Jdi na obsah Jdi na menu
 


Úvod do biologické psychiatrie 3

19. 5. 2007

3. Neuromediátory

Neuroaktivní látky (mediátory, působky) lze dělit na neuromediátory, neuromodulátory a neurohormony. Neuromediátory jsou látky uvolňované z neuronu do synaptické štěrbiny a ovlivňující aktivitu (excitovatelnost) pouze jedné nebo několika prostorově blízkých buněk (jiného neuronu nebo svalové buňky). Zajišťují tak mezibuněčný přenos nervového signálu. Z chemického hlediska se jedná především o monoaminy, aminokyseliny a peptidy. Kritéria pro identifikaci neuromediátoru jsou uvedena v tabulce. Neurohormony jsou hormony syntetizované a uvolňované nervovým systémem, tj. jsou to látky přenášené krví ke vzdáleným cílovým buňkám, jejichž aktivitu ovlivňují. Klasickými neurohormony jsou oxytocin a vasopressin. Rozdělení na neuromediátory a neurohormony lze považovat za zastaralé, neboť je známo, že řada neuropeptidů působí nejen dálkově jako neurohormony, ale i lokálně jako neuromediátory; podobně některé klasické neuromediátory se mohou uvolňovat do krevního oběhu a působit jako hormony.

Syntéza neuromediátorů spočívá v enzymové úpravě jednoduchých prekurzorů, které se do neuronů dostávají obvykle ve spolupráci s gliovými buňkami. Nově syntetizované nebo zpětně vychytané neuromediátory jsou uloženy do synaptických váčků (1000 až 100000 molekul na váček). Většina váčků vzniká v somě v Golgiho aparátu, někdy ve hladkém endoplazmatickém retikulu. Část váčků může vzniknout pinocytózou membrány, což je inverzní proces k fúzi váčku s presynaptickou membránou při uvolnění mediátoru do štěrbiny. Jinou teorií pro mechanismus uvolnění je vznik póru pro neuromediátor při kontaktu váčku a presynaptické membrány.

3.1 Hlavní třídy neuromediátorů v mozku

Klasické neuromediátory (viz tabulka) jsou lokálně syntetizované v nervových zakončeních. Potřebné enzymy vznikají v buněčném těle - v hrubém endoplazmatickém retikulu. Označení „klasické“ se používá proto, že jejich funkce v neuronech byla objevena dříve, než pro neuropeptidy.

Neuropeptidové neuromediátory (viz tabulka) jsou syntetizované v buněčném těle neuronu. Zájem o peptidy jako neuromediátory byl podnícen odhalením endorfinů, jakožto endogenních opiátových peptidů v mozku; významný v psychiatrii je např. b-endorfin, který má úlohu v pociťování bolesti a je uvolňován z hypofýzy v odezvě na stres. Jsou spojeny s G proteiny.

Jednotlivé neurony mohou obsahovat a uvolňovat více než jeden neuromediátor - klasický neuromediátor může mít i několik kotransmiterů (obvykle neuropeptidů).

Kritéria pro identifikaci neuromediátoru

1. je přítomen ve vysokých koncentracích v presynaptických nervových zakončeních

2. presynaptický neuron jej syntetizuje

3. neuron jej při depolarizaci membrány uvolňuje v dostatečném množství a existuje mechanismus pro ukončení jeho působení

4. i při exogenní aplikaci vyvolává fyziologické účinky odpovídající normální synaptické transmisi

5. existuje specifický receptor



Známé a možné klasické neuromediátory

Systém

Mediátor

Pozn.

cholinergní

acetylcholin

  

aminokyselinergní

GABA

dekarboxylací glutamové kys. 

  

asparagová kys.

(sůl=aspartát) 

  

glutamová kys.

