Transcript Neurochemie - přednáška 5

Neurochemie:
Neuropřenašeče:
serotonin, acetylcholin, histamin
5. přednáška
V lidském mozku ještě další malé neuropřenašeče: serotonin, acetylcholin a histamin
 serotonin a histamin = monoaminy díky přítomnosti jedné aminoskupiny
 všechny monoaminy uvolňovány z relativně malého počtu neuronů široce
projikujících v rámci celé neuraxis
 acetylcholin není monoamin - bývá k nim přiřazován proto, že je rovněž uvolňován
z nevelkého počtu neuronů (receptory spřažené s G-proteiny)
 oproti
monoaminům
nehomogenní
skupina:
serotonin
acetylcholin složený z cholinu a acetyl CoA, histamin z histidinu
z
tryprofanu,
SEROTONIN (5-hydroxytryptamin, 5-HT)
 90% celkového tělesného serotoninu se nachází v
enterochromafinních buňkách střeva, kde regulují střevní motilitu.
Zbylých 10% produkují serotoninergní neurony CNS.
 za fyziologických stavů = regulace nálady, spánku, ovlivňování respirace, termoregulace
či vasokonstrikce (poslední tři hlavně cestou 5-HT7 Rs)
 etiogeneze celé
konče depresemi
řady
 velké množství
vysoce zajímavá)
subtypů
onemocnění,
(role
5-HT
počínaje
je
velmi
migrenickými
různorodá
bolestmi
a
její
hlavy
a
patofyziologie
Syntéza serotoninu
 serotonin (5-hydroxytryotamin) – indolový
skelet, který nese na uhlíku 5 hydroxyskupinu a
na konci uhlíkatého řetězce je vybaven
terminální aminoskupinou
 syntetizován z aminokyseliny tryptofanu
 tryptofan aktivně transportován přes
hematoencefalickou bariéru
 následně hydroxylován pomocí
tryptofanhydroxylasay (TPH)
 vzniklý 5-hydroxytryptofan dekarboxylován
na serotonin dekarboxylasou aromatických
kyselin (AADC)
 v šišince následuje ještě konverze serotoninu
na melatonin pomocí
5-hydroxyindol-O-methyltransferasy
Tryptofanhydroxylasa
 TPH = tzv. rate-limiting enzymem syntetické dráhy serotoninu
(a melatoninu)
 obsahuje ion dvojmocného železa a tvoří homotetramer se
3 doménami k každé podjednotce
 ke své funkci vyžaduje tetrahydrobiopterin a kyslík
 v lidské tkáni a ve všech savčích tkáních existují dvě isoformy,
TPH1 a TPH2
 každá kódována jiným genem (ležícím na chromosomech 11 a 12) )
 sekvenční homologie je 71%
 N-koncová doména TPH2 je o 46 aminokyselinových zbytků delší
 TPH2 je predominantně exprimována v serotoninergních neuronech mozku a střevní tkáni
 TPH1 se vyskytuje v ostatních částech CNS (např. v šišince), v intestinální mukose,
enterochromafinních buňkách, kožních buňkách či mastocytech
Vlastnosti tryptofanhydroxylasy
počet aminokyselin
445
substrát
produkt
tryptofan
5-hydroxytryptofan
+,
kofaktory
Fe2 tetrahydrobiopterin, O2
inhibitory
desferrioxamin, dopamin, p-chlorfenyllanin
Regulace hladiny serotoninu
TPH:
 krátkodobé i dlouhodobé regulace TPH jsou v podstatě identické s regulacemi
tyrosinhydroxylasy
 TPH může být aktivována proteinkinasou A a některými Ca2+/kalmodulin-dependentními
proteinkinasami, nejspíše CaM-kinasou II
 promotor jejího genu může být aktivován pomocí cAMP na CRE (cAMP-response element)
 p-chlorofenylalanin (PCPA) irrverzibilně blokuje TPH a způsobují dlouhodbou
depleci serotoninu
Další cesty regulace:




halogenované amfetaminy (fenfluramin) indukují rychlý výlev serotoninu z neuronů
narušují skladování serotoninu ve váčcích
ten se pak uvolňuje do cytoplasmy
následně transportován do synaptické štěrbiny serotoninovým transportérem,
fungujícím reverzně oproti své normální přenosové funkci
 dlouhodobá expozice těmto látkám může způsobit depleci serotoninu z neuronů a s ní
spojenou down-regulaci TPH a serotoninového transportéru
Regulace hladiny serotoninu - tryptofan
 vyloučení tryptofanu z potravy vede k více než 90% snížení hladiny serotoninu v mozku
 u pacientů zotavujících se z deprese vyvolá deplece tryptofanu z potravy návrat
depresivních syndromů...
 ... ale jen v té skupině, která byla léčena selektivními inhibitory zpětného vychytávání
serotoninu (SSRI), nikoliv jinými typy antidepresiv
 potravní deplece tryptofanu ovšem nevedla k nástupu depresivních syndromů u pacientů
s obsesivně-kompulzivními poruchami, ani u zdravých jedinců
 ztráta serotoninu per se nemůže způsobit depresi u jedinců, kteří již touto poruchou
netrpěli
 úroveň syntézy serotoninu se zvýší po orálním podání L-tryptofanu (TPH není za normálních
podmínek saturována)
 až 7g dávky tryptofanu vyvolaly mírný sedativní efekt a lehce zvýšily hladiny hormonů
podvěsku mozkového (prolaktin), které serotonin reguluje
 kontaminované komerční preparáty tryptofanu způsobily např. vážnou formu oesinofilníhomyalgického syndromu.
Degradace serotoninu
 odbouráván monoaminooxidasani.
 serotoninergní neurony exprimují MAOB s nižší afinitou
k serotoninu než MAOA
 tyto neurony obsahují cytoplasmatickou zásobu serotoninu
 primární úkol MAOB asi je degradovat stopové aminy –
potenciální falešné neuropřenašeče
 extracelulárně degradován pomocí MAOA jiného původu
 produktem oxidace je kyselina 5-hydroxyindoloctová (5-HIAA)
 hladina 5-HIAA koreluje s projevy impulsivního násilí
Funkční neuroanatomie





