to oligopeptidy (nejmenší, „TRH“ je tripeptid !), tvořené v nervových buňkách hypotalamu (protože jsou tvořeny v neuronech, nazývají se také „peptidergní“). Kromě zmíněných zpětnovazebných mechanismů, zprostředkovaných membránovými receptory, jsou tvorba a výdej hypotalamických hormonů regulovány podněty z vyšších („nadřazených“) mozkových center, prostřednictvím neurotransmiterů. Neurotransmitery (někdo dává přednost pojmu "neuromediátory", který je širší) jsou sloučeniny, jež zprostředkovávají nervový přenos, uvolňované z nervových zakončení. Jde o látkový přenos, který představuje jedno z propojení nervové a endokrinní regulace. Mezi neurotransmitery patří „pravé“ hormony, jakými jsou adrenalin, noradrenalin a dopamin, tvořené také ve dřeni nadledvin, endogenní opioidy (endorfiny) i látky, které nesplňují definici hormonu, jako jsou serotonin, acetylcholin, kyselina gama-aminomáselná (GABA) či histamin a řada dalších látek, včetně některých "tkáňových" peptidových hormonů. Tvorba i výdej hypotalamických působků závisí na dodávce energie (zmiňme „modulační“ vliv koncentrace glukosy v místě tvorby těchto hormonů) i koncentrace jednotlivých aminokyselin, jako stavebních kamenů těchto oligopeptidů. V dalším stručně pojednáme o jednotlivých hypotalamických hormonech vždy v souvislosti s příslušnými hyfyzárními hormony, jejichž výdej a tvorbu řídí. Zdůrazněme na tomto místě, že starší představa, podle níž hypotalamické hormony stimulují (inhibují) pouze výdej (sekreci) hypofyzárních hormonů, případně jejich odštěpení z makromolekulárních prekurzorů - pre(pro)hormonů - (srovnej níže „POMC“) neplatí. Hypotalamické působky mohou ovlivnit rovněž expresi genů pro hypofyzární hormony (viz zmíněné smíšené mechanismy). V obojím případě se využívá mechanismů zprostředkovaných receptory.

Jednotlivé hormony adenohypofýzy a příslušné hypotalamické působky (hormony) V adenohypofýze člověka se tvoří 7 hormonů. Můžeme je rozdělit na ty, které ovlivňují činnost endokrinních žláz na nižší etáži - konkrétně štítné žlázy, kůry nadledvin a gonád, a na ty, které působí přímo na „neendokrinní“ tkáně (buňky,

11

orgány). Do první skupiny patří (zkratky viz níže): TSH, ACTH, LH a FSH, do druhé pak STH (= GH), prolaktin (PRL) a α-MSH. TSH („Thyroid stimulating hormone“, Tyreotropin) TSH je glykoprotein o mol.hmotnosti 28000 Da, tvořený v adenohypofýze v buňkách tyreotropech. Skládá se ze dvou podjednotek, α-, která je společná pro LH i FSH (a také pro placentární analog LH, lidský choriový gonadotropin - hCG) a ze specifické β-podjednotky. Hlavní cílovou tkání pro TSH jsou tzv. folikulární buňky štítné žlázy, kde dochází pod vlivem TSH k akumulaci jodu a k tvorbě a uvolňování hormonů štítné žlázy - thyroxinu (T4) a trijodthyroninu (T3). Podrobněji viz kapitola „hormony štítné žlázy“. Mechanismus je receptorový s receptory na membráně, přičemž se využívá jak adenylcyklasový systém, tak fosfatidylinositolový (oba využívají G-proteiny). Výdej a tvorbu TSH řídí a stimuluje hypotalamický tripeptid tyreoliberin (Thyreotropin Releasing Hormone, TRH), mechanismus je receptorový. Sekreci TSH naopak brzdí somatostatin (viz níže). Jak TRH tak somatostatin se tvoří v hypotalamu i v jiných tkáních, např. u mužů i v prostatě (!). Hormony štítné žlázy působí negativní zpětnou vazbou na úrovni hypotalamu i hypofýzy (tzv. dlouhá a krátká zpětnovazebná smyčka), tzn. inhibují výdej TRH i TSH. ACTH (Adrenokortikotropní hormon, kortikotropin) ACTH je jednoduchý peptid o 39 aminokyselinách (mol.hmotnost 4500 Da), přičemž biologicky účinný je ještě fragment, tvořený prvními 24 aminokyselinami (využívá se v experimentálních studiích). ACTH vzniká štěpením prohormonu proopiomelanokortinu (POMC), jehož dalšími biologicky aktivními fragmenty jsou některé endogenní opioidy - β-endorfiny, dále tzv. β2-mikroglobulin a melanocyty stimulující hormon (α-MSH). ACTH působí v kůře nadledvin (především ve vnitřních zónách fasciculata a reticularis, produkujícími glukokortikoidy), kde spouští tvorbu kortikosteroidů. Využívá adenylcyklasového systému s G-proteiny. Sekreci ACTH jakož i ostatních fragmentů POMC stimuluje hypotalamický kortikoliberin („Corticotropin Releasing Hormone, CRH“) o 41 aminokyselinách. Kortikosteroidy, tvořené v nadledvinách (u člověka a primátů kortisol, u hlodavců kortikosteron), zpětnovazebně brzdí výdej jak CRH tak ACTH (analogie s TSH). Potlačení výdeje ACTH a následně tvorby kortisolu syntetickými kortikosteroidy se využívá v medicíně v dynamických testech. Gonadotropiny LH - luteinizační hormon (lutropin, „Intersticial Cells Stimulating Hormone“, ICSH) a FSH - folikuly stimulující hormon, folitropin, jsou glykoproteiny, tvořené v hypofýze v buňkách gonadotropech. Jak již jsme se zmínili, jsou to heteroproteiny, se společnou tzv. α-podjednotkou, kterou sdílejí s TSH. Cílovými tkáněmi pro gonadotropiny jsou mužské i ženské pohlavní žlázy, kde obecně ovlivňují tvorbu a sekreci sexuálních steroidních hormonů a další funkce potřebné k reprodukci. Mechanismus, kterým gonadotropiny působí je receptorový, s receptory na membráně, využívající adenylátcyklasový systém s G-proteiny. Oba

12

hormony se tvoří u mužů i u žen, i když jejich terminologie pochází převážně z oblasti z ženské reprodukce, jejich biologické účinky u mužů a žen jsou však odlišné. U mužů LH stimuluje tvorbu androgenů v tzv. Leydigových buňkách varlat (= vmezeřené, intersticiální buňky, starší název ICSH = interstitial cells stimulating hormone), podobně jako ACTH stimuluje steroidogenesu v kůře nadledvin. FSH ovlivňuje zrání spermií v semenotvorných kanálcích, tvořených různými typy buněk, z nichž pro hormonální regulace mají zvláštní význam tzv. Sertoliho buňky, v nichž se tvoří další peptid „inhibin“, který působí (krátkou smyčkou) inhibičně na výdej FSH hypofýzou. U žen LH i FSH stimulují tvorbu sexuálních steroidů ve vaječnících a podílejí se na cyklických změnách funkce ženských reprodukčních orgánů, jejichž smyslem je připravit podmínky pro oplodnění a následný vývoj vajíčka. Výdej jakož i syntéza LH a FSH v gonadotropech je stimulována hypotalamickým pro obě pohlaví společným dekapeptidem gonadoliberinem (GnRH, luliberin). Analogicky jako u mužů se u žen tvoří v tzv. granulosových buňkách vaječníků (viz kapitolu o ženských sexuálních hormonech) inhibin. Pro sekreci GnRH je typický jeho pulzní charakter - hormon je vydáván hypotalamem do oběhu v krátkých rázech (pulzech). Mužské a ženské sexuální steroidy zpětnovazebně ovlivňují tyto pulzy různě: mění jejich frekvenci nebo amplitudu. Porucha pulzní sekrece GnRH vede ke ztrátě jeho účinnosti. GnRH účinkuje v adenohypofýze receptorovým mechanismem, s využitím Ca2+ jako druhého posla. Sexuální steroidy působí negativní (u žen rovněž pozitivní) zpětnou vazbou na úrovni hypotalamu (viz pulzní charakter) i hypofýzy. Růstový hormon (Somatotropin, STH) (nezaměňovat s „TSH“,) hGH = human Growth Hormone). Růstový hormon je nejdůležitějším hypofyzárním hormonem, působícím na „neendokrinní“ tkáně (buňky, orgány). Lidský růstový hormon je peptid o 191 aminokyselinách o molekulové hmotnosti 22 000 Da. Jak již naznačuje název, jeho hlavním účinkem je růst. Podporuje růst prakticky všech buněk a tkání přičemž z fyziologického hlediska (vzhledem k zastoupení jednotlivých tkání) je nejdůležitější jeho účinek na kost a na svalovou tkáň. U kostí podporuje jejich růst do délky. Důležitým biochemickým účinkem STH je vychytávání („záchyt, uptake“) glukosy buňkami na něž působí, čímž se získává potřebná energie pro výstavbové procesy a vychytávání aminokyselin pro jejich využití jako stavebních kamenů bílkovin. Obecně podporuje anabolické děje. Receptory STH jsou na membránách cílových buněk, přičemž k aktivaci nitrobuněčných systémů se využívá různých výše uvedených mechanismů. Pro růstový hormon je charakteristické, že vyvolá zmnožení peptidů, zvaných růstové faktory (dříve označované jako somatomediny). Růstové faktory se uplatňují na různých místech při regulaci genové exprese a proteosyntézy (srov. kapitolu o mechanismu účinku hormonů s receptory uvnitř buňky). Růstové faktory působí i parakrinně na sousední buňky a autokrinně. Účinek STH prostřednictvím růstových faktorů je dalším příkladem amplifikace signálu, neseného hormonem. Nejznámějším růstovým faktorem je „insulinu podobný růstový faktor I = insulin like growth factor I“, IGF-I, velikostí a aminokyselinovým složením skutečně podobný insulinu. IGF-1 má svoje vlastní plazmatické transportní bílkoviny, u tohoto peptidu je jich dokonce 6, které ovlivňují jeho biologickou dostupnost. Označují se obvykle zkratkou IGF-1 BP a číslem (IGF-1 binding protein).

13

Sekrece ale i biosyntéza STH je regulována jak pozitivně, hypotalamickým působkem somatoliberinem (GHRH = growth hormone releasing hormone), tak negativně, již zmiňovaným somatostatinem. Somatostatin se tvoří nejen v různých buňkách mozku včetně hypotalamu, ale i v jiných tkáních, např. v „D“ buňkách Langerhansových ostrůvků pankreatu (srov. s kapitolou o hormonech pankreatu). Nověji se používá i léčebně. Na sekreci STH má vliv řada hormonů; přes somatoliberin je výrazně ovlivněna podněty z mozku resp. z nervového systému. Prolaktin (PRL) Prolaktin je druhým z hypotalamických hormonů, působící přímo na „neendokrinní“ tkáně (buňky). Chemicky i účinky se podobá STH. U žen má význam jako hormon, ovlivňující růst a funkci mléčné žlázy. Tvoří se však i mužů. Výdej prolaktinu je řízen „statinem“, tzv. „prolactin inhibiting factorem, PIF“, což, jak se ukázalo, není nic jiného než dopamin. Nadbytek prolaktinu u mužů je jedním z ukazatelů možného maligního procesu, patří proto v klinické biochemii mezi tzv. tumorové markery. Melanocyty stimulující hormon (MSH, α-MSH) MSH je třetím z hypotalamických hormonů, jehož cílovou tkání nejsou složky endokrinního systému. Je jedním ze štěpných produktů POMC. Účinkuje v kožních buňkách melanocytech. Patří mezi významné hormony u obojživelníků. Pozor: Nezaměňovat s melatoninem !

Hormony zadního laloku hypofýzy¨ Nejdůležitějšími hormony z nejméně devíti hormonů neurohypofýzy jsou vasopresin (adiuretin) a oxytocin (ocytocin). Hlavní, nikoliv však jedinou úlohou vasopresinu je regulace příjmu a výdeje vody organismy s ohledem na zajištění stálosti vnitřního prostředí, v tomto případě poměru mezi obsahem vody v buňkách a v extracelulární tekutině a jejího celkového objemu. Oxytocin se uplatňuje při reprodukci, nezastupitelnou úlohu má při porodu, kromě toho má některé podobné účinky jako vasopresin. Potřeba regulace vodního a solného hospodářství vyvstala při přechodu původně vodních živočichů, obývajících pravěká moře, na suchou zem. Podílí se na ní více systémů a hormonů. Původ Vasopresin a oxytocin se tvoří v nervových buňkách hypotalamu, odkud se dlouhými axony dostávají do neurohypofýzy, tvořené rovněž nervovými buňkami. Zde jsou uskladněny v sekrečních granulích. Z buněk kde se skladují se uvolňují na základě nervových podnětů mechanismem exocytosy. Z prostoru vně buněk se dostávají, díky prokrvení neurohypofýzy, do krevního oběhu a odtud k cílovým buňkám (tkáním, orgánům). V hypofýze se tedy netvoří, pouze skladují. Geny pro vasopresin a oxytocin a pro jejich prekurzory byly nalezeny i v jiných mozkových strukturách a také v gonadách.

14

Biosyntéza Vasopresin a oxytocin jsou štěpnými produkty makromolekulárního prekurzoru (mol. hmotnost okolo 30 000 Da) propresofysinu (též nazývaného „prooxyfysin“). Dalšími štěpnými produkty tohoto peptidu jsou plazmatické transportní bílkoviny, selektivně vážící oba hormony, nazvané neurofysiny. Podobně jako u hypotalamických hormonů má výdej obou výše zmíněných hormonů neurohypofýzy pulzní charakter. Chemie Vasopresin a oxytocin jsou nonapeptidy (mol. hmotnost 1084 a 1007), obsahující jeden disulfidický cysteinový můstek. Molekula má tvar číslice „6“, tj. tvoří ji cyklický útvar (díky disulfidickému můstku) a tři aminokyseliny „postranního řetězce“. Oxytocin se od vasopresinu liší pouze jednou aminokyselinou v poloze 3: oxytocin zde má isoleucin, zatímco vasopresin fenylalanin. Vasopresin je druhově specifický, lidský vasopresin má jako koncovou aminokyselinu arginin, odtud někdy užívaný název „arginin-vasopresin“ (AVP). Účinky a jejich mechanismus Hlavním biologickým účinkem vasopresinu je resorpce (záchyt) vody ledvinami. Z dalších účinků uveďme jeho působení na stahy (konstrikci) hladkého svalstva. Receptory vasopresinu v ledvinách (jako hlavní cílové tkáně) jsou dvojího typu: využívající 1. adenylcyklasový systém a 2. fosfatidylinositolový s Ca2+ jako „druhým“ druhým poslem. Vazbou vasopresinu na receptor se v buňkách ledvinných tubulů aktivují děje, zahájené fosforylací zúčastněných bílkovin, vedoucí ke změně cytoarchitektury mikrotubulů a mikrofilament, což vede ke změně propustnosti pro vodu a ionty, tedy sumárně ke změně ultrafiltrační schopnosti. Oxytocin vyvolává změny kontraktibility hladkého svalstva, což se uplatňuje zejména při reprodukci - při porodu a během laktace. Mechanismus účinku je podobný jako u vasopresinu. Oba hormony, spolu s dalšími zde nejmenovanými hypotalamickými působky, skladovanými a uvolňovanými neurohypofýzou, účinkují na různých místech rovněž jako neurotransmitery i jako „modulátory“ nervového přenosu. Řízení Výdej (uvolňování) vasopresinu a oxytocinu je řízen nervovými podněty. Signálem pro výdeje vasopresinu jsou změny osmolality krve a krevního tlaku. V hypotalamu jsou buňky tvořící vasopresin mimořádně citlivé na změny osmolality vnější tekutiny a na změny krevního tlaku. Stoupne-li např. koncentrace osmoticky aktivních látek, tj. především sodíku, draslíku a glukosy v krvi, voda z těchto buněk uniká, ty se smrští, což vyvolá nervový signál, který je podnětem ke zvýšení sekrece a syntézy vasopresinu a následně ke snížení vylučování vody ledvinami (odtud název „adiuretin“ – zabraňuje vylučování vody močí). Současně tyto změny vyvolají v příslušném mozkovém centru pocit žízně.