(sůl=glutamát) 

  

glycin

  

  

homocystein

cystein®cystin®homocystein

monoaminergní

  

  

katecholaminy 

dopamin

tyrosin®DOPA®dopamin® 

  

noradrenalin

®noradrenalin®adrenalin 

  

adrenalin

  

indolaminy 

tryptamin

  

  

serotonin

tryptofan®5-hydroxytryptofan® 

®serotonin (5-HT)

jiné odvozené od ak 

histamin

dekarboxylací histidinu 

  

taurin

cystein®cysteamin®taurin 

purinergní

adenosin

  

  

ADP

  

  

AMP

  

  

ATP

  

Některé peptidové neuromediátory

(neuropeptidy)

Systém

Mediátor

peptidergní

  

peptidové 

látka P (substance P, SP)

  

neurokinin A

  

neurokinin B

  

neuropeptid Y (NY)

  

neurotensin

  

polypeptid uvolňující gastrin (bombesin)

  

neuromedin B

  

cholecystokinin (CCK)

  

galanin

opiodní 

enkefaliny (met-, leu-)

  

dynorfiny

  

vasoaktivní intestinální polypeptid (VIP)

  

hypofyzární peptid aktivující adenylátcyklázu (PACAP)

3.2 Acetylcholin

Acetycholin (ACh) byl první látkou rozpoznanou jako neuromediátor. Je vytvářen v nervových zakončeních reakcí cholinu a acetylkoenzymu A (acetyl-CoA) katalyzovanou cholinacetyltransferázou. ACh je specifickým přenašečem ukládán do synaptických váčků, které jsou při pozorování v elektronovém mikroskopu kulovité, průhledné a homogenní (agranulární váčky; typ I Grayových synapsí). Část ACh zůstává volná v cytoplazmě. Po uvolnění do synaptické štěrbiny je nenavázaný ACh velmi rychle hydrolyzován acetylcholinesterázou na acetát a cholin (rychlostí 104 až 105 molekul za sekundu). Většina cholinu je poté přenesena vysokoafinitním přenosovým systémem závislým na Na+ zpět do presynaptického zakončení a použita při syntéze acetylcholinu.

Cholinacetyltransferáza se v nervovém systému nachází specificky v místech syntézy ACh; v cholinergních neuronech je koncentrována v nervových zakončeních a váže se také na vnější povrch synaptických váčků. Její aktivita zřejmě není limitujícím prvkem v syntéze ACh. Je možné, že rychlost syntézy ACh je určena acetyl-CoA (jeho prekurzorem v mozku je pyruvát, produkt glykolýzy), popřípadě jeho přenosem z vnitřní membrány mitochondrií do cytoplazmy. Prokázaným faktorem limitujícím rychlost biosyntézy ACh je vtok (uptake, influx) cholinu do buněk. Je známo, že při neuronální aktivitě může docházet ke zvýšení tohoto vtoku. Protože disociační konstanta mozkové cholinacetyltransferázy (10-3 M) je mnohem větší než koncentrace volného cholinu (10-5 M), znamená zvýšení vtoku cholinu také zvýšení syntézy ACh. Nervová tkáň není schopna syntetizovat cholin a cholin v plazmě neprochází hematoencefalickou bariérou. V CNS vzniká volný cholin jednak v synaptických štěrbinách hydrolýzou uvolněného ACh, jednak v presynaptických i mimosynaptických oblastech neuronů i glií štěpením látek obsahujících cholin (fosfatidylcholinu, lysofosfatidylcholinu, glycerol 3-fosforylcholinu).

Pozn.: V necholinergních synapsích může ACh působit jako neuromodulátor (např. inhibicí Na+/K+ pumpy).