lidský mozek = několik set tisíc serotoninergních neuronů
lokalizovány jen do několika málo jader mozkového kmene
dvě rostrální a dvě kaudální (dorsální) nuclei raphe
leží ve středové ose mozkového kmene mezi středním mozkem a prodlouženou míchou
ovlivňují míšní dráhy zapojené do přenosu bolestivých signálů a aktivitu míšních
interneuronů a motoneuronů
 rostrální jádra inervují téměř celý mozek
 společně s projekcemi z locus coeruleus tvoří část ARAS
MDMA (extáze)
 extáze = (RS)-1-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-methylpropan-2-amin
 neurony dosrálního raphe jsou k působení extáze citlivější než jiné
serotoninergní neurony
 v univerzitních kampusech od 80. let jako klubová droga
 ligand serotoninového 5-HT2 receptoru
 vykazuje vysokou afinitu pro 5-HT1 receptory
 zlepšuje náladu a alteruje percepci
 vedlejší účinky: tachykardie, hypertermie, agitace a úzkostné ataky
 MDMA ničí serotoninergní neurony
 v neuronu vyvolává oxidační stres podobně jako MPTP na neuronech dopaminergních
 trvalé poškození serotoninergních neuronů
 (ztráta euforigenních efektů vyvolaných MDMA může být u jejích konzumentů vyvolána jejich
počínající ztrátou)
Skladování, uvolňování, zpětné vychytávání serotoninu
 do synaptických váčků přenášen pomocí sejného přenašeče monoaminů
(VMAT) jako katecholaminy
 i plnění serotoninových váčků blokují a dlouhodobou synaptickou depleci
serotoninu vyvolávají stejná farmka, např. reserpin nebo tetrabenazin
 uvolňován standardně synapticky
 v synaptické štěrbině jej může potkat jeden z následujích osudů:
1) difúze ze synaptické štrbiny
2) katabolizace pomocí MAO
3) aktivace presynaptických receptorů
4) aktivace postsynaptických receptorů a
5) jeho zpětné vychytání presynaptickým serotoninovým transportérem.
Serotoninový transportér (SERT)
 lidský serotoninový transportér (SERT) je kódován jedním genem
 protein délky 630 aminokyselin, obsahující 2 glykosylační místa a 8 serin-threoninových
míst fosforylačních
 jeho homologie s transportéry pro dopamin a noradrenalin je asi 48% a má i podobnou
strukturu (12 TM segmentů, N- a C- koncové intracelulární smyčky)
Serotoninový transportér (SERT)




exprese SERT mRNA je nejvýraznější v ncl. raphe
stopovatelná je také v dorzálním a mediánním jádře
v jiných jádrech mozkového kmene se SERT mRNA nevyskytuje
SERT protein ovšem detekovatelný v celém CNS díky rozsáhlým projekcím
serotoninergních neuronů
 nejvíce v neostriatu, amygdale, septu, substantia nigra a mozkové kůře
 lokalizován na terminálách a axonálnách varikozitách
 látky inhibující SERT prodlužují serotoninergní signalizaci
 s vysokou afinitou se na SERT váží mnohá SSRI antidepresiva
(fluoxetin, sertalin, fluvoxamin, paroxetin nebo citalopram)
 k léčbě depresí a panických poruch
 ve vysokých dávkách slouží i k léčbě obsesivně-kompulzivních poruch
 i v terapii posttraumatikcého stresu či generalizované úzkostné poruchy
 afinitu k SERT vykazují i některá tricyklická antidepresiva (clomipramin)
 SERT i DAT se se zhruba stejnou afinitou váže kokain a inhibuje je
 amfetamin naopak transportér pro serotonin a dopamin stimuluje a potencuje
výlev dopaminu i serotoninu
 účinek kokainu i amfetaminu je ale v případě dopaminergní transmise daleko
výraznější než v případě serotoninu