15

Parathormon, kalcitonin a regulace kalciofosfátového metabolismu Jak jsme ukázali, vápenaté ionty se uplatňují jako druzí poslové při hormonální regulaci řady biochemických pochodů. Kyselina fosforečná respektive fosfáty se účastní mnoha biochemických reakcí (řada biochemických pochodů začíná fosforylací substrátů, makroergické fosfáty jsou universálním zdrojem energie). Koncentrace zejména vápenatých iontů v extracelulárním prostoru (krev, lymfa, mezibuněčná tekutina) a v buňkách se musí udržovat v poměrně úzkém fyziologickém rozmezí: u člověka hladina Ca2+ v krvi se pohybuje od 2.25 do 2.60 mmol/l. Z toho okolo 46 % Ca2+ se váže na plasmatické bílkoviny, zejména na albumin, 48 % tvoří volný ion („ionizované kalcium“), zbytek je přítomen ve formě komplexů s různými látkami, přítomnými v krvi. Volný a na komplexy vázaný vápník se někdy označuje jako "difusibilní kalcium". Vápník přítomný v krvi přitom tvoří jen asi promile celkového „kalciového poolu“; poměr vápníku v jednotlivých oddílech („kompartmentech“), tj. uvnitř buněk (intracelulární prostor), v tělních tekutinách (= krev, lymfa, extracelulární prostor) a v kostech lze přibližně vyjádřit čísly 1:10:1000. Koncentrace fosfátu v extracelulárním prostoru je organismem tolerována v širším rozmezí (0.65 - 1.62 nmol/l). Hlavní zásobárnou vápníku i fosfátu je jak patrno kostní hmota. Kalciofosfátový metabolismus představuje významnou složku celkového metabolismu. K jeho regulaci se u vyšších organismů vytvořil systém, založený na souhře tří hormonů - dvou peptidů, parathormonu a kalcitoninu a nízkomolekulárního hormonu, odvozeného chemicky od vitaminu D. Vedle těchto hormonů se při regulaci kalciofosfátového metabolismu uplatňují i další hormony, z nichž na prvním místě je třeba zmínit hormony štítné žlázy, trijodothyronin a thyroxin. Hlavní úlohou tohoto systému je udržení stálých hladin Ca2+ v extracelulárním prostoru a v buňkách, při současném udržení integrity kostí. O derivátech vitaminu D a o jeho úloze pojednáme podrobněji v kapitole věnované steroidním hormonům, vzhledem k chemické podobnosti i k analogii mechanismů, kterými tyto látky jako hormony působí. Zde si všimneme především obou peptidových hormonů. Parathormon (PTH) Původ, tvorba, metabolismus: Parathormon se tvoří v příštitných tělíscích (parathyroidea), tvořených dvěma páry (horním a dolním) žláznatých tělísek, nasedajících na štítnou žlázu. Se štítnou žlázou mají společný embryonální původ. Příštitné žlázy jsou tvořeny několika typy buněk, z nichž pro sekreci PTH jsou nejvýznamnější tzv. hlavní buňky (major cells). V nich se PTH skladuje v sekrečních granulích, z nichž je vydáván do okolního prostoru endocytosou. Prekurzorem PTH je „preproparathormon“ (115 aminokyselin), z něhož odštěpením 25 aminokyselin vzniká „proparathormon“, z něhož se teprve tvoří v Golgiho aparátu vlastní PTH o 84 aminokyselinách (mol. hmotnost 9500 Da). Ještě aktivní je fragment o 34 aminokyselinách (od NH2-konce). V krvi je poměrně rychle odbouráván biologický poločas je asi 15 min - na řadu fragmentů, z nichž některé vykazují různé biologické účinky.

16

Biologické účinky a jejich mechanismus: Parathormon celkově vyvolává zvýšení hladiny Ca2+ v krvi. Děje se tak několika způsoby: 1. Odbouráváním (osteolýzou, „rozpouštěním“) kostní tkáně (kosti jsou tvořeny různými typy buněk, - osteoblasty, osteoklasty, osteocyty) jež obsahují vedle minerální složky rovněž bílkoviny; účinek PTH vedoucí k uvolňování vápníku se týká minerálních složek pouze určitých kostních buněk, jinak může PTH účinkovat i anabolicky, např. podporou záchytu a utilizace aminokyselin pro výstavbu kostních proteinů). 2. Stimulací resorpce (zpětného vstřebávání) Ca2+ ledvinami (spolu s hořečnatými ionty), za současného poklesu resorpce fosfátu a bikarbonátu (HCO3-) a zvýšení jejich vylučování. 3. Zvýšením resorpce Ca2+ v tenkém střevě, analogicky jako v ledvině. Kromě toho PTH v cílových tkáních, především ve střevě, stimuluje aktivitu klíčového enzymu pro tvorbu hormonálně aktivního derivátu vitaminu D, kalcitriolu, tzv. 1α-hydroxylasu 25-OH-D3. Molekulární mechanismus účinku PTH využívá adenylcyklasového systému. Na membránách cílových buněk (ve střevě, v ledvinách i v kostech) byly prokázány jeho receptory. Zmiňme v souvislosti s úlohou PTH, jaké jsou vlastně hlavní funkce ledvin s ohledem na udržování homeostázy Ca2+: 1. Ultrafiltrace spočívající v zadržení vysokomolekulárních látek a substrátů, probíhající v klubcích (glomerulech) o obrovském povrchu. Tento proces se Ca2 bezprostředně netýká, glomeruly vápník nezachytí. 2. Vlastní reabsorbce Ca2+, které glomeruly jinak propouští, probíhající v renálních tubulech tvořených nefrony a z menší části v tzv. Henleyho kličce. Buňky tzv. distální části nefronu jsou na jedné straně tvořeny bohatě zřasenou strukturou („lumen“), která nasedá na přívodný kanál a bazální membránou, sousedící s odvodnou cévou. Na této membráně jsou receptory pro PTH patřící do rodiny 7T (transmembránové proteiny které7x prostupují membránou). Navázáním hormonu, přes adenylátcyklasový systém s G-proteiny a cAMP, se aktivuje fosforylační kaskáda (jako první proteinkinasa A, PKA), vedoucí k migraci váčků přítomných v cytoplasmě a bohatých na kalciové transportéry. Ty fůzují s membránou „lumenu“ a usnadňují (facilitují) transport Ca2 do cytoplasmy ve směru koncentračního gradientu. Je to určitá analogie s účinkem insulinu na transport glukosy do buněk, kde fůzí endosomů obsahujících glukosové transportéry dochází k navýšení jejich počtu v membráně (srov. s kapitolou o transportu glukosy do buněk). Dodejme, že exprese těchto transportérů (transmembránových kanálů pro Ca2) je regulována cholekalciferolem = kalcitriolem (1α,25-dihydroxycholekalciferol, [1,25(OH)2D3] = biologicky aktivní metabolit vitaminu D); srov. s kapitolou o hormonech vitaminu D. Současně, opět přes fosforylační kaskádu, dochází k aktivnímu transportu Ca2 (za spotřeby ATP) přes bazální membránu, kde se aktivuje antiport Ca2/Na+ (a další iontový Na+/K+ kanál zajišťující rovnováhu kationtů) a Ca2 se tak dostává zpátky do krve.

Řízení: Sekrece PTH příštitnými žlázami je stimulována sníženými hladinami Ca2+ v krvi, zvýšení hladin Ca2+ vyvolá naopak pokles sekrece PTH. Opačný efekt mají změny koncentrace fosfátu. Novější studie (založené na měření mRNA pro gen kódující PTH v buňkách příštitných žláz) ukázaly, že tvorba a sekrece PTH je (rovněž) funkcí nitrobunečného

17

Ca2+. Mechanismus této regulace si můžeme představit tak, že změny v koncentraci nitrobuněčného kalcia, která opět závisí na koncentraci Ca2+ vně buněk, vyvolají řadu událostí, při kterých Ca2+, buď samotný nebo ve vazbě s kalmodulinem, aktivuje jako druhý posel různé děje, mezi jiným i průchodnost kalciových kanálů a následně zvýšení nebo naopak snížení vstupu Ca2+ z cirkulace do buněk. V buňkách příštitných žláz pak změny koncentrace Ca2+ (jakožto druhého posla) vyvolají aktivaci nebo naopak útlum tvorby (na úrovni genové exprese) a sekrece parathormonu. Kalcitonin (CT) Původ, tvorba, metabolismus: Kalcitonin se tvoří v tzv. parafolikulárních („C“) buňkách štítné žlázy (srov. anatomie a morfologie štítné žlázy). Kalcitonin byl prokázán i v jiných tkáních a orgánech (gastrointestinální trakt, plíce, játra, CNS a také v hypofýze). Prekurzorem je podobně jako u parathormonu preprohormon (136 aminokyselin, 15 kDa), jehož štěpením ve dvou krocích v Golgiho aparátu se získá lineární peptid o 32 aminokyselinách a mol. hmotnosti 3500 Da, kalcitonin. Podléhá proteolytickému štěpení podobně jako PTH, některé fragmenty jsou rovněž biologicky aktivní. Biologický poločas kalcitoninu je asi 10 min. Biologické účinky a jejich mechanismus Kalcitonin je antagonistou parathormonu, tzn. působí opačné změny v cílových tkáních (kosti, ledviny, tenké střevo) než PTH. Celkově CT snižuje hladinu Ca2+ v krvi. Na rozdíl od parathormonu však změny v hladinách kalcia a následně biologické projevy nejsou tak prudké jako u parathormonu. K mechanismu účinku: receptory pro CT jsou na membránách, využívá se adenylcyklásového sustému s cAMP jako druhým poslem. Řízení: Také kalcitonin reaguje na změny cirkulujícího resp. nitrobuněčného Ca2+ a fosfátu jako PTH, jenže opačně; mechanismus je obdobný.

Hormony štítné žlázy Hormony štítné žlázy jsou nezbytné pro život organismu. Jak ještě ukážeme, jejich biologické účinky jsou velice pestré: uvádí se, že „působí na celkový metabolismus“, čímž se rozumí, že regulují celou řadu biochemických reakcí, včetně regulace příjmu, výdeje a přeměn energie. Cílové buňky pro hormony štítné žlázy proto najdeme prakticky ve všech tkáních a orgánech. Úlohou štítné žlázy a jejích hormonů není, jak se často mylně traduje, hospodaření s jodem. Jod se pouze účastní, jako jedna z klíčových reakčních složek, biosyntézy a metabolismu hormonů štítné žlázy. Anatomie a morfologie štítné žlázy Štítná žláza je tvořena dvěma laloky o výšce asi 4 cm, šířce 1.5 - 2 cm a tloušťce asi 1 cm, o celkovém objemu asi 20 ml. Hormony štítné žlázy se v tomto orgánu tvoří ve váčcích - folikulech, jež tvoří podstatnou část tkáně. Mezi folikuly

18

jsou roztroušeny. parafolikulární buňky (setkali jsme se s nimi již jako s místem tvorby kalcitoninu). Folikuly jsou kulovité útvary o průměru cca 300 µm, jejich stěna je tvořena jednou vrstvou krychlovitých, epiteliálních buněk, vnitřek folikulu je vyplněn hmotou koloidem, bohatou na typickou bílkovinu štítné žlázy - tyreoglobulin („Tg“). V popisu buněk tohoto typu se často setkáme s pojmem vnější = bazální membrána, která je ve styku s okolními cévami (všechny endokrinní žlázy, štítnou nevyjímaje jsou bohatě prokrveny) a „vnitřní“=„apikální“ membrána, která odděluje nitrobuněčný prostor od koloidu. Chemie Hlavními hormony štítné žlázy jsou thyroxin (3,5,3’,5’-tetrajodothyronin, T4) a 3,5,3’-trijodothyronin (T3), odvozené od aminokyseliny tyrosinu resp. jeho derivátu thyroninu (číslování poloh v obou aromatických kruzích: polohy na aromatickém jádře (kruhu) bližším ke karboxylovému konci mají číslování obyčejné, na vzdálenějším kruhu čárkované). Biosyntéza hormonů štítné žlázy, její řízení a metabolické přeměny hormonů štítné žlázy Biosyntéza tyroidálních hormonů, její řízení, transport těchto hormonů, jejich metabolické přeměny v cílových buňkách a konečně jejich odbourávání představuje souhru na sebe navazujících dějů, při nichž významnou úlohu hraje transport a chemické přeměny jodu. Jednotlivé stupně biosyntézy zároveň poskytují možnost dalších regulačních zásahů a jsou ukázkou komplexnosti endokrinního regulačního systému. Považujeme za účelné, právě s ohledem na provázanost jednotlivých pochodů, v této kapitole pojednat současně jak o biosyntéze hormonů štítné žlázy, tak o jejím řízení a o dalších osudech těchto hormonů. Biosyntéza hormonů štítné žlázy zahrnuje následující kroky: 1. Vychytávání jodu žlázou: Jod ve formě jodidového iontu je z krevního řečiště buňkami žlázy vychytáván, za účasti ATPas. Dochází zřejmě jak k aktivnímu, tak pasivnímu transportu, přičemž se uplatňuje ještě rozdílný elektrický potenciál vnější membrány folikulárních buněk a okolí. Jodidový ion se difuzí buňkami dostává až do koloidu, kde podléhá chemickým přeměnám. Poměrně novým objevem je průkaz tzv. Na+/I- symportéru, v podstatě jodo-sodíkové pumpy jako transmembránového proteinu usnadňujícího vstup iodidového iontu do folikulárních buněk. 2. V buňkách, při „apikální“ membráně, dochází k reakci mezi kyslíkem a NADPH za vzniku peroxidu vodíku. Oxidace NADPH je katalyzována přítomnou cytochrom c-oxidoreduktasou. 3. Vznikající peroxid vodíku proniká přes apikální membránu do koloidu, kde je využit k oxidaci jodidu na jod (případně na radikál I.), za účasti tyroidální peroxidasy (TPO), která je jedním z typických enzymů štítné žlázy. 4. Vzniklý jod se váže kovalentně na tyrosinové zbytky tyr(e)oglobulinu (Tg). Dochází tím rovněž ke změnám kvarterní struktury Tg, umožňující další krok, kterým je pospojování - kopulace jodotyrosinů na jodothyroniny (dojde k „zesíťování“ tyreoglobulinu).