3.3 Monoaminy

Monoaminové neuromediátory jsou vytvářeny v buněčném těle, v axonu a v nervových zakončeních. Jsou inkorporovány do váčků syntetizovaných v buněčném těle. Synaptické váčky jsou často elektron-denzní (granulární, „dense-core vesicles“), velikost je různá - kolem 50 nm pro noradrenalin (NA), 80-100 nm pro dopamin (DA) a serotonin. Po uvolnění (exocytóze) jsou monoaminové neuromediátory inaktivovány především vysokoafinitními transportními systémy závislými na Na+ a Cl- v neuronech a přilehlých gliích, dále se uplatňuje difúze a nízko-afinitní systémy. Inaktivace monoaminových neuromediátorů je pomalejší, než je tomu u ACh. Metabolity monoaminů se mohou dostat do mozkomíšního moku (CSF) nebo krve přes gliové buňky.

3.3.1 Katecholaminy

Hlavními katecholaminy v CNS jsou adrenalin (epinefrin), noradrenalin (norepinefrin) a dopamin. Většina adrenergních synapsí využívá jako neuromediátor noradrenalin, v malém množství byl v CNS zjištěn také adrenalin (hlavně v mozkovém kmeni).

Biosyntéza katecholaminů začíná hydroxylací tyrozinu. Enzymem limitujícím rychlost syntézy katecholaminů je právě tyrozinhydroxyláza. Ukládání katecholaminů do synaptických váčků je aktivní proces, který vyžaduje energii a může být nevratně inhibován např. reserpinem. Kromě neuromediátoru obsahují tyto váčky i vysoké koncentrace ATP a protein chromogranin. Přeměna tyrozinu na L-DOPA a L-DOPA na DA probíhá v cytosolu, DA je potom přenesen do zásobních váčků. Váčky v noradrenergních neuronech obsahují enzym dopamin b-hydroxylázu, který umožňuje vznik NA. V adrenálních žlázách a v malých skupinách neuronů v mozkovém kmeni se v cytoplazmě nachází enzym fenyletanolamin N-metyltransferáza, který přenáší metylovou skupinu z S-adenosylmethioninu na NA za vzniku adrenalinu.

Katecholaminy jsou ze synaptické štěrbiny odstraňovány difúzí a zpětným vychytáváním pomocí specifických přenašečů. Za inaktivaci těchto neuromediátorů jsou primárně odpovědné monoaminoxidáza (MAO) a katechol-O-metyltransferáza (COMT). MAO deaminuje katecholaminy na jejich aldehydy; je lokalizována na vnější membráně mitochondrií a působí především na volné neuromediátory v presynaptických zakončeních. Látky jako reserpin (blokuje přenos neuromediátorů do váčků) nebo amfetaminy (uvolňují katecholaminy z váčků) proto způsobují zvýšení koncentrací deaminovaných metabolitů. COMT inaktivuje katecholaminy přenosem metylové skupiny z S-adenosylmethioninu; nachází se v prakticky ve všech buňkách včetně vnějšího povrchu membrán neuronů; funkce COMT v tranmisi dosud není dobře známa.

3.3.2 Indolaminy

Mezi indolaminové neuromediátory řadíme tryptamin a především serotonin. 5-HT je za fyziologických podmínek amfifilní molekula, která neprochází snadno hematoencefalickou bariérou; je tedy syntetizován v mozku. Má podobnou chemickou strukturu jako tryptamin, melatonin, dietyltryptamin, dimetyltryptamin a bufotenin (indolalkylaminy).