nástup účinku inhibitorů SERT dlouhodobý (v řádech týdnů)
působení nejspíše zahrnuje změnu v expresi neuronálních genů,
promotor lidského SERT genu obsahuje regulační sekvence pro AP-1, AP-2, SP-1 a CRE
expresi SERT mRNA zřejmě modulují i antidepresiva (pacienti s depresi vykazují vyšší
výskyt SERT ve středním mozku)
Serotoninové receptory
 rodina 5-HT receptorů poměrně široká
 identifikováno nejméně 14 receptorových subtypů
 každý z nich se specifickou strukturou, farmakologií
a distribučním vzorcem
 nomenklatura 5-HT receptorů hybridem mezi
původní nomenklaturou farmakologickou a novější
nomenklaturou „klonovací“
 13 x 5-HT receptorů = receptory spřažené s Gproteiny
 jeden (5-HT3) = ligandem ovládaný napěťový kanál
neselektivní pro ionty sodíku a draslíku
(event. Ca2+)
 aktivace 5-HT3 R vede k rychlým a přechodným depolarizacím
 pentamer, buď monomer 5-HT3A nebo heteromer 5-HT3A + 5-HT3B
Serotoninové receptory
Receptor
5-HT1A, B,
D, E, F
Typ
inhibiční;
 cAMP
Mechanismus
Gi/o
5-HT2A, B, C
excitační;
IP3 a DAG
5-HT3
excitační,
ligandem
depolarizuje ovládaný Na+ a
membránu K+ kanál
5-HT4
excitační;
 cAMP
Gq/11
Gs
5-HT5
inhibiční;
 cAMP
5-HT6
excitační;
 cAMP
Gs
5-HT7
excitační;
 cAMP
Gs
Lokalizace
Agonisté
cévy,
CNS
yohimbin
clozapin
ergotamin
Antagonisté
alprenolol
propranolol
spiperon
cévy, CNS,
GIT,
trombocyty,
pNS, hladká
svlaoviny
ergonovin
mescalin
yohimbin
NMDA
TFMPP
ketanserin
etoperidon
yohimbin
pizotifen
trazodon
CNS, GIT,
PNS
BZP
quipazin
RS-56812
antiememtika
metoclopramid
mianserin
CNS, GIT,
PNS
cisaprid
dazopride
mosaprid
Piboserod
L-lysin
CNS
5-CT
kys.
valeronová
ergotamin
asenapin
dimebolin
methiothepin
ritanserin
CNS
EMD-386
EMD-088
EMDT
aripiprazol
asenapin
klozapine
cévy,
CNS, GIT
5-CT
8-OH-DPAT
AS-19
aripiprazol
asenapin
klozapine
Gi/o
Serotoninové receptory
Serotoninové autoreceptory
 5-HT1A = somatodendritický autoreceptor (výskyt na tělech a dendtritech
serotoninergních neuronů
 aktivace 5-HT1A receptoru vede k poklesu aktivity neuronu a snížení syntézy
serotoninu
 aktivace presynaptického 5-HT1D autoreceptoru (a 5-HT1B autoreceptoru u
hlodavců) lokálně snižuje syntézu a výlev neuropřenašeče
 5-HT1A a 5-HT1D autoreceptory vysoce strukturně podobné
 oba spřaženy s Gi proteinem (inhibiční působení = cestou aktivace dovnitř
usměrňujících draslíkových kanálů a inhibice napěťově ovládaných kanálů vápníkových)
Farmakologie serotoninového receptoru
 pro své jednotlivé subtypy specifickými ligandy
 množství látek s definovanou klinickou aplikací
 parciální agonisté 5-HT1A receptoru = v terapii generalizované úzkostné poruchy
(GAD): buspiron a gepiron
 méně účinné než tato dvě farmaka jsou benzodiazepiny, které ale nezpůsobují
závislost, takže jsou rovněž v terapii GAD používány
 agonista 5-HT1A receptoru sumatriptan, který částečně působí i na 5-HT1D receptor
je od roku 1993 užíván jako vysoce efektivní látka v léčbě migrény
 všechny známé halucinogeny = parciální agonisté 5-HT2A receptorů ;
 potentní antagonisté 5-HT2A receptorů = mnohá antipsychotika (clozapin, risperidon,
olanzapin); zároveň anatagonisté D2 dopaminergních receptorů
 schizofrenie = vysoce selektivní antagonisté 5-HT2A receptorů (MDL 100907, v testech)
Farmakologie serotoninového receptoru
5-HT2C agonista lorcaserin:
- dokončená klinická studie fáze III, od 2012 v USA k léčbě obezity
- asi 30% pacientů vykazovalo 5% úbytek váhy při 10 mg b.i.d., s minimem vedlejších
účinků (Lorqess)
5-HT4 agonista cisaprid:
- zvyšuje motilitu GIT díky stimulaci výlevu ACh v tlustém střevě (prokinetická terapie GER:
Prepulsid)
- nová generace parciálních agonistů v terapii srdečních arytmií, neurodegenerativních
onemocnění či inkontinence
5-HT2 ligandy
5-HT7: selektivní antagonisté
potenciálně v terapii poruch spánku
- při podání a počátku spánkové
periody zkracují dobu REM spánku
5-HT7 ligandy
5-HT4 ligandy
Farmakologie serotoninového receptoru