19

5. Jodovaný Tg vytvoří shluky ve formě kapiček koloidu, které putují k vnitřní (apikální) membráně. 6. Další kroky probíhají pod vlivem TSH: Vazba TSH na membránový receptor vede k aktivaci adenylcyklasového systému (přes funkční spojení prostřednictvím Gproteinu) a k tvorbě cAMP jako 2.posla. cAMP aktivuje přes kinasy systémy na vnitřní (apikální) straně membrány, které způsobí vchlípení této membrány a mechanismem pinocytosy vstup kapiček koloidu bohatých na jodované thyroniny do buněk. Vstup kapiček koloidu se zesíťovaným jodovaným Tg a jeho další osud (viz následující krok) není jediným účinkem TSH. TSH, mechanismem, který můžeme označit jako „smíšený“ (srov. úvodní kapitolu o mechanismech účinku hormonů s receptory na membráně) reguluje (zvyšuje) i expresi klíčových hráčů při biosyntéze hormonů štítné žlázy: tyreoglobulinu a tyroidální peroxidasy. 7. Dalším důsledkem zmnožení cAMP je spojení obalených kapiček koloidu s lysozomy. Dochází ke splynutí lysozomů s kapkami koloidu a následně k hydrolýze tyreoglobulinu a k uvolnění thyroxinu a trijodothyroninu, které difundují do extracelulárního prostoru. Vedle trijodthyroninu vzniká i tzv. reversní trijodthyronin (3,3’,5’-trijodothyronin, rT3), který je biologicky neaktivní ale je významným klinicko-biochemickým ukazatelem. 8. Vedle T4, T3 a rT3 se hydrolýzou Tg získávají i deriváty thyroninu, substituované pouze jedním či dvěma atomy jodu (monojodthyroniny - MIT a dijodthyroniny - DIT), které jsou však substráty přítomné dejodasy. Působením tohoto enzymu se z mono- a z dijodothyroninů odštěpí jod jako I- , který může být znovu využit k syntéze hormonů štítné žlázy (recyklace jodu). Transport hormonů štítné žlázy: V krevním řečišti je téměř veškerý thyroxin a v menší míře i trijodthyronin vázán na plasmatické transportní bílkoviny. Z nich je nejdůležitější thyroxin vázající globulin (thyroxin binding globulin, TBG), na který je navázáno asi 75 % T4; zbytek T4 se váže na jiné, méně specifické bílkoviny, hlavně na albumin a tzv. transthyretin a jen asi 0.03 % T4 koluje jako volný thyroxin („free T4“). Afinita T3 vůči TBG a dalším plasmatickým bílkovinám je více než řádově nižší než T4, takže koncentrace „volného T3“ převyšuje volný T4. Osud tyroidálních hormonů v cílových buňkách: Krevním řečištěm se hormony štítné žlázy dostávají k cílovým buňkám, do kterých vstupují pasivním transportem. TBG brzdí přestup hormonů do buněk. Uvnitř buněk jsou rozpoznány a zachyceny nitrobuněčnými receptory. Afinita trijodthyroninu vůči receptorům je přitom vyšší než thyroxinu; biologicky aktivním hormonem štítné žlázy v cílových buňkách je skutečně trijodthyronin. V těchto buňkách navíc dochází k odštěpení jednoho atomu jodu z T4 působením „periferních“ dejodas. Přeměna T4 na T3 - dejodace na vlastní účinný hormon představuje další z regulačních zásahů, který umožňuje cílovým buňkám upravovat koncentraci účinného působku (T3) podle potřeby. Dodejme, že existují celkem 3 dejodasy, označované římskými číslicemi I, II a III. Odbourávání hormonů štítné žlázy: Hlavním odbourávacím pochodem hormonů štítné žlázy je již popsaná dejodace. Jodidový ion je z krevního řečiště znovu vychytáván štítnou žlázou a recyklován popsaným způsobem. Tyroidální hormony podléhají stejně jako jiné aminokyseliny oxidativní deaminaci alaninového řetězce. Kromě toho dochází 20

(zejména v játrech) ke konjugaci s kyselinou glukuronovou a sírovou na glukuronidy a sulfáty. Thyroninový skelet, ať již jodovaný či nikoliv, zůstává při vyloučení většinou zachován a jen u malého podílu thyroninových metabolitů dochází ke štěpení etherové vazby. Biologický poločas T4 je 5-7 dní, zatímco T3 jen 1-2 dny. Pomalejší vylučování T4 je způsobeno jeho vazbou na TBG. Biologické účinky hormonů štítné žlázy: Jak jsme předeslali, jsou biologické účinky těchto hormonů značně pestré cílovými buňkami (tkáněmi, orgány) jsou prakticky všechny buňky v organismu. Hlavní úlohou hormonů štítné žlázy na úrovni celého organismu jsou metabolické pochody, vedoucí k získávání energie. Hormony štítné žlázy působí zejména na tyto systémy a děje: 1. Na vývoj centrální nervové soustavy (CNS). Nedostatek hormonů štítné žlázy v raných stádiích vývoje, který byl typický pro některé horské oblasti chudých na jod vedl k tzv. „endemickým degeneracím štítné žlázy“ a k výskytu kretenismu. 2. Hormony štítné žlázy působí jako regulátory řady oxidačních dějů, spojených se spotřebou kyslíku a s produkcí tepla; významně ovlivňují celkovou energetickou bilanci. Patří mezi hlavní termogenní působky, jež ovlivňují enzymy dýchacího řetězce v mitochondriích. Se spotřebou kyslíku bezprostředně souvisí účinky na respirační systém. Novější studie ukázaly, že tyroidální hormony ovlivňují (stimulují) tvorbu (expresi) tzv. proteinů-odpojovačů („uncoupling proteins“, UCP), které způsobují „odpřažení“ tvorby ATP při oxidativní fosforylaci ve prospěch tvorby tepla. 3. .Hormony štítné žlázy působí rovněž jako regulátory nervového přenosu, mj. pod jejich vlivem dochází ke zvýšení adrenergních receptorů. 4. Významné jsou účinky těchto hormonů na kardiovaskulární systém a na krvetvorbu. Příklad: nedostatek hormonů štítné žlázy – hypotyreóza je jedním z rizikových faktorů kardiovaskulárních onemocnění. 5. Hormony štítné žlázy zasahují rovněž do metabolismu kostních tkání (srov. s předchozí kapitolou). 6. Zpětnovazebně účinkují na úrovni hypotalamu i hypofýzy.

Steroidní hormony a hormony skupiny vitaminu D Chemie a názvosloví Steroidní sloučeniny tvoří početnou skupinu přírodních látek, se kterou se setkáváme již v ranných obdobích fylogeneze. Všechny obsahují typický cyklopentano-perhydrofenantrenový skelet (steran). Číslování kruhů a uhlíků na příkladu cholestanu s 27 uhlíky je uvedeno v každé učebnici biochemie. V přírodě známe steroidy s 30, 27, 24, 21, 19 a 18 uhlíky. Steroly s 27 uhlíky a jejich prekurzory s 30 uhlíky jsou hojně zastoupeny v rostlinné i živočišné říši, často jako podvojné sloučeniny s cukry (steroidní glykosidy). Některé rostlinné steroly jsou výchozími surovinami pro přípravu steroidních léčiv. Žlučové kyseliny o 24 uhlících obsahují karboxylovou skupinu; díky své lipofilitě a současně přítomnosti silně polární, hydrofilní skupiny, fungují jako přirozené detergenty. Hormonální steroidy tvoří pouze steroidy s 21, 19 a 18 uhlíky.

21

Pro jejich názvosloví je důležité spojení kruhů A a B, které může být trans-, čímž se vodík na C5 dostane do polohy "α" (5α-řada) nebo cis - 5β-řada. Názvosloví samo vychází z nejjednodušších uhlovodíků s 21, 19 a 18 uhlíky - pregnanu, androstanu a estranu. Systematické názvosloví připouští pouze jednu příponu, ostatní substituenty se řadí jako předpony. Řada steroidů má triviální názvy: např. kortisol je 11β,17α,21-trihydroxy-4-pregnen-3,20-dion. Rozdělení steroidů podle původu Rozdělení podle počtu uhlíků částečně koresponduje s rozdělením podle žlázového původu a funkce. Kortikoidy s 21 uhlíky se tvoří v kůře nadledvin (adrenokortexu). Progestiny, rovněž s 21 uhlíky jsou prekurzory kortikoidů i sexuálních hormonů; sám progesteron (4-pregnen-3,20-dion) je jedním z ženských sexuálních hormonů. Androgeny a estrogeny s 19 a 18 uhlíky se tvoří v mužských a ženských pohlavních žlázách (a také v placentě), v menší míře ale také v kůře nadledvin. O jednotlivých skupinách pojednáme stručně níže, v souvislosti s jejich biochemií a účinky. Nejprve probereme to, co je jednotlivým skupinám steroidních hormonů společné. Biosyntéza steroidních hormonů Prekurzorem všech steroidních hormonů je cholesterol. Biosyntéza cholesterolu vychází z acetátu, přesněji z acetyl-CoA. Schéma biosyntézy zahrnuje kondenzaci acetyl-CoA s acetoacetylCoA, za vzniku kyseliny β-hydroxy-β-methyl-glutaryl-CoA, jejíž redukcí za spotřeby 2 NADPH vzniká tzv. kyselina mevalonová, která se ve dvou krocích fosforyluje (+2 ATP) a vzniklý pyrofosfát podstupuje dekarboxylaci a dehydrataci za vzniku izomerních izoprenoidů - dimethylallyl-pyrofosfátu a isopentenyl-pyrofosfátu, o 5 uhlících. Tato biochemická dráha je společná pro řadu bilogicky aktivních sloučenin označovaných jako isoprenoidy. Patří sem např. terpeny či retinol. Postupným spojováním isoprenových jednotek se získají nenasycené pyrofosfáty o nejprve 10 a pak o 15 uhlících. Spojením dvou molekul patnáctiuhlíkatého farnesylpyrofosfátu vznikne skvalen o 30 uhlících. Cyklizací skvalenu se získá lanosterol a z něj postupnou ztrátou 3 jednouhlíkatých štěpů konečně cholesterol. Steroidogenní buňky obsahují úplné enzymové vybavení pro syntézu cholesterolu z acetátu. Biosyntézu cholesterolu z acetátu zjednodušeně znázorňuje následující obrázek:

22

Acetyl CoA

Acetoacetyl Coa

Beta-Hydroxy-beta-methyl-glutaryl.CoA OH HOOC CH 2 .CO-SCoA

Dimethyl-allyl-pyrofosfát CH2OPP

2 NADPH 2 ATP

HO HOOC

C5

CH2OPP

HO HOOC

CH OH 2

Kyselina mevalonová CH2OPP Isopentyl-pyrofosfát

C5 C5

C10 C5

C30

2 x C15 Squalen

C15

Lanosterol

Cholesterol

Aktuálním zdrojem cholesterolu pro biosyntézu steroidních hormonů je cirkulující cholesterol, vázaný na tzv. LDL a HDL („low - high density“) lipoproteiny a nitrobuněčný cholesterol, uvnitř buněk pak ve formě esterů v cytoplasmatických vakuolách. Buňky schopné zužitkovat cholesterol, tedy všechny steroidogenní tkáně, obsahují na svých membránách receptory pro zmíněné lipoproteiny, které zprostředkovávají endocytózu LDL- (HDL)-cholesterolu do buněk. Uvolnění, v případě existence ve formě esterů hydrolýza a transport cholesterolu v buňce až do místa jeho zpracování (v případě biosyntézy steroidních hormonů nejprve v mitochondriích), je poměrně složitý proces, do kterého je zapojena řada buněčných struktur, zejména cytoskeleton. Významným nitrobuněčným přenašečem cholesterolu přes vnitřní mitochondriální membránu je tzv. StAR – „steroid acute regulatory protein“. Tvorbu hormonálně účinných steroidů z cholesterolu stručně popíšeme v kapitolách o jednotlivých skupinách hormonů. Mechanismus účinku steroidních hormonů Steroidy účinkují většinou dlouhodobě, prostřednictvím nitrobuněčných receptorů, mechanismem regulace exprese genů pro určité proteiny - enzymy, strukturní bílkoviny, peptidové hormony aj. Zdá se, že tímto mechanismem regulují i syntézu svých vlastních receptorů. (Je např. prokázáno, že estrogeny regulují expresi genu pro progesteronový receptor). Steroidní hormony nadto mohou účinkovat i krátkodobě, na některé jiné úrovni než je exprese genů (tzv. negenomové účinky). Steroidní receptory tvoří spolu s receptory tyroidálních hormonů, vitaminu D a kyseliny retinové, skupinu - rodinu - příbuzných bílkovin („superfamily“), jejichž nedávno popsané geny vykazují značnou, byť rozdílnou, míru homologie. Tyto receptory jsou tvořeny třemi hlavními částmi - doménami a to 1) doménou, obsahující vazebné místo pro

23

steroid, nacházející se při C-konci (tzv. Hormone Binding Domain), 2) doménou, kterou se hormon-receptorový komplex váže na tzv. HRE (viz níže) DNA genu, jehož kontroluje, tzv.DNA Binding Domain a 3) tzv. A/B neboli transaktivační doménou při N-terminálním konci, jež zprostředkuje přenos hormonem neseného signálu na „iniciační místo transkripce,“ kde se napojí příslušná RNA polymerasa a začne vlastní přepis regulovaného genu. Zajímavým objevem posledního desítiletí bylo zjištění, že geny „superrodiny“ kódující steroidní a další zmíněné receptory, jsou do značné míry shodné ne-li zcela totožné s některými protoonkogeny, tj. geny, které mohou vyvolat neoplastickou transformaci buněk. Obecně řada protoonkogenů patří mezi růstové faktory; z tohoto pohledu i steroidní receptory jsou jaderné růstové faktory. Identické sekvence s těmito protoonkogeny byly nalezeny u řady virů. Geny pro skupinu steroidních a tyroidálních hormonů jsou totožné s protoonkogenem c-erb-A, což je virus, vyvolávající ptačí nemoc erystoblastosu. Podle současných hypotéz byly onkogeny původně regulátory různých biochemických pochodů, které byly viry vytrženy z eukaryotického genomu a přeneseny na další organismy resp. druhy. Viry zde fungovaly jako vektory. Hostitelé je však přijali a využili pro vlastní regulační funkce. O Hormony (steroidy)-Regulovaných Elementech jsme se již zmínili výše. Jde o „palindromické“ sekvence o 6 - 15 párech bazí, nalézající se v určité vzdálenosti od iniciačního místa pro transkripci regulovaného genu. Zajímavé je, že HRE, rozeznávající steroidní receptory, jsou u každého regulovaného genu aspoň dva, což umožňuje vazbu aspoň dvou molekul steroid-receptorového komplexu, kteréžto uspořádání spolu s dalšími všudypřítomnými jadernými „transkripčními faktory“ umožňuje překlenutí vzdálenosti mezi HRE a iniciačním místem pro transkripci. Není bez zajímavosti, že i některé zmíněné transkripční faktory jsou rovněž produkty protoonkogenů. Závěrem dodejme, že tato oblast molekulární endokrinologie není zdaleka uzavřena a lze se nadít dalších, možná překvapivých objevů.