Biosyntéza serotoninu začíná hydroxylací L-tryptofanu. Enzymem limitujícím rychlost syntézy 5-HT je tryptofanhydroxyláza. Primárním zdrojem tryptofanu jsou potravní proteiny. Do mozku se dostává pomocí přenašeče neutrálních aminokyselin, kdy soutěží s dalšími aminokyselinami, jako je fenylalanin, leucin a methionin. Dietou se sníženým obsahem tryptofanu a zvýšeným vstupem kompetujících aminokyselin lze snížit obsah 5-HT v mozku. Enzym tryptofanhydroxyláza (L-tryptofan-5-monooxygenáza) je v mozku syntetizován pouze v serotoninergních neuronech. Tkáňově specifické rozdíly ve vlastnostech tohoto enzymu získaného z mozku a šišinky jsou zřejmě dány až posttranslačními úpravami. Tryptofanhydroxyláza mění tryptofan na 5-hydroxytryptofan (5-HTP) a z něj vzniká serotonin působením dekarboxylázy aromatických L-aminokyselin. Tento enzym není specifický pro serotoninergní neurony, v katecholaminergních neuronech konvertuje DOPA na dopamin. Protože tato dekarboxyláza není za normálních podmínek saturovaná 5-HTP, lze koncentraci 5-HT v mozku zvýšit také dodáním 5-HTP. Zvýšená syntéza a uvolňování neuromediátorů při zvýšené neuronální aktivitě je v případě 5-HT zajištěna zvýšenou aktivitou fosforylované tryptofanhydroxylázy.

Serotonin je do synaptických váčků ukládán aktivním transportem. Byly klonovány dva přenašeče monoaminových neuromediátorů do synaptických váčků. Váčky obsahující 5-HT se poněkud liší od váčků s katecholaminy - neobsahují ATP a obsahují specifický protein, který váže s vysokou afinitou 5-HT. Uvolňování 5-HT do štěrbiny nastává exocytózou váčků a jeho aktivita je ukončena zpětným vychytáváním (reuptake) specifickým serotoninovým transportním proteinem (SERT) lokalizovaným v plazmatické membráně. Primární katabolickou cestou pro 5-HT je deaminace pomocí MAO.

Metabolity monoaminových neuromediátorů z mozku jsou obvykle měřeny v mozkomíšním moku (CSF), neboť jejich podíl v moči je relativně malý. V mozku je hlavním metabolitem serotoninu kyselina 5-hydroxyindoloctová (5-HIAA), v šišince je 5-HT konvertován na melatonin. Hlavní metabolit DA u člověka je kyselina homovanilová (HVA), ale měří se také kyselina 3,4-dihydroxyfenyloctová (DOPAC). Relativně selektivním metabolitem NA v mozku je 3-metoxy-4-hydroxyfenylglykol (MHPG).

3.3.3 Jiné monoaminy

Dalšími monoaminovými neuromadiátory odvozenými od aminokyselin jsou taurin a především histamin. Taurin je odvozen z cysteinu, histamin vzniká dekarboxylací histidinu.

Histamin byl jako fyziologický mediátor znám mnohem dříve a lépe mimo CNS – známá je jeho úloha na sekreci kyseliny v žaludku, v regulaci imunitní odpovědi a při zánětech. Teprve později byly poznány také jeho regulační funkce v mozku, kde je vytvářen, ukládán a uvolňován nejen neurony, ale i jinými buňkami. Morfologické a elektrofyziologické vlastnosti histaminergních neuronů jsou podobné jako noradrenergních a serotoninergních a jejich axony projikují do většiny oblastí CNS.

Z chemického hlediska se histamin liší od ostatních neuromediátorů převším imidazolovým kruhem, který mu umožňuje existovat ve dvou tautomerních formách. Za fyziologických podmínek existuje jako monokationt. Jeho biosyntéza vyžaduje L-histidin a enzym L-histidindekarboxylázu. Histamin neprostupuje hematoencefalickou bariéru a je tedy syntetizován v mozku. L-histidin se do mozku dostává aktivním transportem, transportní systém do neuronů není znám. Rychlost syntézy histaminu v mozku je kontrolována dostupností L-histidinu a aktivitou histidindekarboxylázy. Oproti NA a 5-HT není histamin přímým inhibitorem své syntézy, nicméně existuje záporná zpětná vazba přes aktivaci presynaptických H3 autoreceptorů. Vzniklý histamin je uchováván v synaptických váčcích, z nichž je po depolarizaci membrány a vstupu kalcia uvolňován do synaptické štěrbiny a aktivuje postsynaptické i presynaptické receptory. Není znám vysokoafinitní uptake systém pro histamin, který by jej rychle vychytával ze štěrbiny. Předpokládá se transport histaminu do astrocytů, kde potom dochází k jeho metabolismu.