 antagonisté 5-HT3 receptorů = antiemetika, užíváni k minimalizaci nausey a
zvracení vyvolaného chemoterapií (ondansetron, granisetron)
 na zvířecích modelech prokázány také jejich anxiolytické a paměť posilující účinky
 agonista 5-HT4 receptoru metoclopramid (který mj. také antagonizuje D2
dopaminergní receptory) = používán k potlačování nausey a zvracení
 agonisté 5-HT5 receptorů silná antiemetika
 antagonisté 5-HT6 a 5-HT7 receptorů (aripiprazol) = využíváni jako atypická
antipsychotika (clozapin, risperidon) a antidepresiva v léčbě schizofrenií,
bipolárních poruch a deprese, od roku 2008 se v USA používají i v terapii autismu
Sloučeniny, o kterých se vědělo, že účinkují na jiných receptorových cílech, se ukázaly
i jako ligandy 5-HT receptorů:
 tricyklická antidepresiva (amitriptylin), která blokují též noradrenalinové
receptory, antagonizují 5-HT6 a 5-HT7 receptory
 SSRI fluoxetin antagonizuje i 5-HT2C receptory
 pozorování jsou přínosná pro rozvoj nových antidepresiv
Neselektivni 5-HT agonista = LSD (1943, ingesce při syntéze – Albert Hofman)
ACETYLCHOLIN (ACh)
 acetylcholin (ACh) = díky pracím Dalea, Loewiho, Feldberga
a dalších v první třetině minulého století prvním objeveným
neuropřenašečem
 nejdříve nazván „vagusstoff“ diky svému působení v rámci parasympatiku
 poměrně záhy byl popsán i jako neuropřenašeč nervosvalového spojení a CNS
 syntetizován reverzibilní reakcí, při níž cholinacetyltransferasa (ChAT) přenáší
acetylovou skupinu z acetylkoenzymu A na choli za vzniku acetylcholinu
 rychlost reakce je limitována dostupností cholinu
 cholin je transportován do terminál buď volný, nebo vázaný na membránové fosfolipidy
 většina ACh syntetizována v nervových zakončeních bohatých na mitochondrie
(producenty acetylkoenzymu A) a cholin
 synaptické působení ACh je ukončeno acetylcholinesterasou (AChE)
 hydrolyzuje ACh na acetát a cholin
 AChE = nesmírně výkonný enzym schopný hydrolyzovat 1000 molekul ACh za vteřinu
na jednu molekulu enzymu
 v cytoplasmě a vnější cytoplasmatické membráně, takže je schopna hydrolyzovat ACh
extra- i intracelulárně
CH3
HO
+
N
CH3
CH3
H3C
O
+
O
-S-CoA
S
H
Cholinacetyltransferasa
(Acetylcholinesterasa)
CH3
H3C
HS-CoA +
O
O
+
N
CH3
CH3
Řetězce: A, B, C, D
EC: 3.1.1.7
Klasifikace:
Hydrolasa
Acetylcholinesterasa „v akci“
Tzv. asymetrická forma (1 000 kDa):
• 4 katalytické jednotky / řetězec
• „ocásek“ kolagenové struktury (3 polypeptidové
řetězce) zakotvený v bazální membráně
nervosvalového spojení
AChE – „dokonalý“ enzym
! (40) 80 ms !
na molekulu
 anticholinesterasy = inhibují AChE
 způsobují extracelulární akumulaci acetylcholinu – tedy efekt shodný s nadměrnou
stimulaci acetylcholinergních zakončení NS
 reverzibilní inhibitory (fysostigmin či neostigmin) = inhbiice AChE po dobu cca 4 h
 klinicky užívány v léčbě glaukomu, myastenie gravis, dysfunkce hladké svaloviny
močového měchýře a střev aj.
 neostigmin nemůže procházet hematoencefalickou bariérou (kvartérní amoniová sůl)
 v CNS využívány anticholinesterasy jako tacrin nebo donepezil
 zvyšují hladinu ACh u pacientů s Alzheimerovou chorobou (jen mírně terapeuticky
účinné)
 irreverzibilní anticholinesterasy fosforylují AChE a kompletně blokují odbourávání ACh
 pro obnovení funkce synapse nutná syntéza nových enzymových molekul
 insekticidy, při požití pro člověka vysoce toxické
 hlavní třída nervových plynů (sarin, tabun či soman)
 každá z těchto látek může způsobit úmrtí do 5 minut od expozice
 primární příčinou smrti je respirační selhání, kterému předchází celá řada
autonomních příznaků a kognitivních poruch
H3C
H3C
N
O
O
O
CH3
H3C
O
N
O
N
CH3
CH3
neostigmin
H3C
F
O
N
H3C
O
P
H3C
H3C
H3C
N
H3C
+
N
CH3
H3C
H
fysostigmin
CH3
Sarin
P
O
Tabun
N
1. vznik fosforylenzymu
CH3
H3C
O
O
O
-HF
P
F
CH3
H3C
+ H-O-Ser-ACE
O
O
P
OH
Ser-AChE
O
O
H3C
CH3
H3C
CH3
2. vznik karbamylenzymu
O
H3C
H3C
+
N
O
+ H-O-Ser-ACE
N
H3C
R
N
O
OH
Ser-AChE
H3C
CH3
Co s tím?
O
H3C
CH3