Androgeny (mužské sexuální hormony) Androgeny se tvoří v tzv. Leydigových (vmezeřených, intersticiálních) buňkách varlat, tvořících asi 5 % objemu žlázy. Větší část tvoří semenotvorné kanálky s tzv. Sertoliho buňkami, produkujícími peptid inhibin, jež podobně jako statiny brzdí tvorbu a výdej FSH; v semenotvorných kanálcích jsou uloženy mužké zárodečné buňky. Androgeny se tvoří i ve vaječnících a rovněž v kůře nadledvin. Hlavními androgeny jsou testosteron (17β-hydroxy-4androsten-3-on) a jeho nasycený derivát, dihydrotestosteron (17β-hydroxy-5α-androstan-3-on). Biosyntéza androgenů vychází z cholesterolu, z něhož odštěpením části postranního řetězce vzniká pregnenolon. Jeho oxidací na 17.uhlíku se získá 17αhydroxypregnenolon z něhož další oxidací s odštěpením zbytku postranního řetězce vznikne dehydroepiandrosteron (3β-hydroxy-5-androsten-17-on). Při následné oxidaci 3β-hydroxyskupiny na 3-oxoskupinu dojde současně k přesunu dvojné vazby z C5 na C4 účinkem 3β-hydroxysteroidní dehydrogenasy-4/5-isomerasy za vzniku androstendionu. Redukcí 17β-hydroxy skupiny androstendionu vzniká testosteron. Reakce je vratná, enzym dehydrogenasa 17β-hydroxysteroidů udržuje rovnováhu mezi účinným hormonem a jeho prekurzorem; týž enzym udržuje rovnováhu mezi estradiolem (ženský sexuální hormon) a jeho prekurzorem, estronem. Estron a

24

estradiol vznikají aromatizací androstendionu resp. testosteronu. V některých cílových tkáních pro androgeny (prostata, kůže) je účinným androgenem dihydrotestosteron, tvořící se ireverzibilní redukcí testosteronu účinkem enzymu 5αreduktasy. Redukce testosteronu přímo v cílových buňkách představuje další regulační zásah do steroidogeneze. Inhibitory tohoto enzymu jsou moderními léčivy např. zbytnění prostaty. Nastíněné schéma biosyntézy steroidů (od pregnenolonu k dehydroepianrosteronu) představuje tzv. ∆5-cestu, podle zachované dvojné vazby v poloze 5. U hlodavců a některých druhů převažuje tzv. ∆4-cesta: z pregnenolonu se účinkem 3β-hydroxysteroidní dehydrogenasy-4/5-isomerasy tvoří nejprve progesteron, který se hydroxyluje v poloze 17α a vzniklý 17α-hydroxyprogesteron se oxiduje na androstendion. Tato cesta probíhá v kůře nadledvin. Oxygenasy (hydroxylasy) a některé další enzymy steroidogeneze patří spolu s adrenodoxinem a adrenodoxin-reduktasou mezi enzymy cytochromu P450 (název podle absorpčního maxima prostetické skupiny), lokalizované buď v mitochondriích nebo v cytoplazmě. Označují se nyní číslem uhlíku, na kterém působí nebo zkratkou katalyzované reakce a symbolem P450 (např. P450scc odpovídá za odštěpení postranního řetězce cholesterolu - „cholesterol side chain cleavage“). Kosubstrátem při hydroxylačních reakcích je NADPH. Transport a metabolismus: Testosteron a dihydrotestosteron (a také estradiol) jsou v krevní plazmě vázány na transportní protein sexuální hormony vázající globulin (SHBG). Jeho afinita řádově 107- 108 l/mol klesá v řadě dihydrotestosteron testosteron - estradiol. Hlavními metabolity androgenů jsou nasycené i nenasycené 17-oxosteroidy, vylučované převážně jako konjugáty - glukuronidy nebo sulfáty. Analýza močových 17-oxo- (dříve „17-keto“-)steroidů patřila dříve k základním biochemickým vyšetřením v endokrinologii; dnes se nahrazuje stanovením hlavních hormonálních steroidů v krvi pomocí imunoesejí. Účinky: Androgeny jsou odpovědné za vývoj a funkci mužského reprodukčního systému. Z méně specifických účinků testosteronu připomeňme jeho účinek na tvorbu svalové hmoty (deriváty testosteronu jsou známé anabolické steroidy !), zatímco dihydrotestosteron je odpovědný za vývoj druhotných pohlavních znaků. Ženské sexuální hormony - estrogeny Ženské pohlavní orgány - vaječníky (ovaria) jsou párový orgán uložený v břišní dutině o hmotnosti v dospělosti okolo 4 - 5 g. Funkční jednotkou vaječníků je folikul. Ten je tvořen dvěma typy buněk vnějšími (thekálními) a vnitřními (granulosovými), jež obklopují vajíčka, jejichž vývoj a výživu zajišťují. Každý folikul v průběhu menstruačního cyklu prodělává charakteristický vývoj - zrání, ovulaci (= prasknutí folikulu s následným uvolněním vajíčka) a jeho putování do dělohy, kde může dojít k oplodnění. Zrání folikulu probíhá pod vlivem hormonů - gonadotropinů i sexuálních hormonů. Po prasknutí se z folikulu vytvoří tzv. žluté tělísko („corpus luteum“), které syntetizuje velké množství progesteronu, potřebného k vytvoření podmínek k uhnízdění („nidaci“) oplodněného vajčka a pro jeho další vývoj.

25

Biosyntéza: V thekální vrstvě se tvoří androgeny, které se v granulosových buňkách aromatizují na estrogeny. Biosyntéza androgenů a následně estrogenů probíhá tzv. ∆5-cestou (viz výše), důležitým meziproduktem je progesteron. Pro transport a metabolismus estrogenů platí totéž, co bylo uvedeno uvedeno u androgenů. Hlavním metabolitem progesteronu je pregnandiol, vylučovaný ve formě glukuronidu resp. sulfátu. Řídícím hormonem pro tvorbu androgenů i estrogenů je LH. Kortikoidy Původ: Kortikoidy se tvoří v kůře nadledvin (adrenokortexu). Rozlišujeme zde tři vrstvy - zóny, tvořené odlišnými typy buněk, jejichž steroidogenní funkce podléhá odlišným řídícím mechanismům. Vnější zóna glomerulosa je především místem tvorby mineralokortikoidů, zatímco obě vnitřní zóny - fascikulata a retikularis tvoří glukokortikoidy a také androgeny. Biosyntéza kortikoidů: Biosyntéza kortisolu (11β,17α,21-trihydroxy-4pregnen-3,20-dion) vychází z cholesterolu resp. z pregnenolonu stejně jako u androgenů a estrogenů (viz výše). Využívá však zde tzv. ∆4-cestu, přes progesteron. Ten se postupně hydroxyluje v poloze 17α , 21 a 11β (enzymy P450C17, P450C21 a P450C11). V zóně glomerulose chybí 17α-hydroxylasa (P450C17), zato „11βhydroxylasa“ (P450C11) má zde rovněž aktivitu „18-oxygenasy“, která katalyzuje přeměnu kortikosteronu (11β,21-dihydroxy-4-pregnenu-3,20-dionu) na aldosteron. Následující obrázek ukazuje hlavní místa zásahu enzymů biosyntézy steroidních hormonů:

26

SCC 21-H yd ro xylasa 17Alfa-h yd ro xylasa

Bioosyntéza steroidů II

11B eta-H yd ro xylasa

od cholesterolu k hormonálním steroidům C 1 7 -2 0 L yasa

Cholesterol

HO

3B eta-H S D -4,54-iso m erasa

∆ 4 Cesta

∆ 5 Cesta P reg n en o lo n

P ro g estero n

Aldosteron je jediný přirozený steroidní aldehyd. V organismu je přítomen v poloacetálové formě. Transport a metabolismus: Kortisol, kortikosteron a jejich prekurzory, nikoliv však aldosteron se v cirkulaci váží s různou afinitou na plazmatický transportní protein - transkortin (CBG = corticosteroid binding globulin). Kortikoidy jsou metabolizovány převážně v játrech na 5β-nasycené produkty, lišící se počtem redukovaných oxoskupin; nejčastější jsou tzv. „tetrahydroderiváty“. Vylučovány jsou ve formě konjugátů s kyselinou glukuronovou resp. sírovou. Účinky glukokortikoidů: Účinky glukokortikoidů jsou velice pestré. Jak již název napovídá, účastní se regulace metabolismu sacharidů. Podobně jako u tyroidálních hormonů jsou cílovými buňkami pro glukokortikoidy prakticky všechny buňky organismu. Odlišné účinky ve svalu, játrech, v tukové tkáni a v leukocytech jsou způsobeny rozdílným enzymovým vybavením v těchto tkáních. Z hlavních účinků zmiňme stimulaci lipolýzy, glykogenolýzy a glukoneogenezu. Z hlediska mechanismu jde o regulaci genové exprese klíčových enzymů zmíněných pochodů. Spolu s insulinem a glukagonem je kortisol hlavním podílníkem na hormonální regulaci koncentrace glukosy v krvi. Řízení tvorby glukokortikoidů: Biosyntéza glukokortikoidů je řízena ACTH. Kortisol působí negativní zpětnou vazbou na výdej hypotalamického kortikoliberinu a následně ACTH. Účinky mineralokortikoidů, jejich metabolismus a řízení Úlohou mineralokortikoidů je podíl na udržení rovnováhy v koncentraci elektrolytů - především sodných a draselných iontů v buňkách a v extracelulárním

27

prostoru. Cílovým orgánem pro aldosteron a další mineralokortikoidy jsou ledviny (ledvinné pánvičky), kde dochází k resorpci Na+. Mineralokortikoidy ovlivňují propustnost membrán i biochemické děje na membránách spojené se spotřebou energie. Tvorba a výdej aldosteronu nadledvinami je řízena složitým mechanismem, jenž reaguje na změny koncentrace Na+ v krvi, na celkový objem extracelulární tekutiny a na změny krevního tlaku: Pokles koncentrace sodných iontů v krvi (spolu s dalšími změnami) vyvolá prostřednictvím tzv. stretch-receptorů v ledvinách (t.j.v buňkách tvořících stěny drobných cév citlivých na změny tlaku, jimiž jsou ledviny prostoupeny; srov.s řízením výdeje ADH v hypotalamu) vylučování enzymu reninu. Renin katalyzuje přeměnu (odštěpení sekvence aminokyselin) angiotenzinogenu peptidu, tvořeného v játrech, - na angiotenzin I. Tato reakce je řídící v celém procesu regulace. Angiotenzin I se v plicích odštěpením dalších dvou aminokyselin přemění účinkem tzv. konvertujícího enzymu na angiotenzin II, který teprve, prostřednictvím svých receptorů na membráně nadledvinových buněk tvořících vnější zonu glomerulosu, vyvolá tvorbu a následně sekreci aldosteronu. Ostatní účinky glukokortikoidů Vedle mnohočetných účinků na metabolismus, glukokortikoidy výrazně ovlivňují děje, probíhající při zánětu, alergických reakcích a při imunitní odpovědi. Nadto specificky působí na buněčný růst a podporují apoptózu. Mluvíme zde o účincích protizánětlivých („antiinflammatory“), protialergických, imunosupresivních a antiproliferativních. Pro všechny tyto děje je charakteristické zmnožení nebo mobilizace určitých látek - mediátorů, zprostředkujících odpověď organismu na intervenci zvenčí. Glukokortikoidy mohou zasahovat na více místech (stupních) a to jak dlouhodobě, mechanismem stimulace nebo inhibice exprese genů pro určité peptidy, zapojené (např. v roli mediátorů) do zmíněných dějů, tak krátkodobě, aktivací nebo inhibicí určitých zúčastněných enzymů, membránových systémů a transportních mechanismů (srov. negenomové účinky). Glukokortikoidy tedy působí komplexně. Tyto účinky jsou známy a využívány v medicíně od konce 40.let. Jejich molekulární podstata byla poodhalována teprve v posledních dekádách. Protizánětlivý účinek glukokortikoidů spočívá v zabrzdění uvolnění mediátorů zánětu, především metabolitů kyseliny arachidonové (leukotrieny, prostaglandiny). Glukokortikoidy stimulují mechanismem regulace genové exprese tvorbu lipokortinu, což je bílkovinný inhibitor fosfolipasy A2, odpovědné za hydrolýzu membránové kyseliny arachidonové, vázané ve formě fosfoesterů s glycerolem. Zabrzdění uvolnění mediátorů zánětu už na úrovni dodávky společného substrátu zabrání spuštění kaskády následných dějů, včetně vyplavení dalších mediátorů, jakými jsou např. histamin nebo cytotoxické proteiny. Protialergický účinek glukokortikoidů je rovněž založen na supresi tvorby leukotrienů a prostaglandinů. Navíc se zde uplatňuje nespecifický stabilizující účinek glukokortikoidů na buněčné membrány, bránící rovněž uvolňování mediátorů (příklad rychlého zásahu). Imunosupresivní účinky glukokortikoidů jsou z uvedených nejkomplexnější lze říci, že glukokortikoidy zasahují prakticky na všech stupních imunitní odpovědi. V první fázi dochází k rozpoznání antigenu B-lymfocyty, jeho úpravě (natrávení), prezentaci a konečně k aktivaci specifických T-lymfocytů. Glukokortikoidy zde 28

působí inhibičně na všech těchto stupních. Pouze neinhibují aktivaci B-lymfocytů a jimi zprostředkovanou protilátkovou odpověď. Druhá fáze - amplifikace buněčné odpovědi je charakterizována aktivací makrofágů a zmnožením aktivních peptidů, zapojených různým způsobem do mechanismu imunitní odpovědi (interleukiny IL-1, IL-2, IL-6, interferon gama, tumor-nekrotizující faktor a j.). Glukokortikoidy inhibují tvorbu těchto peptidů. Jedním z úkolů těchto látek je aktivace makrofágů. Makrofágy k ničení vetřelce využívají agresivních proteolytických enzymů, jakými jsou kolagenasa a elastasa. Exprese kolagenas vedoucí k destrukci pojiva patří mezi známé nežádoucí účinky kortikoidů. Potlačením aktivace makrofágů, zprostředkované interleukiny a spol., vede k zabrzdění destrukce kolagenu a elastinu, což jsou charakteristické projevy přehnané imunitní odpovědi. Glukokortikoidy brzdí i některé stupně poslední efektorové fáze imunitní odpovědi, jakými jsou konečná fagocytóza cizích mikroorganismů, syntéza volných kyslíkových radikálů a komplementová kaskáda. Antiproliferativní účinky glukokortikoidů se zdánlivě vymykají výše uvedeným. Ve skutečnosti jsou opět způsobeny potlačením tvorby zmíněných mediátorů („interleukiny a spol.“), které jsou současně růstovými faktory, potřebnými pro proliferaci - růst buněk resp. pro nastartování buněčného cyklu, počínaje syntézou DNA. Glukokortikoidy také stimulují diferenciaci buněk, která je brzdou proliferace (tj. nediferencovaného buněčného množení, jehož krajním případem je neoplastické bujení). Zajímavým účinkem glukokortikoidů je stimulace apoptózy, tj. "řízené" buněčné smrti. Na rozdíl od nekrózy dochází zde k zániku buňky „zevnitř“. Glukokortikoidy v tomto případě aktivují (nejspíše mechanismem stimulace genové exprese) jaderné endonukleasy, jež štěpí DNA a zasahují do tzv. „caspasové kaskády“ (caspasy jsou proteolytické enzymy nazývané tak proto, že štěpí peptidovou vazbu mezi asparaginem a další aminokyselinou směrek k C-konci). Fragmentace DNA je v buňkách běžným jevem a buňky samy ji dovedou reparovat pomocí přítomných syntetas (DNA-ligas). Působením glukokortikoidů však mohou fragmentační reakce převážit. Hormony skupiny vitaminu D Chemie: Skupinu hormonálně účinných látek, označovaných historicky jako vitamin D (D2, D3) řadíme obvykle mezi steroidní sloučeniny, protože vznikají, podobně jako steroidní hormony, ze sterolových prekurzorů. Považujeme je za pravé hormony, i když některé prekurzory se přijímají s potravou. Biosyntéza: Nejvýznamnějším hormonem této skupiny je cholekalciferol neboli vitamin D3, který vzniká v kůži fotoreakcí ze 7-dehydrocholesterolu. Jak ukazuje obrázek s vyznačením číslování uhlíků, dojde k rozštěpení B kruhu v poloze 9-10 za vzniku charakteristického skeletu vitaminu D. Hormonálně nejúčinějším derivátem je 1α,25-dihydroxycholekalciferol [1,25(OH)2D3], jenž vzniká dvěma hydroxylacemi cholekalciferolu, nejprve v poloze 25, jež probíhá v játrech a poté v poloze 1α, účinkem ledvinové 1α-hydroxylasy. Aktivita 1α-hydroxylasy je limitujícím stupněm biosyntézy [1,25(OH)2D3], jež závisí na koncentraci Ca2+ v krvi; bezprostředně ji ovlivňuje parathormon (srov.kapitolu „Parathormon, kalcitonin a regulace kalciofosfátového metabolismu).