Katabolismus histaminu v mozku probíhá téměř výhradně přes jeho metylaci histamin N-metyltransferázou, následuje deaminace vzniklého tele-metylhistaminu pomocí MAO-B a oxidace nestabilního aldehydu na kyselinu tele-metylimidazoloctovou. Mimo nervový systém probíhá katabolismus histaminu také přes jeho oxidaci diaminoxidázou, kdy vzniká nestabilní aldehyd a poté kyselina imidazoloctová.

3.4 Aminokyseliny

Hlavními neuromediátorovými aminokyselinami v CNS jsou kyselina glutamová, kyselina asparagová, glycin a kyselina g-aminomáselná (kys. 4-aminomáselná, GABA). Vzhledem k všeobecnému výskytu aminokyselin v buňkách, bylo zpočátku obtížné rozpoznat jejich neuromediátorovou funkci, zvláště pro kyselinu glutamovou a glycin, které jsou nezbytnou součástí proteinů. GABA se vyskytuje téměř výlučně v mozku a byla proto vytypována jako neuromediátor relativně brzy. Kyselina glutamová a asparagová jsou excitační neuromediátory (způsobují depolarizaci membrány), GABA a glycin jsou inhibiční neuromediátory. Po uvolnění do synaptické štěrbiny nejsou štěpeny enzymy, jako je tomu u acetylcholinu, ale jsou vychytávány vysokoafinitními transportními (uptake) systémy závislými na Na+, přičemž významnější je transport do glií než do presynaptických zakončení.

3.4.1 Kyselina glutamová a asparagová

Glutamát a aspartát účinkují excitačně na téměř všechny neurony v CNS. Nacházejí se v CNS ve vysokých koncentracích a uvolňují se při elektrické stimulaci v závislosti na vstupu Ca2+ do buňky. L-glutamát je hlavním rychle působícím excitačním neuromediátorem v mozku.

Glutamát a aspartát neprostupují hematoencefalickou bariéru (na rozdíl od tryptofanu a tyrozinu) a jsou tedy syntetizovány v mozku z glukózy a dalších prekurzorů. Enzymy pro metabolismus těchto neuromediátorů se nacházejí v neuronech a gliových buňkách. Pyruvát (produkt glykolýzy za anaerobních podmínek) je přeměněn na acetyl-CoA, a ten vstupuje do citrátového (Krebsova) cyklu, jehož meziprodukty, 2-oxoglutarát (a-oxoglutarát) a oxalacetát, jsou užívány pro biosyntézu aminokyselin, zvláště glutamátu a apartátu.

Značná část glutamátu uvolněného do štěrbiny je vychytávána gliovými buňkami, v nichž dochází k přeměně na glutamin. Ten se dostává zpět do nervových zakončení, kde z něj vzniká glutamát nebo GABA. Synaptické váčky aktivně kumulují glutamát procesem závislým na Mg2+ a ATP. Podobný mechanismus uptake do váčků však není znám pro aspartát, takže je možné, že se nejedná o skutečný neuromediátor, ale jen o látku interagující s určitými glutamátovými receptory.

Vzhlem k náboji, který nesou, nemohou glutamát a aspartát difundovat přes buněčnou membránu. Na nervových zakončeních a gliových buňkách se vyskytuje vysokoafinitní uptake systém pro tyto neuromediátory. Existují přinejmenším tři typy těchto přenašečů: glutamátový přenašeč-1, glutamátový-aspartátový přenašeč a přenašeč excitačních aminokyselin-1; první dva jsou zřejmě primárními přenašeči glutamátu a aspartátu do glií, třetí hlavně do neuronů.