Antidota (pyridinaloxin, bispyridin)
R
Atropine is not an actual antidote for organophosphate poisoning. However, by blocking the action of acetylcholine at
O
O
muscarinic receptors, atropine also serves
as a treatment for poisoning by organophosphate insecticides and nerve gases, such
N
N with chemical weapons often carry
as Tabun
(GA), Sarin
(GB) and
(GD).
Troops
that are likely +to be attacked
OH
OH
O
P
O + H-O-Ser+
O Soman
P
O Ser-AChE
+
N
N
H thigh. Atropine is often used in conjunction
autoinjectorsHwith atropine and obidoxime, which can be quickly injected into the
AChE
CH3
withCH
Pralidoxime
chloride.
3
O
O
R
R
Atropine is given as a treatment for SLUDGE
(Salivation, Lacrimation, Urination, Diaphoresis, Gastrointestinal motility, Emesis)
symptoms caused by organophosphate poisoning. Another mnemonic is DUMBBELSS, which stands for Diarrhea, Urination,
Miosis, Bradycardia, Bronchoconstriction, Excitation (as of muscle in the form of fasciculations and CNS), Lacrimation,
Salivation, and Sweating (only sympathetic innervation using Musc receptors
Cholinergní dráhy v mozku



rychlá
excitační
nikotinická
synapse
pro
CNS
poměrně
atypická
odpovědí zprostředkované spíše ACh receptory muskarinovými (10-100  víc)
ve striatu jako „interní“ neuropřenašeč: skupina tonicky aktivních neuronů (TANs)
interneuronů s hladkými dendrity
 v jádrech roztroušených v celém mozku
 jejich axony inervují většinu oblastí CNS
 hlavní cholinergní vstupy do kortexu a hippokampu z jader na spodině předního mozku,
zejména z jader septa a ncl. basalis
 typické rozvětvené difusní projekce inervující kůru mozkovou, hippokampus, amygdalu,
thalamus a mozkový kmen
 léze ncl. basalis snižuje hladinu acetylcholintransferasy v mozkové kůře o víc než 50
 velké cholinergní neurony inervující oblast striata jsou důležité pro extrarapyramidovou
kontrolu motoriky a některé formy implicitní paměti
 u parkinsonických pacientů vede ztráta dopaminergní inervace striata k prohloubení
motorických obtíží
 antagonisté muskarinových acetylcholinovcýh receptorů (hexefenidyl, benzotropin) tyto
příznaky zmírňují
 účastní se procesů učení, kognice a vzniku paměťových stop
 tvorba paměťových stop ovšem není zprostředkována pouze cholinergními dráhami; ty
jsou především modulačními vstupními cestami ke kortikálním a hippokampálním neuronům
 ACh může na pyramidové buňky kůry mozkové působit excitačně nebo inhibičně
 excitace působením ACh na M1 receptory na vlastních pyramidových buňkách
 inhibice navázáním ACh na M2 receptory GABAergních interneuronů.
Skladování a výlev
 koncentrován ve váčcích v presynaptickém zakončení
 transport do váčků inhibuje např. vesamicol
 k výlevu dochází klasicky po depolarizaci a vtoku vápníku do nervového zakončení
 selektivních toxinů inhibující výlev ACh: botulotoxin A nebo tetanotoxin
 jsou to zinkové endoproteasy, které štěpí SNARE proteiny
 a-latratoxin černé vdovy naopak navozuje masivní výlev ACh s následnou
nadměrnou postsynaptickou stimulací.
 receptory pro tyto toxiny = např. neurexin, nebo nově popsaný receptor spřažený
s G-proteinem.
 ACh není zpětně vychytáván ani do glií, ani do nervového zakončení, a není proto
recyklován
 rychle metabolizuje, takže nemůže dojít ani k jeho dufúzi ze synaptické štěrbiny
 do terminály zpět je s vysokou afinitou přenášen jen cholin,
 tam využit pro syntézu nového neuropřenašeče
 transport cholinu je primárním regulačním mechanismem ovlivňujícím koncentraci
acetylcholinu v synapsi
 inhibitory cholinového transportu (hemicholinium, vesamicol) způsobí vyčerpání
zásob ACh v terminále
 cholinový transportér leží u člověka na genu SLC5A7.
Acetylcholinové receptory
 působí na dvou typech receptorů
 muskarinové acetylcholinové receptory (mAChRs) = receptory spřažené s G-proteiny
 receptory nikotinické (nAChRs) = patří do superrodiny ligandem ovládaným iontových
kanálů spolu s 5-HT3 glutamátovými, glycinovými a GABA receptory
 látky působící na acetylcholinové receptory jsou důležitými regulátory funkce parasympatiku
Muskarinové acetylcholinové receptory
 váží muskarin (z muchomůrky Amanita muscaria )
 v periferních tkáních, autonomním nervstvu i CNS
 5 subtypů mAChRs označovaných jako M1-M5 exprimovaných v mozku
 odpovědi subtypů se liší podle dalšího
systému druhých poslů, iontových kanálů a
efektorů
 M1, M3 a M5 receptory obvykle působí
stimulačně nebo inhibičně na
fosfatidylinositolový systém
 M2 a M4 receptory vyvolávají zejména
inhibiční odpovědi, a to buď aktivací
dovnitř usměrňujících draslíkových kanálů,
inhibicí kanálů vápníkových nebo inhibicí
adenylylcyklasy.
muskarin
muskarinový acetylcholinový receptor (mAChR)
Type
Gene
Function
CHRM1
EPSP in autonomic
ganglia
CHRM2
slow heart rate
reduce contractile
forces of atrium
reduce conduction
velocity of AV node
In CNS
homotropic inhibition
CHRM3
smooth muscle
contraction
Inc Cai in endothelium
Eye accommodat,
vasodilation,emesis
M4
CHRM4
Enhanced locomotion
In CNS
M5
CHRM5
In CNS
M1
M2
M3
PTX
no
(yes)
CTX
no
(yes)
Effectors
Gq
(Gi)
(Gs):
Slow EPSP.
dec K+
conductance
Agonists
acetylcholine
oxotremorine
muscarine
carbachol
McNA343
Gi
inc K+
conductance
dec Ca2+
conductance
acetylcholine
methacholine
carbachol
oxotremorine
muscarine
no
Gq
acetylcholine
bethanechol
carbachol
oxotremorine
pilocarpine (in
eye)
yes
?
Gi
inc K+ conductance
dec Ca2+
conductance
acetylcholine
carbachol
oxotremorine
no
?
Gq
acetylcholine
carbachol
oxotremorine
yes
no
no
Antagonists
atropine
scopolamine
dicycloverine
tolterodine
oxybutynin
atropine
dicycloverine
tolterodine
oxybutynin
ipratropium
mamba toxin MT7
pirenzepine
telenzepine
ipratropium
methoctramine
tripitamine
gallamine
atropine
dicycloverine
tolterodine
oxybutynin
ipratropium
darifenacin
tiotropium
atropine
dicycloverine
tolterodine
oxybutynin
atropine
dicycloverine
tolterodine
ipratropium
mamba toxin MT3
oxybutynin
ipratropium
Farmakologie muskarinových receptorů
 rozsáhlá
 subtypově selektivní ligandů není mnoho a žádný z nich není využíván v široké
klinické praxi
 obecní muskarinoví agonisté zahrnují přírodní látky (muskarin, pilocarpin nebo
arekolin) i syntetické sloučeniny (karbachol, oxotremorin)
 všichni tito centrálně účinkující agonisté navozují silné slinění a pocení, spojené s
korovou excitací
 občas klinicky využíváni v léčbě glaukomu nebo retence moči
 účinní při zmírňování Sjögrenova syndromu (choroba charakteristická autoimunitní
degenerací slinných žláz)