29

Jiným hormonálně účinným derivátem je vitamin D2 a jeho hydroxylované deriváty, vznikající ozářením rostlinného ergosterolu. Účinky D-vitaminu a jejich mechanismus: [1,25(OH)2D3] a další hormonálně účinné látky této skupiny podporují resorpci vápenatých iontů ve střevě a v ledvinách, shodně s parathormonem. V kostech však podporují jejich mineralizaci a působí tak proti osteolýze. Mechanismus účinku vitaminu D v cílových buňkách je stejný, jako u steroidních hormonů, tzn. působí prostřednictvím nitrobuněčných receptorů, na úrovni regulace genové exprese. Mezi bílkoviny, jejichž tvorba je regulována [1,25(OH)2D3] patří cytoplazmatické kalcium vázající proteiny (CaBP). Porucha na úrovni receptoru pro D-vitamin je jednou z příčin křivice.

Insulin, glukagon a hormonální regulace glukosy v krvi Endokrinní část pankreatu Langerhansovy ostrůvky neboli insulární aparát pankreatu tvoří necelé 2 % z celkového objemu žlázy. Jsou tvořeny čtyřmi typy buněk, lišícími se svojí hormonální produkcí. V tzv. A (α) buňkách, soustředěných na vnějším okraji ostrůvků a zaujímajících asi 15 % z více než 2 miliónů buněk, se tvoří glukagon. V B (β) buňkách, kterých je nejvíce (asi 60 % z celkového počtu), vyplňujících přibližně vnitřek ostrůvků, se tvoří insulin. V D (δ) buňkách, roztroušených také převážně na okrajích ostrůvků a zaujímajících asi 20 % tkáně vzniká somatostatin (tento působek se tvoří také v některých částech mozku a v gastrointestinálním traktu - srov. kapitolu o růstovém hormonu). Nejméně je tzv. F buněk, které jsou místem tvorby pankreatického polypeptidu, který řadíme mezi tzv. tkáňové hormony gastrointestinálního traktu.. Insulin a glukagon, spolu s kortisolem jsou hlavními hormonálními regulátory hladiny glukosy v krvi. Jak ale ukážeme, účinky insulinu, podobně jako kortisolu, jsou mnohem pestřejší. Insulin Biosyntéza: Transkripčním produktem B-buněk je preproinsulin, z něhož odštěpením 23 aminokyselin vzniká nejprve proinsulin. Lidský proinsulin je jednořetězcový peptid o 81 aminokyselinách sigmoidního tvaru, který je fixován dvěma disulfidickými můstky. Proinsulin se v B-buňkách skladuje v sekrečních granulách v Golgiho aparátu, v nichž dochází k jeho rozštěpení na dvou místech za vzniku ekvimolárních množství tzv. C-peptidu a vlastního insulinu. Insulin sám je tak tvořen nestejně velkými řetězci, označovanými A a B, spojenými zmíněnými disulfidickými můstky. Sekreční zrnka (granula) putují k membráně, se kterou splynou a následně se otevřou a uvolní svůj obsah do nasedajících kapilár krevního řečiště (příklad exocytózy). Stanovení C-peptidu (názeb z connecting = spojující peptid) v krvi má význam v klinické biochemii, neboť lépe odráží sekreční aktivitu B-buněk než sám insulin, jenž tím, že je vychytáván cílovými buňkami, mizí mnohem rychleji z krevního oběhu (říkáme, že má vyšší „clearance“).

30

Účinky insulinu Biologické účinky insulinu jsou velice pestré: Působí prakticky na všechny buňky organismu, s omezením vitálně důležitých tkání, jakými jsou mozkové struktury a také srdeční sval, které, vzhledem ke své klíčové úloze v organismu, jsou zásobovány substráty (především glukosou) přednostně a nezávisle na insulinu. Hlavním makroskopickým projevem účinku insulinu je snížení koncentrace glukosy v krevním oběhu. Odlišně přitom působí ve svalu, v játrech a v tukové tkáni. Ve svalu je hlavním účinkem insulinu podpora transportu glukosy do buněk. Syntéza glykogenu jakož i glykolytické zpracování glukosy je rovněž v této tkání pod vlivem insulinu. V játrech je hlavní úlohou insulinu stimulace tvorby glykogenu při současné inhibici opačného pochodu - glykogenolýzy a následného uvolnění glukosy do oběhu. V tukové tkáni, podobně jako ve svalu, insulin podporuje především transport glukosy do buněk a na druhém místě teprve syntézu glykogenu. Vedle glukosy insulin podporuje transport i dalších substrátů do buněk: aminokyselin a jejich následné využití k proteosyntéze („proteoanabolický“ účinek insulinu) a volných mastných kyselin po rozštěpení triglyceridů. Biologický poločas insulinu je 6 - 10 min. Biochemické účinky insulinu: Vedle regulace transportu glukosy a dalších substrátů do buněk, o kterém pojednáme ve zvláštním odstavci, spočívají tyto účinky v aktivaci resp. inhibici některých klíčových enzymů metabolismu sacharidů, tuků i bílkovin. Jednotícím mechanismem je ve většině případů fosforylace příslušných enzymů. Zopakujme na tomto místě stručně nejdůležitější kroky metabolismu sacharidů, konkrétně glykolýzy, tvorby a odbourávání glykogenu a glukoneogenese. Nebudeme se zde zabývat pentosovým cyklem, protože nepředstavuje hlavní metabolickou dráhu. Všimněme si zejména těch reakcí resp. enzymů, kde insulin a další hormony mohou zasahovat. Glykolýza je zahajována fosforylací glukosy v poloze 6 (enzymy hexokinasa, glukokinasa), následuje isomerace na fruktoso-6-fosfát, další fosforylace na fruktoso1,6-difosfát za katalýzy fosfofruktokinasy (PFK) a konečně rozštěpení fruktoso-1,6difosfátu na isomerní triosofosfáty - glyceraldehyd a dihydroxyaceton, účinkem aldolasy. Glyceraldehyd-fosfát doplňovaný isomerizací dihydroxyaceton-fosfátu se oxiduje na 3-fosfoglycerát (akceptorem elektronů je NAD), jenž se přes další mezistupně oxiduje až na fosfoenolpyruvát, který předáním kyseliny fosforečné na ADP účinkem fosfoenolpyruvát kinasy poskytne kys. pyrohroznovou resp. pyruvát. Při anaerobní glykolýze se kyselina pyrohroznová redukuje na kyselinu mléčnou (laktát) za opětné spotřeby NADH. Všechny uvedené děje probíhají v cytoplasmě. Kyselina pyrohroznová se dále využívá při aerobní glykolýze, probíhající už v mitochondriích: Oxidační dekarboxylace poskytne aktivovanou kys.octovou (acetylCoA), která se zapojuje do Krebsova cyklu, spřaženého s dýchacím řetězcem. Je to pochod při kterém se získá nejvíce energie ve formě makroergických fosfátů. Insulin aktivuje některé z enzymů glykolýzy: na prvním místě jaterní glukokinasu, nikoliv však ubikvitérní hexokinasu, plnící stejnou úlohu ve svalu a v dalších tkáních. Z dalších enzymů je to fosfofruktokinasa, jež katalyzuje reakci, která je z kinetického hlediska řídící reakcí celého sledu (opačně na ni působí glukagon) a konečně rovněž již zmíněná fosfoenolpyruvát kinasa.

31

Syntéza glykogenu probíhá přes aktivivanou formu glukosy uridindifosfoglukosu (UDPGlc) a vyžaduje určité množství glykogenu jako tzv. startéru. Uplatňuje se zde glykogen synthetasa, existující ve fosforylované a defosforylované formě. Na rozdíl od fosforylasy, zahajující opačný pochod fosforolytické štěpení glykogenu, je fosforylovaná forma tohoto enzymu neaktivní. Insulin v konečném důsledku inhibuje její fosforylaci a tím ji aktivuje. Z biologického hlediska je rozhodující tento účinek v játrech. Při glukoneogenese se využívá k výstavbě sacharidů z pyruvátu okliky, spočívající v kondenzaci oxidu uhličitého za spotřeby ATP a vzniku oxaloacetátu. Tato reakce je energeticky méně náročná, než prosté otočení glykolýzy. V dalším kroku, vyžadujícím rovněž ATP a také inositol trifosfát se oxid uhličitý zase odštěpí a vznikne fosfoenolpyruvát, což je výchozí substrát pro další reakce, jež už probíhají jako zvrat glykolýzy. Insulin působí inhibičně na klíčový enzym fosfoenolpyruvát karboxykinasu (PEPCK), jejímž hlavním stimulátorem je kortisol. Insulin a transport glukosy:Jak jsme se již zmínili, hlavním účinkem insulinu je usnadnění transportu glukosy do buněk. Z kvantitativního hlediska je nejvýznamnější tento efekt ve svalové a v tukové tkáni. Způsob, jakým se tak děje je znám teprve nedávno. Souvisí s objevem tzv. glukosových přenašečů (transportérů odtud označení gluT). Glukosové transportéry jsou poměrně velké membránové bílkoviny, jež vícekrát (12 x) tuto membránu překračují. Jejich funkci si můžeme představit jako rozvírající a zavírající se písmeno V: zvenčí glukosu zachytí a otevřením dovnitř vnesou do buňky. Insulin ovlivňuje především počet těchto transportérů v membráně. Nepůsobí-li insulin, jsou tyto bílkoviny spolu s částí „odtržené“ membrány přítomny v cytoplasmě jako buněčné organely - endosomy. Insulin, přes fosforylační kaskádu (viz níže), způsobí, že endosomy putují k membráně a stanou se po rozpojení její součástí a přenašeče začnou plnit svoji funkci. Dnes jsou známy 4 typy glukosových přenašečů, označované indexy GluT1 - GluT4. Pro svaly a tukovou tkáň jsou typické GluT4. GluT1 a GluT3 jsou přítomny v cévách zásobujících mozek a v mozkových neuronech a nejsou ovlivněny insulinem. GluT2 jsou přítomny přímo v B-buňkách Langerhansových ostrůvků pankreatu, což umožňuje další autoregulaci jejich funkce. Mechanismus účinku insulinu:Jak jsme se zmínili, hlavními účinky insulinu jsou jednak stimulace transportu glukosy a dalších substrátů do buněk, jednak regulace aktivity některých klíčových enzymů metabolismu sacharidů, případně i jiných substrátů. V obou případech insulin působí prostřednictvím receptorů na membránách buněk. Receptor pro insulin je symetrický tetramer, tvořený dvěma („vnitřními“) a dvěma („na okrajích“) podjednotkami. α-Podjednotky obsahují vazebné místo pro insulin, zatímco β-podjednotky představují efektorovou složku s vlastní (vnitřní = intrinsic) proteinkinasovou aktivitou. Navázání hormonu je signálem nejprve k autofosforylaci β-podjednotky na tyrosinových zbytcích (srov. úvodní kapitolu o mechanismech účinku hormonů). Fosforylovaná β-podjednotka pak funguje jako kinasa pro další nitrobuněčné bílkoviny, především enzymy, které (rovněž) fosforyluje na tyrosinových a také serinových zbytcích. Rozbíhá se tak fosforylační kaskáda, jejímž konečným důsledkem je aktivace (případně inhibice) výše uvedených systémů. Jedním z nich je popsané zabudování glukosových přenaščů do membrán.

32

Jiným známým příkladem je aktivace membránové fosfolipasy C, štěpící fosfatidylinositol na diacylglycerol a inositol trifosfát, nám známé druhé posly. Ty dále zapojují do regulačních dějů vápenaté ionty jako další z řady signálních molekul. Vedle aktivace efektorové složky receptoru vede vazba insulinu i k internalizaci komplexu insulin-receptor do nitra buňky s následnou proteolýzou insulinu lysozomálními enzymy a recyklací podjednotek receptoru. Poruchy v mechanismu účinku insulinu: Snížená odpověď na insulin je příčinou častějšího tzv. diabetu mellitu II.typu (DMII, NIDDM = noninsulin dependent diabetes mellitus). Asi 90 % osob postižených cukrovkou (v ČR až 4 % populace) má DM-II. Může být způsoben mutací genu pro insulin nebo jeho receptoru, autoimunitně podmíněnou tvorbou protilátek proti insulinu nebo proti jeho receptoru. Poslední uvedený případ je zřejmě nejčastější. Regulace sekrece insulinu: B-buňky Langerhansových ostrůvků tvořící insulin obsahují řadu specifických receptorů pro některé hormony a další signální molekuly (např. pro glukagon, acetylcholin, růstový hormon aj.), jejíchž prostřednictvím se startují adenylátcyklasová či fosfolipasová-C signální dráha, vedoucí k ovlivnění sekrece insulinu. Hlavním regulátorem jeho výdeje je však hladina glukosy v krvi (glykémie). Do B-buněk se glukosa dostává snadno díky nadbytku membránových přenašečů (zejména GluT2 – srov. předchozí odstavec). Přitom B-buňky neobsahují specifické receptory pro glukosu a mechanismus, teprve nedávno objevený, kterým glykémie řídí výdej insulinu, je vícestupňový. Klíčovým faktorem je nitrobuněčná koncentrace ATP resp. poměr ADP/ATP. V B-buňkách, stejně jako v jiných buňkách probíhá oxidativní fosforylace s tvorbou ATP. Zvýšení koncentrace glukosy vede ke zvýšení koncentrace ATP a k poklesu poměru ADP/ATP. To vyvolá uzavření ATPsenzitivních draselných (K+) kanálů a změnu membránového potenciálu. Na tuto změnu zase reagují kalciové (Ca2+) kanály, které se otevřou a vápenaté ionty vstupují do buňky. Ca2+ zde působí jako druhý posel a v konečném důsledku vyvolá pohyb sekrečních granulí obsahujících insulin k membráně a následně jeho uvolnění. Glukagon Biosyntéza: Transkripčním produktem A (α) buněk pankreatu je preproglukagon, který odštěpením své části dá proglukagon (69 aminokyselin, mol.hmotnost 9000 Da) a ten po dalším odštěpení v Golgiho aparátu poskytne vlastní glukagon. V cirkulaci jsou vedle glukagonu přítomny i jeho prekurzory a fragmenty těchto prekurzorů, což ztěžuje jeho imunochemické stanovení. U zdravých osob je sekrece glukagonu na rozdíl od insulinu, jenž citlivěji reaguje na příjem potravin a tělesnou zátěž, poměrně konstantní. Samozřejmě i glukagon reaguje na fyziologické podněty; hlavními jsou akutní hypoglykémie, příjem bílkovinné potravy a namáhavá svalová práce. Biologické a biochemické účinky: Hlavním biologickým účinkem glukagonu je zvýšení hladiny glukosy v oběhu, tedy právě opačný efekt než má insulin. Děje se tak především stimulací glykogenolýzy a glukogenese v játrech, v menší míře pak inhibicí některých enzymů glykolýzy v ostatních tkáních (fosfofruktokinasa). Na rozdíl od insulinu ale neovlivňuje významně transport glukosy do buněk.