3.4.2 GABA a glycin

GABA a glycin jsou hlavní inhibiční neuromediátory v savčím CNS. GABA se v mnoha oblastech mozku vyskytuje ve vyských koncentracích (10-3 M) převyšujících až o 3 řády koncentrace klasických monoaminových neuromediátorů v těchže oblastech. Hlavním prekurzorem pro vznik GABA je glukóza, v menší míře i některé aminokyseliny. 2-oxoglutarát, který je meziproduktem citrátového cyklu, je přeměněn enzymem GABA-2-oxoglutaráttransaminázou na kyselinu L-glutamovou a ta je dekarboxylována pomocí dekarboxylázy kyseliny glutamové (GAD) na GABA. GAD se vyskytuje pouze v buňkách využívajících jako neuromediátor GABA. Imunohistochemická pozorování s využitím protilátek ke GAD ukázaly, že GABAergní nervová zakončení se vyskytují v celém mozku.

Po uvolnění z neuronu jsou účinky GABA na synaptické receptory ukončeny jejím transportem do presynaptických zakončení a především do okolních glií systémem vysokoafinitního uptake. Tento přenos vyžaduje přítomnost iontů Na+ a Cl-.

GABA je katabolizována mitochondiální GABA-2-oxoglutaráttransaminázou na sukcinsemialdehyd. K tomu ale dochází, pouze je-li přítomen 2-oxoglutarát, který přijímá aminoskupinu z GABA, čímž se obnovuje kyselina glutamová a v přítomnosti GAD vzniká opět GABA. Sukcinsemialdehyd může být oxidován sukcinsemialdehyddehydrogenázou na kyselinu sukcinovou a vrací se do Krebsova cyklu. GABA zpětně vychytaná do nervových zakončení může být uložena do váčků nebo metabolizována. GABA v gliích je rovněž metabolizována na sukcinsemialdehyd, ale protože v gliích není GAD, nedochází tímto způsobem k resyntéze tohoto neuromediátoru. GABA se v gliích mění na glutamin, který se dostává zpět do neuronu a tam je glutaminázou změněn na glutamát, z něhož může vzniknout GABA.

Nejvýznamnějším inhibičním neuromediátorem v CNS je glycin, zvláště v míše a nižším mozkovém kmeni. Jeho prekurzorem je serin. Působení glycinu na specifické postsynaptické receptory je ukončeno zpětným vychytáváním pomocí vysokoafinitního přenosového systému. Glycin může působit také jako excitační neuromediátor, např. jako koagonista excitačních glutamátových receptorů typu NMDA.

3.5 Puriny

Puriny mají klíčovou úlohu v energetickém metabolismu všech forem života. Jejich neuromediátorová úloha byla poznána relativně pozdě. Je známo, že puriny se uvolňují i z neuronů a vážou se na specifické receptory; hlavními ligandy purinergních receptorů jsou adenozin, ATP, uridintrifosfát (UTP) a diadenozinpolyfosfáty (se třemi až šesti fosfáty).

ATP a diadenozinpolyfosfáty jsou klasické neuromediátory - hromadí se v synaptických váčcích a jsou uvolňovány do štěrbiny v odezvě na příchod akčního potenciálu. Adenozin není v tomto smyslu klasickým neuromediátorem, neboť se neukládá do synaptických váčků; lze jej považovat spíše za metabolický posel a neuromodulátor