prototypičtí muskarinoví antagonisté = atropin a skopolamin
atropin byl využíván kosmeticky jako dilatační agens zornic
je užíván v oftalmologické praxi
příbuzní antagonisté (benztropin) jsou užívání jako podpůrná léčba parkinsonismu
a parkinsonických příznaků navozených antipsychotiky
 skopolamin podávaný v malých dávkách (obvykle náplastěmi transdermálně) je
účinný v prevenci kinetóz
Muskarinové receptory také antagonizuje mnoho psychotropních látek (tricyklická
antidepresiva, antipsychotika jako chlorpromazin); jejich vazba na mAChRs se
projevuje obvykle nepříjemnými vedlejšími účinky léčby (zácpa, sucho v ústech).
nikotinický acetylcholinový receptor (nAChR)
 pentamerický protein složený
z různých podjednotek
 každá podjednotka má 4 transmembránové segmenty (M1-M4)
 M2 segment má a-helikální konformaci, tvoří vlastní pór kanálu
 segmenty M1, 3 a 4 zřejmě b-listy,
obklopují vnitřní kruh M2 šroubovic
 propouští Na+, K+ a Ca2+ ionty
 ligand: 2 molekuly acetylcholinu
působící kooperativně
nAChR :
2a  40 kDa,
461 AA
  49 kDa,
493 AA
  57 kDa,
506 AA
/  65 kDa,
522 AA
nAChRs – krásný příklad molekulární evoluce
• starobylá receptorová rodina – už u diblastik (houby,
žahavci) majících jen ento- a ektoderm: ale jen různé a
podjednotky (homoligomery, 2000-1500 mil. let)
• triblastika (Coelomata) s mesodermem – vznik
svaloviny a potřeba svalového podtypu nAChRs:
diferenciace dalších podjednotkových typů (1300 mil.
let)
 nacházejí se na nervosvalovém spojení, v autonomních gangliích,
dření nadledvin i CNS
 17 popsaných podjednotek
 dělí se na svalové a neuronální podtypy
 na různých chromosomech (2, 8, 15, ale i 1, 4, 11, 20)
 typická je jejich velmi
rychlá desensitizace,
nezávislá na dalších
proteinech (jako je např.
arrestin u
metabotropních
receptorů)
 je vnitřní vlastností
receptoru
 rychlost desensitizace
regulována fosforylací
receptorových
podjednotek
pomocí proteinkinas
AaC
 k desensitizace vede i
déledobá expozice ligandu
 208 náhodných kombinací při 5 podjednotkách
Receptor type
Muscle type:
(α1)2β1δε
or
(α1)2β1δγ
Ganglion type:
(α3)2(β4)3
CNS type:
(α4)2(β2)3
(another) CNS
type:
(α7)5
Location
Effect
Nicotinic agonists
Antagonists
α-bungarotoxin
EPSP, mainly by
acetylcholine
Neuromuscular
α-conotoxin
increased Na+ and K+ carbachol
junction
tubocurarine
permeability
suxamethonium
pancuronium
α-bungarotoxin
acetylcholine
mecamylamine
carbachol
trimetaphan
EPSP, mainly by
Autonomic
nicotine
hexamethonium
increased Na+ and K+
ganglia
epibatidine
bupropion
permeability
dimethylphenylpiperazinium dextromethorphan
varenicline
ibogaine
18-methoxycoronaridine
Post and presynaptic nicotine
mecamylamine
excitation, mainly by epibatidine
Brain
methylcaconitine
increased Na+ and K+ acetylcholine
α-conotoxin
permeability
cytisine
Post and presynaptic
excitation, mainly by epibatidine
mecamylamine
Brain
2+
increased Ca
dimethylphenylpiperazinium α-bungarotoxin
permeability