33

Glukagon inhibuje aktivací fosforylace (srov.účinek insulinu) jaterní glykogen synthetasu a naopak stimuluje přeměnu neaktivní fosforylasy b na aktivní aformu, která zahajuje fosforolytické štěpení glykogenu. Příslušným specifickým enzymem je zde fosforylasa-kinasa. Stejně jako kortisol aktivuje fosfoenolpyruvátkarboxy-kinasu (PEPCK) (srov. glukoneogenesa). Mechanismus účinku: Glukagon je typickým hormonem s receptory na membránách, využívající G-proteiny pro vytvoření funkčního spojení s efektorem, kterým je adenylátcyklasa s cAMP jako 2.poslem. Synergicky, podobným mechanismem působí adrenalin (srov. následující kapitolu). Regulace koncentrace glukosy v krvi Koncentrace glukosy v cirkulaci (glykémie) se udržuje v organismu v poměrně úzkém rozmezí, mezi 3.3 až 5.8 mmol/l. Schopnost organismu pružně reagovat na nárazový příjem potravy, rozdílnou fyzickou zátěž a na řadu dalších podnětů zajišťuje složitý systém hormonálních regulací. Na regulaci glykémie se podílejí zejména v této kapitole probírané hormony insulin a glukagon, dále adrenalin a kortisol a další hormony dřeně i kůry nadledvin. Metabolismus glukosy a tedy i její aktuální koncentraci v oběhu ovlivňuje řada dalších hormonů jako např. hormony štítné žlázy. Zrekapitulujme na tomto místě hlavní regulační mechanismy, využívané čtyřmi nejdůležitějšími zúčastněnými hormony: Insulin obecně zvyšuje glykémii, jednak podporou transportu glukosy do buněk kde napomáhá jejímu glykolytickému zpracování, jednak aktivací tvorby glykogenu. Inhibičně působí na klíčový enzym glukoneogenese fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPCK). Opačně než insulin působí glukagon a také adrenalin. Kortisol je hlavním stimulátorem glukoneogenese, na rozdíl od glukagonu působí především mechanismem stimulace genové exprese klíčového enzymu tohoto procesu, již zmíněné PEPCK.

Hormony dřeně nadledvin a sympatiko-adrenální systém Základní pojmy a souvislosti Hormony dřeně nadledvin - „katecholaminy“ jsou současně mediátory nervového přenosu tj. neurotransmitery. Buňky ve kterých se tvoří, tzv. chromafinní buňky jsou vlastně neurony bez axonu (dlouhého odstředného, odvodného vlákna). Kromě nadledvin se tyto hormony tvoří i v nervových buňkách mozku (v mozkových neuronech) a v některých periferních neuronech. Kolem 90% cirkulujících katecholaminů pochází z dřeně nadledvin. Tvorba a sekrece hormonů dřeně nadledvin je řízena vegetativní nervovou soustavou. Ta je tvořena dvěma autonomními systémy, lišícími se jednak morfologicky, jednak mediátory zprostředkujícími látkový přenos na nervových spojích (synapsích) a zakončeních a konečně inervovanými orgány. Rozeznáváme parasympatická a sympatická nervová vlákna a systémy. Dodejme, že na všech zmíněných úrovních existují překryvy.

34

Oba systémy jsou tvořeny tzv. dostřednými (přívodnými) - aferentními a odstřednými (odvodnými) - eferentními nervovými drahami. První vedou vzruch do centra (mozku, míchy), druhé naopak od centra k inervovanému orgánu (buňce). Dohromady tvoří tzv. nervový oblouk (okruh). Parasympatické eferentní dráhy vycházejí z mozkového kmene a křížové míchy, vstupují do tzv.parasympatických ganglií a dále pokračují jako tzv. postsynaptická vlákna k inervovaným orgánům. Charakteristickým znakem je blízkost zmíněných parasympatických ganglií k inervovaným orgánům. Mediátorem, zprostředkujícím látkový signál jak z ganglií k postsynaptickým vláknům, tak na nervových zakončeních v příslušných efektorových buňkách, je acetylcholin. Sympatické eferentní nervové dráhy vycházejí z hrudní a z prodloužené míchy a vstupují do tzv.sympatických ganglií, které se nacházejí ve větší vzdálenosti od inervovaných orgánů. Mediátory (transmitery) jsou katecholaminy – noradrenalin, adrenalin a dopamin (odtud „sympatiko-adrenální systém“). Nadřízenými centry sympatiko-adrenálního systému jsou některé struktury mozku (diencefalus, hypotalamus). Biosyntéza a odbourávání katecholaminů Katecholaminy odvozují svůj název od pyrokatechinu (angl. „catechol“). Tvoří se z tyrosinu, získaného z potravy nebo hydroxylací fenylalaninu v játrech. Místem biosyntézy katecholaminů je jednak dřeň nadledvin (již zmíněné chromafinní buňky), jednak nervové buňky mozku a periferní sympatická nervová zakončení. Podle konečného produktu biosyntézy v té které mozkové nervové buňce rozeznáváme centrální dopaminergní neurony, centrální noradrenergní a adrenergní neurony. Vlastní biosyntéza katecholaminů zahrnuje následující kroky: 1. Tyrosin hydroxylasa hydroxyluje tyrosin v poloze 3’ na dihydroxyfenylalanin („DOPA“), což je limitujícím krokem celého sledu reakcí. 2. Dihydroxyfenylalanin se dekarboxyluje účinkem DOPA-dekarboxylasy na dopamin. Jde o poměrně nespecifickou reakci; jejím typickým inhibitorem je αmethyl-dihydroxyfenylalanin (tzv. methyldopa). V centrálních dopaminergních neuronech biosyntéza dále neprobíhá. 3. Dopamin se dále hydroxyluje v poloze 2 na noradrenalin (dopamin β-hydroxylasa), který se v dalším kroku (4.) methyluje na dusíku za vzniku adrenalinu. Příslušným enzymem je fenylethanolamin-N-methyl-transferasa, donorem methylové skupiny je S-adenosylmethionin. Sekrece katecholaminů: Katecholaminy, jak již bylo zmíněno, se tvoří jednak v dřeni nadledvin, jednak v neuronech. Ve dřeni se shromažďují v sekrečních zrnkách (granulích), odkud se mechanismem exocytosy uvolňují do cirkulace. Podnětem k vyplavení sekrečních zrnek je signál, zprostředkovaný acetylcholinem (dřeň nadledvin je sama inervována parasympatikem !). V neuronech tvořené katecholaminy se na synapsích a na nervových zakončeních uvolňují mechanismem exocytosy do synaptických štěrbin. Mechanismus vedoucí k výlevu katecholaminů je zde složitější; jedním z fyziologických podnětů je vstup Ca2+ do neuronu. V synaptické štěrbině pak mohou interagovat s příslušnými receptory nebo podléhají degradačním pochodům (viz dále).

35

Další osud katecholaminů: Katecholaminy se mohou v organismu enzymaticky degradovat na biologicky neúčinné produkty či konjugáty nebo zpětně vychytávat na synapsích resp. nervových zakončeních, případně v periferních orgánech (tzv. vychytávání 1.a 2.typu). Vychytávání („uptake“) resp. zpětné vychytávání (reuptake) na synapsích je důležitým regulačním pochodem. Umožňuje opětné využití katecholaminů po splnění své signální úlohy, zároveň se zabraňuje tomu, aby tyto látky nepůsobily nepřetržitě (v důsledku stresogenně). Enzymatické odbourávání je dalším způsobem, jak regulovat aktuální koncentraci katecholaminů. Nejdůležitějšími enzymy metabolismu katecholaminů jsou monoaminooxidasa („MAO“) a k(c)atechol-ortho-methyltransferasa („COMT“). MAO je odpovědná za oxidační deaminaci dopaminu vedoucí ke kyselině dihydroxyfenyloctové; noradrenalin a adrenalin přeměňuje na 3,4dihydroxymandlový aldehyd, 3’-methoxyderivát adrenalinu („3-metanefrin“), vznikající působením COMT na adrenalin, přeměňuje na kyselinu vanilmandlovou. Dnešní farmakologie disponuje řadou farmak, ovlivňujícíh aktivitu těchto enzymů, využívaných zejména v neurologii a v psychiatrii. Biologické účinky katecholaminů Biologické účinky katecholaminů můžeme formálně rozdělit na děje, vyvolané katecholaminy jako molekulami zprostředkujícími nervový signál, jednak na účinky metabolické, kde katecholaminy působí jako hormony. Mezi první typ patří účinky hemodynamické na cévní stěny (vazokonstrikce - zúžení a vazodilatace - rozšíření) a účinky na srdeční sval. Metabolické účinky rozlišujeme přímé, kde katecholaminy působí prostřednictvím svých receptorů v buňkách periferních tkání a orgánů a na účinky nepřímé, kde se zapojují do endokrinních regulací tím, že ovlivňují (stimulují nebo potlačují) sekreci dalších hormonů na různých úrovních (hypotalamu, hypofýzy, ostatních endokrinních žláz). Z přímých metabolických účinků uveďme alespoň stimulaci glykolýzy a glukoneogenese, synergicky s glukagonem (srov. s předchozí kapitolou). Jak ukážeme stručně v dalším odstavci, jak účinky metabolické (hormonální), tak ty, při kterých katecholaminy fungují jako neurotransmitery, využívají stejných či podobných receptorových mechanismů. Mechanismus působení katecholaminů Účinky katecholaminů jsou zprostředkovány adrenergními receptory na membránách. Mohou se nacházet na nervových zakončeních synapsí (presynaptické receptory), na efektorových buňkách nervových zakončení (postsynaptické receptoryé nebo konečně na ostatních neinervovaných buňkách cílových tkání, ke kterým se dostávají jako ostatní hormony krví (tzv.extrasynaptické receptory). Presynaptické receptory plní funkci autoreceptorů; jejich prostřednictvím se ovlivňuje vlastní tvorba a sekrece katecholaminů a dalších neurotransmiterů (zpětné vychytávání, metabolismus). Postsynaptické a extrasynaptické receptory pak zprostředkují spuštění („triggerring“) kaskády událostí uvnitř buňky, zahájené vazbou katecholaminu na

36

příslušný receptor. Prostřednictvím G-proteinů se vytvoří funkční spojení s různými efektorovými systémy (srov.kapitola o mechanismech účinku hormonů). Všeobecně se užívá dnes už historického rozdělení adrenergních receptorů na α-adrenergní a β-adrenergní receptory, které zas mají řadu podtypů (podrobněji viz další odstavec). V různých tkáních a orgánech jsou přítomny různé typy a podtypy. Existují více či méně specifické blokátory obou typů receptorů, které patří k základním léčivům. Z biochemického hlediska můžeme zjednodušeně rozlišovat dva nejběžnější typy receptorů zmíněné v úvodní kapitole: 1. Receptory využívající G-proteiny a membránové efektory, bez účasti cyklických nukleosid-monofosfátů. Tento typ mechanismu je příznačný pro α- (přesněji pro α1receptory); efektorem je fosfolipasa C, druhými posly jsou štěpné produkty fosfatidylinositolu (diacylglycerol a ITP) a kalciový ion, jehož koncentrace v cytoplasmě rychle vzroste následkem otevření kalciového kanálu. 2. β-Receptory, jež aktivují „klasický“ systém adenylcyklasa cAMP prostřednictvím stimulačních nebo inhibičních G-proteinů. Vedle adrenergních (α a β) receptorů známe dnes i receptory dopaminergní, kde nositelem signálu je dopamin. Vzhledem k chemické podobnosti dopaminu s noradrenalinem a adrenalinem nepřekvapuje, že účinkuje i na α a β-receptorech. Neurotransmitery a jejich receptory – nejen o hormonech Jak bylo opakovaně zdůrazněno, katecholaminy působí jak jako hormony (ve smyslu definice), tak jako neurotransmitery. Receptory ať už v cílových buňkách, kam se katecholaminy dostávají krví či na synapsích nebo nervových zakončeních jsou přitom stejné. Zařazujeme proto do této kapitoly i stručný přehled o ostatních neurotransmiterech a jejich receptorech. Rozdělení adrenergních receptorů na α- a β- a jejich podtypy vzniklo historicky a vychází z poznatků o jejich interakci s různými agonisty a antagonisty, tj. (cizorodými) látkami, jež vyvolávají buď stejný účinek jako přirozené ligandy nebo naopak jej inhibují. Toto rozdělení neodráží ani rozdílnou afinitu vůči jednotlivým katecholaminům (adrenalinu, noradrenalinu, dopaminu) ani tkáňovou lokalizaci. Jak α- tak β- receptory mohou být přítomny ve stejných tkáních a interakce s ligandy mohou mít stejné či dokonce opačné účinky. Klasifikace podle mechanismů které využívají (adenylátcyklasový, fosfolipasový C) naznačená v předchozím odstavci je pouze přibližná. Poznání agonistů/antagonistů a možnost jejich prostřednictvím ovlivňovat příslušné signální dráhy vedoucí ke konečným fyziologickým účinkům nicméně poskytlo úžasné možnosti při léčbě řady chorob a jsou hojně využívány jako psychofarmaka. Oba typy receptorů patří do rodiny tzv. 7TM, tzn. že jsou tvořeny sedmi transmembránovými doménami. Několik příkladů agonistů adrenergních receptorů – uvádíme triviální vžité názvy, vzorce lze najít např. v monografii Compertsově (viz doporučená literatura): isoprenalin, salbutamol, fenylefrin, efedrin, klonidin. Všechny obsahují substituované či nesubstituované benzenové jádro s postranním různě dlouhým řetězcem s koncovou –substituovanou či nesubstituovanou aminovou skupinou. Příklady antagonistů: pindolol, propranolol, timolol, metoprolol, atenobol. Chemicky je typickým znakem etherový můstek ( -O(CH2)- v postranním řetězci.