3.6 Neuropeptidy

Neuropeptidy jsou nejpočetnější skupinou neuromediátorů a stále jsou objevovány další. Mnoho z nich bylo původně objeveno jako hormony (hypofyzární, gastrointestinální). Lze je rozdělit podle chemické struktury, podle funkce v organismu, nebo podle tkáně, v níž převážně vznikají. Je nutno mít na paměti, že i strukturně velmi podobné neuropeptidy mohou mít velmi odlišné funkce. Oproti klasickým neuromediátorům se neuropeptidy vyskytují v nižších koncentracích, avšak současně jejich receptory mají mnohem vyšší afinitu. Vznikají z větších neaktivních prekurzorů tvořených alespoň 90 zbytky aminokyselin, jejichž zpracování je tkáňově specifické (tzn. většina prekurzorů je exprimována ve více různých tkáních a je v nich upravována různými způsoby). Neuropeptidové prekurzory jsou syntetizovány v buněčném těle (na ribozomech endoplazmatického retikula), upraveny v Golgiho aparátu, kde vznikají velké granulární váčky („large dense core vesicles“), které jsou transportovány axonem do nervových zakončení. Během axonálního transportu dochází ve váčcích k dalším úpravám a štěpení neuropeptidů. Neuropeptidy se uvolňují do štěrbiny exocytózou, v odezvě na relativně malé zvýšení koncentrace Ca2+ v cytosolu, tzn. obvykle poměrně daleko od místa vstupu Ca2+ do buňky, nebo může Ca2+ pocházat i z vnitrobuněčných zásob. Po uvolnění do synaptické štěrbiny je membrána váčků reinternalizována a rozrušena, nebo jsou její složky transportovány axonem a znovu využity v buněčném těle. Neuropeptidy tedy nejsou opětovně využívány vychytáváním a inkorporací do synaptických váčků, jako je tomu u klasických neuromediátorů.

3.7 Oxid dusnatý

Oxid dusnatý (NO) působí jako mediátor v imunitním systému, vasomotorice i neurotransmisi. Jako přenašeč v CNS byl poprvé rozpoznán teprve v roce 1988. Nejvýznamnější odlišností NO od jiných mediátorů je jeho schopnost difundovat volně a rychle přes membrány, tzn. působit na okolní buněčné elementy bez ohledu na anatomické spojení. NO je nestabilní volný radikál s poločasem několika sekund; přesto je při šíření z bodového zdroje schopen ovlivnit okolí do vzdálenosti asi 170 mm (určeno z teoretického modelu). Je možné, že působení NO je řízeno na úrovni aktivity cílových struktur.

Hlavním fyziologickým „receptorem“ pro NO v CNS i v periferii je hemový zbytek asociovaný s rozpustnou formou guanylátcyklázy. NO a cyklický guanozinmonofosfát (cGMP) jsou pravděpodobně funkčními partnery v CNS. Úloha cGMP v CNS dosud není dobře známa, na rozdíl od účinků v hladkých svalech a krevních destičkách, kde vede k relaxaci a k inhibici agregace.

Možné funkce a účinky NO v CNS jsou uvedeny v tabulce. NO může způsobit zvýšené uvolňování různých neuromediátorů, např. stimulace NMDA receptoru glutamátem vede ke vstupu Ca2+ do postsynaptické části, Ca2+ se váže na kalmodulin a ten potom aktivuje syntázu NO (NOS); vzniklý NO difunduje do presynaptické části, kde aktivuje rozpustnou guanylátcyklázu, která zvyšuje koncentraci cGMP, což vede ke zvýšenému uvolňování glutamátu. NO může regulovat aktivitu dalších enzymů, např. zvyšuje aktivitu cyklooxygenáz, což jsou enzymy limitující rychlost syntézy prostaglandinů, tromboxanu A2 a prostacyklinu z kyseliny arachidonové. Dlouhodobé působení vysokých koncentrací NO zprostředkované indukovatelnou NOS (např. při imunologické odezvě), může vést ke ztrátě aktivity řady enzymů.

V širším měřítku má NO úlohu v učení, cítění, sexuálním chování, v modulaci senzorických a motorických cest a v neurodegenerativních procesech (za patologických podmínek může pravděpodobně NO generovaný nadměrně při stimulaci glutamátových receptorů zprostředkovat buněčnou smrt).