neuronální nAChRs = pentamery s centrálním pórem
většina heteropentamerních, ale obsahují pouze podjednotky a a 
v neuronoání tkáni bylo popsáno 8 a podjednotek a 3  podjednotky
typická stechiometrie je 2a : 3
homopentamery z podjednotek a7, které formují funkční kanály
 svalové nikotinické acetylcholinové receptory jsou složeny z 5 podejdnotek
 obvyklá podjednotková kombinace dospělého svalového nAChRs je α1, β1, δ, a ε
podjednotka v poměru 2:1:1:1
 embryonální svalový nAChR vykazuje složení je α1, β1, δ, a g podjednotka, také v poměru
2:1:1:1
 místem vazby ligandu (ACh) jsou a podjednotky, z nichž každá váže kooperativně jednu
molekulu.




myasthenia gravis = vzácná dědičná porucha
z řekého ύς (sval), aσθένεια (slabost) a latinského gravis (vážný, těžký
autoimunitní choroba popsané už roku 1977
spojena se svalovou slabostí, únavou, zejména v oblasti svalů mimickch, šíjových a
pletencových
 85% pacinetů má detekovatelné protilátky proti nAChRs
 cca 65 % nemocných má patologické změny thymu, kdy autoreaktivní B buňky produkují
autoprotilátky proti nikotinovým acetylchlonovým receptorům
 u cca 7 % nemocných jsou detekovatelné protilátky proti tyrosinkinase (Ab anti MuSK)
 u cca 10 -15% pacientů je přítomen thymom
 tvoří se protilátky proti titinu, ryanodinovému receptoru aj.
 na úrovni nervosvalového spojení dochází ke zvýšení turnoveru ACh receptorů a k jejich
větší degradaci
 tím klesá cholinergní přenos a dochází ke zmíněným svalovým projevům.
 standardní léčba = podávání inhibitorů AChE, čímž se zvyšuje dostupnost ACh v synaptické
štěrbině a šance, že zaktivují zbývající receptory
 někdy jsou podáváni i glukokortikoidy nebo imunosupresiva, v případě maysthenické krizi se
přistupuje k plasmaferéze
Farmakologie nikotinických acetylcholinových receptorů
 ligandů na nAChRs není mnoho
 svalové a v menší míře i neuronální nAChRs blokuje kurare
 slabý parciální agonista = sukcinycholin
 navozuje prodlouženou desensitizaci nAChRs a klinicky je používán během anestezie
 v gangliích parasympatiku i sympatetických větvích automního nervstva blokují
nAChRs hexamethonium a mecamylamin




velmi málo antagonistů selektivních pro nějaký subtyp nAChRs
asi nejselektivnější dostupný antagonista = methyllykakonitin
preferenčně antagonizuje a7 homopentamery
selektivní agonista epibatidin (pouze experimentálně (jako antinocicepční agens)





na nAChRs se nachází i jiná vazební místa, než jsou ta pro ACh a bungarotoxin
na aktivační místo receptoru se váže i fysostigmin, inhibitor acetylcholinesterasy
zvyšuje tok iontů receptorovým kanálem
jiná modulace nAChRs: fenylcyklidin, chlorpromazin nebo některá anestetika
někteří fungují jako nekompetitivní blokátory, které zkracují dobu otevření kanálu
nebo urychlují jeho desensitizaci
 nAChRs inhibují i některé steroidy, vazbou na zatím neznámé místo.
 nikotin - vysoce návyková látka
 zvyšuje bdělost, zlepšuje paměť a schopnosti učení se
 má také určitý antinocicepční efekt, takže agonisté nAChRs by se snad mohli uplatnit
v terapii bolesti
HISTAMIN