37

Acetylcholin a jeho receptory (=cholinergmí receptory). Acetylcholin ( (CH3)N+-CH2-CH2-O-C=O.CH3 ) je nejdůležitějším neurotransmiterem parasympatického nervstva. Na rozdíl od katecholaminů jsou jeho receptory výlučně na synapsích a nervových zakončeních inervovaných buněk, nejde tedy o hormon. Parasympatická stimulace prostřednictvím tzv. bloudivého nervu (n. vagus) vyvolává mj. rozšíření cév a zvýšení sekrece tekutin a naopak zpomaluje srdeční tep. Na nervových zakončeních (neuromuskulárních spojích) a na synapsích se uvolňuje do synaptické štěrbiny (synaptic cleft), kde je velmi rychle (v řádu milisekund) štěpen enzymem acetylcholinesterasou na cholin a acetát. Delší působení acetylcholinu a stimulace cholinergních receptorů by vyvolalo řadu závažných poruch neslučitelných se životem (např. paralýzu kosterního svalstva). Ireverzibilní inhibitory acetylcholinesterasy patří proto mezi nejnebezpečnější jedy. Typickým příkladem je organofosfát isopropyl-methylfosfonofluoridát, známý jako bojový plyn sarin. Acetylcholin a jeho antagonisté mají dvě zcela odlišné skupiny receptorů, nazvané podle příslušných agonistů jako ligandů. První skupinu tvoří tzv. nikotinové receptory, což jsou v podstatě iontové kanály a muskarinové receptory, které patří stejně jako receptory pro katecholaminy do rodiny 7TM receptorů.

Ostatní hormony a hormonálně účinné působky Melatonin Místo tvorby: epifýza: Melatonin (N-acetyl-5-metoxytryptamin) se tvoří v epifýze (šišince, angl. pineal gland), což je nepatrná žláza uložená na spodině mozkové (jako výrůstek mezimozku), tvořená buňkami pinealocyty. Epifýza je spojena nervovými drahami s hypotalamickými ganglii, do kterých vedou nervové dráhy z oka. Biosyntéza: Melatonin se tvoří z tryptofanu ve čtyřech krocích: tryptofan se hydroxyluje v poloze 5 na 5-hydroxytryptofan, ten se oxidačně dekarboxyluje na 5hydroxytryptamin (serotonin, významný neurotransmiter), jenž se v dalším kroku acetyluje na N-acetylserotonin (enzym N-acetyltransferasa), který se nakonec metoxyluje (méně specifický enzym hydroxyindol-O-methyl-transferasa, HOMT; donorem methylu je S-adenosylmethionin) na N-acetyl-5-methoxytryptamin, melatonin. Podnětem k tvorbě melatoninu je vyloučení noradrenalinu, který se do piealocytů dostává výše uvedenými nervovými z hypotalamu jako reakce na světlo resp. tmu. Konkrétně se uvedená metabolická cesta aktivuje v noci. Délka trvání denního světla (fotoperioda), která se mění v ročních obdobích, určuje denní rytmus melatoninu. Biologický význam: Melatonin je hormon, který kontroluje denní rytmus výdeje řady dalších hormonů, zejména gonadotropinů a následně sexuálních hormonů. S membránovými receptory pro melatonin se můžeme setkat na membránách dalších endokrinně aktivních buněk. Sekrece melatoninu je mj.

38

podnětem k aktivaci gonád., což se výrazněji projevuje u některých savců (zkracující se dny jsou např. signálem pro říji u vysoké zvěře, naopak prodlužující se dny jsou dobou páření hlodavců). Poruchy denního rytmu (např. při cestování letadlem přes více časových pásem – „jet effect“) se odrazí v sekreci melatoninu.

Deriváty kyseliny arachidonové Ikosanoidy – deriváty kyseliny arachidonové (C20) tvoří početnou skupinu biologicky aktivních sloučenin, které většinou účinkují para- a autokrinně a nejsou proto „pravými“ hormony, nicméně využívají stejných signálních drah s receptory na membránách. Podle nejdéle známých prostaglandinů se někdy označují jako prostanoidy. Kyselina arachidonová je významnou složkou lipidní dvojvrstvy membrán živočišných buněk, kde je stejně jako ostatní mastné kyseliny vázána ve formě fosfoesterů s alkoholy, především s glycerolem. Z této vazby je uvolňována účinkem specifické fosfolipasy A2 (srov. kapitola „Ostatní účinky kortikoidů“). Kyselina arachidonová je substrátem pro prostaglandiny, prostacykliny, thromboxany a leukotrieny. Z biologického hledisky jsou nejdůležitější prostaglandiny, které ovlivňují účinky řady dalších hormonů (sexuálních, gastrointestinálního traktu) a leukotrieny, které jsou významnými modulátory imunitní odpovědi. Prostaglandiny, thromboxany a prostacykliny vznikají z kyseliny arachidonové tzv. cyklooxygenasovou drahou, podle enzymu cyklooxygenasy („COX“); za vzniku meziproduktů s typickým vnitřním cyklopentanovým kruhem přemostěným dvěma kyslíky. Leukotrieny zase využívají tzv. lipoxygenasové dráhy, kde charakteristickými meziprodukty jsou deriváty obsahující hydroperoxidovou skupinu v poloze 5; nejznámější je kyselina 5-hydroperoxyeikosatetraenová „5HETE“. Prostaglandiny mají řadu farmakologických účinků: zabraňují např. agregaci krevních destiček a tím srážení krve, snižují krevní tlak a zejména ovlivňují stahy hladkých svalů (význam např. při porodu), některé jsou účinnými vazodilatanty. Rovněž leukotrieny a prostacykliny mají vazodilatační účinky a působí jako inhibitory shlukování krevních destiček, zatímco thromboxany mají účinky opačné. Všecky tyto látky se využívají v medicíně.

Hormony gastrointestinálního traktu (GIT) Gastrointestinální trakt (GIT) můžeme považovat za největší endokrinní komplex, kde se v různých buňkách tvoří přes 30 hormonů. Vesměs jde o peptidy. Některé z těchto hormonů jsou známy velmi dlouho: např. sekretin byl jako biologicky účinný výměšek z dvanáctníku popsán již v r. 1904, tedy v době, kdy endokrinologie jako nauka o hormonálních regulacích ještě neexistovala. Nebylo známo chemické složení zmíněných látek či dokonce geny, které tyto peptidy kódují. Struktura těchto peptidů byla objasněna až v 60.- 80.létech, příslušné geny byly popsány ještě později, až s rozvojem molekulární biologie. Charakteristickým znakem pro hormonálně aktivní buňky GITu je skutečnost, že tyto buňky jsou difuzně rozptýlené v různých částech traktu. Řada z nich působí parakrinně, případně autokrinně, některé mají rovněž funkci neurotransmiterů. Některé z těchto hormonů známe i jako produkty jiných žláz resp. buněk. Tak např. 39

somatostatin známe jako hypotalamický hormon, tvoří se ale i v D buňkách Langerhansových ostrůvků pankreatu a v některých dalších částech GIT. Hlavními biologickými účinky je podpora funkce GITu, konkrétně sekrece gastrointestinálních šťáv a trávících enzymů, absorpce (vstřebávání) živin střevem, ovlivnění motility střev resp. peristaltiky, a regulace prokrvení příslušných tkání. Signálem pro sekreci těchto hormonů jsou změny v příjmu potravy. Jako peptidy působí některým z mechanismů s receptory na membránách. Přehled nejdůležitějších hormonů GIT (zdaleka ne vyčerpávající) uvádíme na konci textu v přiložené tabulce.

Klinická biochemie hormonů Zvláštnosti klinické biochemie hormonů Hormony, ve srovnání s většinou ostatních analytů v klinické biochemii, jsou přítomny v tělních tekutinách, především v krvi, ve velmi nízkých koncentracích: U nízkomolekulárních hormonů je to většinou v řádu pmol – nmol/l, u peptidů v ng µg/l. Dokud nebyla známa chemická podstata hormonů, jejich množství se často vyjadřovalo pomocí bioesejí - jako schopnost vyvolat charakteristickou biologickou odezvu. Příkladem jsou někdejší těhotenské testy, založené na tom, že placentární gonadotropin z moči těhotných žen, která když se injikuje myším, vyvolá u nich zvětšení vaječníků. Jiným příkladem je „jednotka“ insulinu, jako 1/3 množství, potřebného ke snížení hladiny krevní glukosy u dvoukilogramového králíka na definovanou hraniční hladinu během tří hodin. I když bioeseje se již neužívají, množství některých hormonů se nadále vyjadřuje v mezinárodních jednotkách či jejich zlomcích. Vzhledem k limitované citlivosti „klasických“ metod používaných v klinické biochemii (především různé typy spektrofotometrie) nebylo stanovení většiny hormonů dostupné ani po poznání jejich chemické podstaty a využívalo se stanovení jejich odpadních produktů v moči. Revolučním vynálezem, alespoň v této oblasti, byla imunoanalýza, využívající jedinečné specificity protilátek jako činidel (viz níže). S postupných poznáním mechanismů účinku hormonů, jejich řízení a metabolických osudů ke stanovení aktuálních hladin jednotlivých hormonů přibylo i stanovení dalších analytů. Např. tam kde je to možné s ohledem na dostupnost analyzovaného materiálu (leukocyty, vzorky tkáně z biopsií) se stanovují receptory (př.: stanovení insulinových receptorů v leukocytech = odráží citlivost na insulin). V krvi (v séru nebo v plazmě) se stanovují některé transportní proteiny (př.: TBG), některé enzymy (př. renin, některé dejodasy) a samozřejmě i „nadřízené“ hormony v příslušné ose (tyroidální, adrenální, gonadální, insulární). Specifickou kapitolou je stanovení autoprotilátek vůči některým hormonům a dalším látkám – především proteinům, zapojených do mechanismů biosyntézy, řízení a účinku hormonů. Z nich nejdůležitější jsou cirkulující autoprotilátky vůči tyroidální peroxidase, tyreoglobulinu či (stimulující nebo inhibující) protilátky proti TSH receptorům. Vedle aktuálních hladin hormonů (za standardizovaných podmínek) se v klinické biochemii hormonů často využívá dynamických testů, založených na fungování zpětnovazebných mechanismů. Stimulační testy spočívají v měření hladin hormonů po podání příslušného „nadřízeného“ působku (hormonu), nejčastěji

40

hypotalamického liberinu (např. tyreoliberinu – TRH test) nebo hypofyzárního hormonu (např. ACTH u ACTH testu). V prvním případě se měří odezva v koncentraci TSH, ve druhém kortisolu. Supresní testy naopak využívají negativní zpětné vazby. Příkladem je tzv. dexamethasonový supresní test: pacientovi se podá syntetický glukokortikoid dexamethason, chemicky odlišný od kortisolu, který zabrzdí výdej ACTH a následně tvorbu kortisolu, jehož hladina řádově klesne. Pomocí těchto testů lze odhalit, kde je porucha při nadbytečné či naopak nedostatečné tvorbě příslušných hormonů: zda na úrovni mozku (hypotalamické či hypofyzární) či na úrovni příslušné endokrinní žlázy (štítná žláza, nadledviny, gonády). Jak jsme uvedli v předchoích kapitolách, u řady peptidových hormonů se tvoří (exprimují) nejprve pro-, případně prepro-hormony, jejichž postupným štěpením vznikají vlastní účinné hormony. V krvi nalezneme vedle hormonů i zmíněné fragmenty. Stanovení některých může mít vyšší výpovědní hodnotu o schopnosti tvořit dostatečné množství hormonu než stanovení příslušného hormonu. Typickým příkladem je stanovení C-peptidu namísto insulinu.

Fyziologické a patologické koncentrace hormonů a dalších analytů a jejich příčiny Normální, fyziologické koncentrace hormonů v krvi (v séru nebo v plazmě), tj. jejich „hladiny“ se v endokrinologii obvykle označují jako „eufunkční“, na rozdíl od stavů „hypo“- a „hyperfukčních, kdy je hormonu nedostatek či nadbytek. Situace, kdy hormonu(ů) je zdánlivě dostatek a přesto systém „nefunguje“ označujeme jako dysregulace; v takovýchto případech je třeba hledat poruchu jinde než je funkce příslušné žlázy (buněk), nejčastěji na úrovni receptorové. Obecně mohou být poruchy způsobeny následujícími příčinami: - Vrozené vady (na úrovni genů pro příslušné (pre- či pro)hormony, enzymů zúčastněných při jejich biosyntéze, teoreticky i transportních proteinů, receptorů a dalších složek využívaných v mechanismu účinku hormonů (G-proteiny a pod.). - Získané poruchy způsobené obvykle infekcí (např. destrukce B-buněk Langerhansových ostrůvků u diabetiků I.typu jako následek některých viróz), mechanickým poškozením příslušných orgánů, nádory, vedlejšími účinky léků („iatrogenní příčiny“), drog, malnutricí nebo radiací. - Autoimunitní poškození, která jsou charakteristická pro řadu endokrinních onemocnění (mohou být způsobena některými z výše uvedených příčin). Tvorba autoprotilátek byla popsána nejen vůči hormonům či jejich prekurzorům, ale i vůči receptorům, G-proteinům, některým enzymům hormonogeneze (typickým příkladem jsou protilátky vůči tyroidální peroxidase). Úkolem klinické biochemie je tyto poruchy a jejich příčiny odhalit. V dalším proto probereme jednotlivé hormonální systémy z pohledu klinické biochemie („diagnostické laboratorní komplexy“). Jako účelné se jeví zabývat se jednotlivými osami, které berou v úvahu etážový systém typický pro endokrinologii, tj. „nadřízené“ a „periferní“ endokrinní žlázy a příslušné hormony, které tvoří.