Biosyntéza NO vyžaduje příslušný enzym - syntázu oxidu dusnatého (NOS), substrát - L-arginin, vzdušný O2 a NADPH. Aktivita NOS byla zjištěna v mozku, míše, retině, srdci, zažívacím traktu, nadledvinkách, epifýze i jinde. Nejvyšší aktivity NOS byly zatím zjištěny v mozku, kde je tento enzym široce rozšířen - srovnatelně s glutamátem a GABA. Podobnou distribuci má i akumulace cGMP vzniklého v odezvě na NO. Na buněčné úrovni je distribuce NOS a tohoto cGMP spíše komplementární (neurony syntetizující NO jsou často odlišné od neuronů akumulujících cGMP); NO tedy zřejmě účinkuje primárně jako mezibuněčný přenašeč. Za normálních podmínek se NOS v CNS vyskytuje převážně v neuronech.

NOS se vyskytuje ve třech známých formách označovaných jako neuronální, indukovatelná a endotelová (viz tabulka). Neuronální NOS (nNOS) se vyskytuje v neuronech konstitutivně, je závislá na Ca2+ a kalmodulinu. Její aktivace je tedy spojena: 1. se stimulací postsynaptických receptorů vedoucí ke vtoku Ca2+ nebo k uvolnění Ca2+ z vnitrobuněčných zásob (především NMDA receptorů, ale i mnoha dalších), 2. s akčními potenciály vyvolávajícími vtok Ca2+ do presynaptických zakončení přes napěťově řízené Ca2+-kanály.

Indukovatelná NOS (iNOS) byla v CNS zjištěna v astrocytech a mikrogliích; pevně váže kalmodulin a její aktivita proto nezávisí na změnách Ca2+. Přispívá k neurotoxicitě zprostředkované NO. Enzym je exprimován po transkripční indukci a tvoří NO mnohem větší rychlostí, než druhé dva typy NOS. Regulace a exprese iNOS v CNS není dosud jasná, v periferních buňkách se NO generované iNOS zřejmě podílí na imunologické odezvě k patogenům.

Endotelová NOS (eNOS) byla zjištěna v endotelových buňkách, kde je exprimována konstitutivně. Byla však nalezena i v neuronech

Předpokládaná úloha NO ve funkci CNS

(buněčné a molekulární mechanismy)

přenos signálu

NO jako mezibuněčný přenašeč (primární funkce)

aktivace rozpustné guanylátcyklázy - tvorba cGMP

zvýšení aktivity cyklooxygenáz

snížení aktivity řady enzymů

neuronální funkce 

modulace iontových kanálů

vliv (obvykle pozitivní) na uvolňování neuromediátorů z presynaptických zakončení

inhibice uptake některých neuromediátorů

interakce s neuromediátorovými receptory (NMDA)

neuroendokrinní funkce

vliv na sekreci různých hormonů (­¯)

synaptická plasticita

možný mezibuněčný mediátor v LTP

úloha v indukci LTD

lokální tok krve v mozku

zvýšení

(podle Garthwaite J.: TiNS 18 (2) 51-52, 1995; Garthwaite J., Boulton C.L.: Annu. Rev. Physiol. 57, 683-706, 1995)

Izoformy syntázy oxidu dusnatého (NOS)

izoforma NOS

neuronální (mozková)

indukovatelná

nezávislá na zvýš. Ca2+ 

endotheliální konstitutivní

označení

nNOS, ncNOS, bNOS, NOS-I 

iNOS, mNOS, macNOS, NOS-II 

eNOS, ecNOS,

NOS-III 

distribuce

rozpustná frakce buněčných nebo tkáňových homogenátů

rozpustná frakce buněčných nebo tkáňových homogenátů

většinou asociována s endotheliálními buněč. membránami

lokalizace

v neuronech CNS, ale i v periferii, svalech, ...

zřejmě každá jaderná buňka je schopna exprese iNOS

výhradně ve vaskulárním endotheliu

(podle Griffith O.W., Stuehr D.J.: Annu. Rev. Physiol. 57, 707-736, 1995)

 
 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

Zatím nebyl vložen žádný komentář