velmi hojný mimo nervový systém
hraje zásadní roli např. v sekreci žaludečních šťáv nebo imunitních odpovědích na alergeny
je synapticky uvolňován v rámci celého CNS
v CNS účinkuje přinejmenším na třech receptorových subtypech
Syntetické a degradativní dráhy
 vzniká v jednokrokové reakci zahrnující
dekarboxylaci histidinu enzymem
histidindekarboxylasou
 proteinem o délce 662 aminokyselin
 její inhibitor a-fluoromethylhistidin je
testován na zvířecích modelech
 může vznikat i pomocí dekarboxylasy
aromatických aminokyselin (AADC)
 katabolizován na methylhistamin
pomocí enzymu histamin
methyltransferasy
 diaminové oxidasy jej eventuálně
mohou konvertovat v
imidazolacetaldehyd
 výlev standardní
 vychytáván zpět do terminály ev.
 difúze ze synaptické štěrbiny a
enzymatická degradce mimo ni
Funkční anatomie
 těla histaminergních neuronů jsou uložena v ncl. tuberomamillaris hypothalamu
 jejich axony s bohatými kolaterálami inervují podobně jako u ostatních biogenních aminů
téměř všechny části CNS
 synapse jsou difúzní a jen příležitostně vytvářejí klasické pre- a postsynaptické uspořádání
 každé jádro obsahuje u člověka asi 64 000 histaminergních neuronů
 inervují také gliové buňky a malé cévy a kapiláry
 zdá se, že regulují obecné aktivity mozku jakou je úroveň stavu bdělosti či energetický
metabolismus
 byl prokázán vztah mezi aktivitou histaminergních neuronů a úrovní bděost
 nejaktivnější během vigility, zatímco během spánku pomalých vln jejich aktivita úplně vymizí
 ovlivňuje různé periferní tkán, účastní se např. alergické reakce, odpovědi tkáně na poranění
nebo žaludeční sekrece
 v mozku cestou H1 receptorů depolarizuje cholinergní neurony ncl. basalis (snížením
propustnosti jejich membrány pro draslík a aktivací na tetrodotoxin necitlivých sodíkových
kanálů)
 v buňkách ganglion nodosum blokuje přes H1 receptory draslíkové kanály generující
následnou hyperpolarizci po akčním potenciálu, což také vede ke zvýšení jejich excitability
 zapojeni do regulace uvolňování hormonů podvěsku mozkového, percepce bolesti, kontroly
příjmu potravu nebo prevence závratí
 antialergika neprocházejí hematoencefalickou bariérou (bez sedačního efektu)
 centrálně účinkující antihistaminika ovšem ano; jsou součástí mnoha volně prodejných léků
na spaní
 některá antidepresiva (mianserin, doxepin) nebo antipsychotika (klozapin) = částečně i
sedativa (jsou silnými antagonisty H1 receptorů)
Receptory pro histamin
 identifikovány 4 třídy receptorů pro histamin
 proteiny spřažené s G-proteiny
Receptor Mechanismus
H1
Gq
H2
Gs
Ca2+
Funkce
kontrakce ilea
systémová vasodilatace
bronchokonstrikce
 hydrolýzy PIP2
zrychluje sinusový rytmus
stimuluje sekreci žaluečních šťáv
relaxace hl. svaloviny
inhibice produkce protilátek a
cytokinů
H3
Gi
přenašeč CNS
presynaptický autoreceptor
H4
Gi
zprostředkuje chemotaxi mastocytů
Antagonisté
difenhydramin
loratidin
cetirizin
ranitidin
cimetidin
ABT-239
Ciproxifan
clobenpropit
thioperamid
thioperamid
JNJ 7777120
H3 receptor
H1 receptor
 aktivován endogenním histaminem uvolněným z ncl. tuberomamillaris.
 tyto neurony „pálí“ s frekvencí asi 2 Hz za bdělosti, ve spánku jejich aktivita klesá ke
0.5 Hz
 ze všech neuronů vykazují nejvíce závislý cyklus „spánek-bdění“ aktivity
 v kortexu vede aktivace H1 receptorů k inhibici draslíkových kanálů, což má za
následek depolarizaci membrány
 antagonisté H1 receptorů = v léčbě standardních a chladových alergií
 difenhydramin, meclizin a dimenhydrinát = první generace H1 antagonistů a
procházejí skrze hematoencefalickou bariéru (BBB)
 druhá generace antihistamink (citerizin, loratadin nebo terfenandin) z mozku
vylučována a předepisována jako nesedující medikace v léčbě alergií
H2 receptor









patří mezi ty proteiny spřažené s G-proteiny, které jsou podobny rhodopsinu
silným stimulantem produkce cAMP
uvolňuje vápník z vnitrobuněčných rezervoárů
typický agonista H2 receptoru = betazol (dole)
stimuluje sekreci žaludečních šťáv, reguluje motilitu GIT a střevní sekreci
zřejmě je zapojen i do regulace buněčného růstu a diferenciace
většina ligandů H2 receptorů neprochází BBB
mezi antagonisty H2 receptorů patří cimetidin nebo ranitidin
u malého počtu pacientů mohou způsobovat stavy zmatenosti
H3 receptor






působí v CNS jako presynaptický receptor
inhibuje výlev a syntézu histaminu
může účinkovat i jako heteroreceptor kontrolující výlev dalších neuropřenašečů
gen pro H3 receptor vykazují jen asi 20% homologii s geny pro H1 a H2 receptory
existuje asi 6 jeho isoforem
typičyí agonisté: (R)-a-methylhistamin navozující spánek nebo látky jako
cipralisant, immepip, Imetit, Immethridine či Methimepip
H4 receptor





exprimován hlavně v kostní dřeni a bílé linii krvinek
stimuluje uvolňování neutrofilů z kostní dřeně
exprimován i v řadě jiných tkání (střevo, thymus, trachea, játra, plíce aj.)
aktivuje chemotaxi mastocytů, zřejmě cestou poklesu hladiny cAMP
jeho antagonisté mají protizánětlivé a anatihyperanalgestické účinky
immepip
(R)-a-methylhistamin
Co si pamatovat z dnešní přednášky
- serotin – syntéza, transportér, receptory a jejich farmakologie
- acetylcholin – syntéza, receptory a jejich farmakologie
- histamin – syntéza, receptory a jejich farmakologie