Stručný přehled klinické biochemie hormonů Tyroidální osa Zahrnuje příslušný hypotalamický liberin – TRH, hypofyzární tyreotropin (TSH) a hormony štítné žlázy – triodotyronin (T3) a tyroxin (T4). TRH vzhledem ke 41

krátkému biologickému poločasu se nestanovuje. ale využívá se při stimulačním TRH-testu: po jeho podání se sleduje odezva v TSH. Nejdůležitějším analytem je TSH (srov. skrínink neonatální hypotyreózy). U T3 a T4 se dává přednost stanovení volných, tj. na TBG a další plazmatické transortní proteiny nevázaných hormonů. Dalšími analyty, využívanými v diagnostice štítné žlázy jsou tyreoglobulin (Tg) a tyroxin vázající globulin (TBG), ve specializovaných laboratořích reverzní trijodotyronin (rT3). Zvláštní význam v tyreologii má stanovení vybraných autoprotilátek, konkrétně již proti zmiňované tyroidální peroxidase (TPO) a tyreoglobulinu a stimulujících (vzácněji inhibujících) cirkulujících protilátek vůči TSH receptoru. Kalcitonin, hormon parafolikulárních buněk štítné žlázy, zmíněný níže v souvislosti s analyty využívanými při sledování poruch kostního metabolismu, je důležitým tumorovým markerem – ukazatelem tzv. medulárního karcinomu štítné žlázy. Adrenální osa Glukokortikoidní osa: Zahrnuje kortikoliberin (nestanovuje se), kortikotropin (ACTH) a kortisol. Posledně jmenovaný steroid se kromě v séru (plazmě) stanovuje i v moči nebo dokonce ve slinách (výtečně odráží volný, na transkortin nevázaný hormon). Ve speciálních laboratořích se stanovují i některé prekurzory glukokortikoidní biosyntetické dráhy (21- a 11-deoxykortisol). Při diagnostice tzv. vrozené adrenální hyperplázie (porucha na úrovni enzymů steroidogeneze, nejčastěji 21-hydroxylasy) je důležitým analytem prekurzor 17α-hydroxyprogesteron, který se hromadí při většině zmíněných enzymových bloků. Mezi adrenální steroidy patří i dehydroepiandrosteron a jeho sulfát (DHEA/S) a androstendion. Při diagnostice poruch glukokortikoidní osy se využívá již zmíněný stimulační ACTH a supresní dexamethasonový test. Mineralokortikoidní osa: Vedle aldosteronu, jako hlavního mineralokortikoidu se stanovuje renin jako klíčovou složku řídícího zpětnovazebného systému, buď (častěji) jako tzv. plazmatická reninová aktivita nebo přímo enzym. jako bílkovina. Gonadální osa Při vyšetření poruch ženských i mužských sexuálních funkcí se využvá stanovení obou gonadotropinů (LH, FSH) a ženských a mužských steroidních sexuálních hormonů – estradiolu, progesteronu, testosteronu, případně jeho periferně účinného metabolitu dihydrotestosteronu. Hypotalamický gonadoliberin se nestanovuje, ke stimulačnímu testu se však využívá (LH-RH test - sleduje se odezva v LH a v FSH). Při tzv. hCG stimulačním testu se aplikuje lidský choriový gonadotropin (hCG), který je dostupnější než LH, jehož β-podjednotka je totožná s LH a sleduje se odezva v hladinách testosteronu. Významným laboratorním ukazatelem je sexuální hormony vázající globulin, nejen při diagnostice poruch gonadální osy (zvýšené hladiny SHBG znamenají nižší a snížené vyšší koncentrace volných, biologicky aktivních androgenů.), ale i při diagnostice poruch glykoregulace: při poruše periferní citlivosti na insulin a následně zvýšených hladinách insulinu bývá významně snížen SHBG, což má mj. za následek hirsutismus u žen. Insulární osa

42

Vedle glykémie nalačno a jejích změn v tzv. orálním glukosovém tolerančním testu (oGTT) se stanovuje insulin, lepší výpovědní hodnotu ale má stanovení štěpného produktu proinsulinu – tzv. C-peptidu, který lépe odráží sekreční aktivitu B-buněk Langerhansových ostrůvků. Jako kontraregulační hormony se stanovují glukagon a kortisol. Významným ukazatelem je stanovení periferní citlivosti na insulin, při níž bývá snížena hladina SHBG (srov. předchozí odstavec). Ukazatelem autoimunitních pochodů jsou autoimunní protilátky namířené proti B-buňkám ostrůvků (bez uvedení specifikace antigenů). Růstový hormon a stanovení insulinu podobného růstového faktoru-1 Osu tvoří hypotalamický somatoliberin, opačně působící somatostatin, růstový hormon (somatotropin STH), který působí prostřednictvím růstových faktorů, na prvním místě parakrinně autokrinně i endokrinně účinkujícím IGF-1. Z analytů využívaných v klinické biochemii hormonů se vedle STH stanovuje somatostatin a nověji IGF-1 (rovněž přítomný v krvi) a zejména specifické IGF-1 vázající transportní proteiny (např.IGF-1 BP-3). Využívá se při hledání příčin poruch růstu, nádorech hypofýzy a pod. Klinicko-biochemické ukazatele kostního metabolismu Z hormonů se stanovují hladiny hormonu příštitných tělísek – parathormonu (PTH), jeho antagonisty kalcitoninu a biologicky účinný metabolit vitaminu D3 1,25-dihydroxycholekalciferol. Doplňujícím vyšetřením je stanovení anabolicky účinných steroidů – u mužů testosteronu, u žen estradiolu. Z nehormonálních analytů přítomných v krvi uveďme některé ukazatele kostního metabolismu – protein osteokalcin, odrážející výstavbu kosti a aminokyseliny resp. jejich metabolity jako hydroxprolin, hydroxylysin, pyridinolin či deoxypyridinolin, jako parametry odbourávání kosti. Ostatní analyty využívané v klinické biochemii hormonů Výčet není úplný, spektrum požadavků se mění. Do této skupiny patří hormon zadního laloku hypofýzy – adiuretin (vazopresin ADH), zatím stanovovaný jej raritně vzhledem k nečetným požadavkům. Další skupinu tvoří katecholaminy (plazmatický adrenalin a noradrenalin) a jejich močové metabolity (kyselina homovanilmandlová a vanilmandlová). V krvi (séru nebo v plazmě) se stanovují i některé hormony gastrointestinálního traktu (gastrin a jeho pre-pro-hormony). Z hormonů předního laloku hypofýzy nebyl zmíněn prolaktin, využívaný především jako jeden z tumorových markerů. Dnes už spíše historický význam má stanovení močových steroidů (s výjimkou volného kortisolu), tzv. 17-oxosteroidů a 17-ketogenních steroidů.

Metody stanovení hormonů Při stanovení hormonů všech typů jednoznačně dominují imunoanalytické metody (imunoeseje). Snad jedinou výjimkou jsou katecholaminy a jejich metabolity, kde se využívá plynové či kapalinové chromatografie. Kapalinová chromatografie se uplatňuje rovněž při separaci některých látek k oddělení od chemicky podobných sloučenin, přítomných vzhledem k analytu ve velkém nadbytku (některé méně běžné steroidní metabolity, derváty vitaminu D). Kombinace chromatografických technik s hmotovou spektrometrií (především GC-MS) se využívá spíše ve výzkumu a jako 43

konečný důkaz přítomnosti látky (hormonu) ve zkoumaném materiálu. Typickým příkladem je dopingová kontrola steroidních anabolik. Imunoeseje jsou metody, využívající specifických protilátek vůči stanovovaným látkám (analytům) jako činidel. Protilátky lze získat imunizací zvířat pomocí imunogenů, ktré mají antigenní vlastnosti, tzn. vyvolávají tvorbu protilátek. Mohou to být dostatečně „velké“ sloučeniny, jakými jsou peptidy a bílkoviny s molekulovou hmotností alespoň 10 kDa. Protilátky lze ale získat i proti nízkomolekulárním sloučeninám, jakými jsou tyroidální hormony nebo steroidy, pokud tyto jsou vhodným způsobem kovalentně připojeny k vysokomolekulárnímu nosiči (nejčastěji se používá albumin). Kovalentně připojené nízkomolekulární sloučeniny nazval Landsteiner (30.léta 20.století) hapteny. Získaná antiséra pak obsahují protilátky vůči těmto haptenům. Imunokompetentní buňky – B-lymfocyty – tvoří protilátky proti různým částem – strukturám („epitopům“) imunogenu včetně vůči zmíněným haptenům a jejich částem. Získané antisérum pak je pestrou směsí takovýchto protilátek – mluvíme o polyklonálních protilátkách. Jedna imunokompetentní buňka totiž tvoří vždy jen jeden druh protilátky, která je ve smyslu definice chemickým individuem. Podaří-li se některou z těchto buněk namnožit, vznikne klon identických buněk, tvořících jednu protilátku; mluvíme o tzv. monoklonálních protilátkách. Techniku přípravy monoklonálních protilátek vynalezli v polovině 70.let Kohler a Millstein. Zjednodušeně spočívá v izolaci vhodné buňky tvořící žádoucí protilátku (naředěním a skríninkem), její fůzí s nádorovou buňkou téhož živočišného druhu, která jí zajistí „nesmrtelnost“ tj. schopnost se množit. Fúzí vzniklý „hybridom“ se pak nechá ve vhodném prostředí (obvykle směs různých antibiotik a činidel využívaných v tkáňových kulturách), které současně zahubí ostatní nehybridomové buňky (včetně nezfúzovaných nádorových), kultivovat a tvořit protilátku. Současný rozvoj molekulárně biologických metod nabízí ještě elegantnější výrobu monoklonálních protilátek technikami genového inženýrství, kdy se gen pro příslušnou protilátku (imunoglobulin) vnese do genomu vhodného hostitele (např. kvasinek), kde se exprimuje. Imunoeseje můžeme podle principu rozdělit na kompetitivní a nekompetitivní. U kompetitivních metod značený analyt soutěží o vazebné místo(a) protilátky se známým množstvím standardu resp. neznámým množstvím stanovované látky ve vzorku. Získaná kalibrační závislost, kde na ose pořadnic vynášíme množství značeného analytu (jako příslušnou fyzikální odezvu (radioaktivita, fluorescence a pod.) proti koncentraci analytu, je klesající křivka typického esovitého tvaru. U nekompetitivních metod naopak stanovovaná látka je limitující složkou „sendviče“ (odtud sendvičové metody), tvořeného 1.protilátkou (např. navázanou na pevné fázi), stanovovanou látkou – analytem, další protilátkou a nakonec vhodným „značidlem“. Jak je patrno, druhý typ je vhodný pro vysokomolekulární analyty (proteiny), kde se uplatní kombinace více protilátek, včetně monoklonálních. Kalibrační závislost pak má charakter stoupající křivky. Sem patří oblíbené tzv. imunoradiometrické metody („IRMA“). Podle charakteru značení analytu (nebo jiných složek, např. protilátek u sendvičových metod) existuje dnes pestrá nabídka metod, využívajících značení radioizotopy (nejčastěji 125I nebo 3H) – radioimunoeseje (RIA), enzymy (enzymoimunoeseje – EIA, kde enzym štěpí vhodný bezbarvý substrát na látku dobře detekovatelnou fyzikálními metodami – spektrofotometricky, fluorometricky a pod.), fluorescenčními činidly (fluoroimunoeseje, FIA), chemiluminescenčními činidly a j. 44

Mezi oblíbená fluoreskující činidla patří např. cheláty obsahující europium – metody DELFIA, vyvinuté skandinávskou firmou Walac. Většina imunoesejí vyžaduje oddělení (značeného a neznačeného) analytu navázaného na protilátku od volného, nevázaného podílu. Jedná se o heterogenní systém s více fázemi. K oddělení se využívá řady technik – protilátka (nebo jiná složka systému) je vázána na pevnou fázi – stěny zkumavky, pevné částice a pod, bílkovinnou frakci lze srážet a následně centrifugovat, volný analyt lze vychytat adsorpcí (např. na aktivní uhlí). Elegantnější ale obvykle méně citlivé jsou metody homogenní, kde celý proces vazby na protilátku a měření příslušné odezvy se odehrává v jedné fázi – v roztoku. Vesměs jde o kompetitivní metody. Využívá se toho, že vazbou značeného analytu na protilátku se mění příslušná měřená fyzikální odezva. Na závěr se zmiňme o případech, kdy je třeba měřit volné hormony, tj. nevázané na plazmatické transportní bílkoviny. Uplatňují se zejména v tyroidální laboratorní diagnostice (stanovení volného tyroxinu resp. trijodotyroninu) a u některých steroidů (kortisol, testosteron). I zde existuje řada přístupů a technik. Nejpřesnější jsou ultrafiltrační techniky, kde se měří koncentrace analytu v ultrafiltrátu; tyto metody jsou nicméně pracné a rutinní laboratorní diagnostika využívá jiných možností (včetně výpočtu ze známých koncentracích veškerého stanovovaného hormonu a příslušných vazebných proteinů), jejich výčet by ale značně přesáhl rozsah této kapitoly.

Obecné principy hormonálních regulací Hlavní regulační účinky hormonů v cílových buňkách 1. 2. 3.

4. 5.

Hormony regulují koncentraci substrátů v cílových buňkách (př.: transport glukosy do buněk) Mohou regulovat koncentraci inhibitorů důležitých reakcí – př.: transkripce lipokortinu Regulují aktivitu (klíčových) enzymů, případně iontových kanálů - fosforylací/defosforylací (př: fosforolýza glykogenu/inhibice glykogen syntézy) - odštěpením fragmentu - alosterickou modifikací Regulují koncentraci enzymů (kanálů, receptorů) (př. steroidy a tyreoidální hormony) Některé hormony (př.: kortikoidy) regulují expresi vlastních receptorů (down- případně upregulace) nebo jiných receptorů: (př: estrogenní receptory stimulují expresi progestinových receptorů)

Některé obecné znaky hormonálních regulací 1. 2.

Redundance (glukagon, adrenalin,kortisol a regulace glykogenolýzy) Zesílení (neaditivita účinku): př.: STH a dexamethason (synt. kortikoid) stimulují lipolýzu lipidů, synergický účinek je větší než součet obou

45

3. Současná stimulace jednoho děje a inhibice opačného (př.: adrenalin v Abuňkách L. ostrůvků vvolá sekreci glukagonu a v B buňkách naopak inhibuje výdej insulinu) 4. Odezva (účinek) hormonu (v cílové buňce) závisí na citlivosti vůči hormonu (definuje se jako koncentrace hormonu potřebná k vyvolání poloviční z maximální odezvy).

Na čem všem závisí velikost odezvy na hormonální stimul 1. Na koncentraci hormonu v místě účinku, dané - Rychlostí sekrece - Rychlostí transportu krví (úloha transportních proteinů) - Rychlostí odbourávání (úloha transportních proteinů) 2. Na citlivosti, dané - Počtem funkčních receptorů (Scatchardův výnos) - Afinitě receptoru vůči hormonu (Scatchardův výnos) - Koncentrací a kvalitě dalších složek, zprostředkujících signál nesený hormonem od navázání na receptor po konečnou odezvu (u mechanismů využívajících G-proteiny, efektory, substráty pro 2. posly atd., u mechanismů využívajících nitrobuněčné receptory transkripční faktory atd.)

46

Tabulka nejdůležitějších hormonů GIT Účineka Hlavní biologické účinky

Hormon

Lokalizace

Poznámky

)

Gastrin

E (N)

Objeven už 1905, izolován v 60.letech, více forem („big gastrin atd). Sekreci gastrinu inhibují sekretin, glukagon, VIP, kalcitonin a somatostatin Cholecystokinin (CCK) E (N) Sekrece pankreatické amylasy. dvanáctník, Více forem jako u gastrinu, jejunum označovány podle mol.hm. Kontrakce žlučníku a hladkého svalu žaludku. Jako I-buňky GIT v kDa např. CCK58, CCK39, CCK33, CCK8 neuro- transmiter modulátorem dopaminergních receptorů Sekretin E Sekrece pankreatického dvanáctník, Nejdéle známý „hormon“ bikarbonátu (při okyselení jejunum, (objeven1904). Jen jedna dvanáctníku), sekrece pepsinu. S-buňky forma, vysoký stupeň Snižuje kontraktilitu hladkého homologie s glukagonem. svalstva Rodina peptidů s GIP, VIP a s glukagonem Gastrický inhibiční E Inhibuje vyplavení Tenké střevo Antagonista gastrinu, 2 formy. polypeptid (GIP) žaludečních šťáv. K-buňky Rodina peptidů se sekretinem, Zvyšuje sekreci insulinu po glukagonem příjmu glukosy. a VIP Inhibuje sekreci gastrinu Vasoaktivní intestinální E, N Stimuluje lipolýzu Tenké Antagonista gastrinu, rodina peptid (VIP) Podporuje sekreci trávících střevo, jako u GIPu.Exprimován i šťáv v tenkém střevě D1 buňky v srdci, plicích, některých endokr. žlazách Jiné hormony GIT: Leptin („hormon hladu“), Neurotensin (CNS, střevo), Motilin (dvanáctník), Pankreatický polypeptid, Skupina peptidů „YY“, Bombesin (rovněž jeden z modulátorů účinků gastrinu), Somatostatin (viz kapitola o hypothalamických hormonech) a)

Sekrece žaludečníchg šťáv, sekrece pepsinu, kontrakce žlučníku (po jídle)

E = endokrinní, N = neurotransmiter

47

žaludek, dvanáctník, G-buňky GIT

48