Neurochemie:

Neuropřenašeče: neurotrofické faktory

7. přednáška

50. léta minulého století: extracelulární signály mohou zprostředkovávat růst a diferenciaci nervových buněk posledních 20 let: rozkrývání značné

molekulární diverzitu růstových faktorů a jejich signálních kaskád

neurotrofické faktory = látky ovlivňující růst, diferenciaci a přežívání neuronů

cytokiny (zapůjčeno od imunologů) = molekuly uvolňované aktivovaným i lymfoidními buňkami a sloužícími k modulaci aktivity dalších buněk

event. cytokiny = všechny látky nějakým způsobem spojené s růstem populace nervových buněk (tj. mezi cytokiny zahrnují i neurotrofické faktory) nebo látky ovlivňující růst jen gliální populace a pod. pro nás: neurotrofické faktory (NF) = ty molekuly, které v rámci nervového systému ovlivňují růst, diferenciaci a buněčný cyklus neuronů i glií tedy proteiny, které slouží v uvedeným funkcím, ne non-peptidové molekuly (jako např. steroidní hormony, kyselina retinová a neuropřenašeče, které také ovlivňují růst a integritu nervového systému

hranice mezi neurotrofickými faktory a neuropřenašeči v moha případech nejasná některé NF neurony uvolňovány přímo do krevního řečiště a slouží jako hormony syntetizovány v neuronu a ovlivňují funkci dalších neuronů, za některých okolností mohou být i vylévaný jako důsledek neuronální aktivity mohou také vyvolávat rychle změny v cílovém neuronu, v podstatě neodlišitelné od odpovědí vyvolaných „klasickým“ synapticky neuropřenašečem mnoho neurotransmiterů může naopak ovlivňovat růst a přežití neuronů a diferenciaci adultních neuronálních fenotypů

Klasifikace neurotrofických faktorů

neuropeptidy vs. neurotrofické faktory

• NF větší: např. z mozku odvozený neurotrofický faktor (brain-derived

neurotrofic factor, BDNF) je protein velikosti 14 kDa, zatímco neuropeptidy jsou malé peptidické molekuly;

• NF fungují regulací proteinkinas, nikoliv cestou G-receptorů a klasických kaskád druhých poslůFunkční charakteristiky neurotrofických faktorů

syntetizovány v tělech některých neuronů a glií jako proteiny některé v těchto buňkách i skladovány, nejspíše ve velkých denzních váčcích transportovány do nervových zakončení nebo do dendritických větví mechanismus kontrolující výlev neurotrofických faktorů není plně objasněn mnoho NF (IL-1, BDNF a neurotrofické faktory pocházející z gliální linie – GDNF) = produkty časných genů, jejich syntéza je podmíněna aktivitou neuronu a limituje výlev výlev dalších neurotrofických faktorů může spouštět depolarizace hlavním mechanismus ukončení účinku neurotrofických faktorů = patrně jejich proteolytická degradace nicméně např. BDNF sekvestrován s funkčně inaktivními receptory, což limituje jejich difusi a nejspíše i dobu účinkování

NGF (nerve growth factor)

Rita Levi-Motalciniová: na sympatetických gangliích kuřecích embryí je množství a růst jejich nervových vláken závislé na přítomnosti specifického růstového faktoru na myších sakrkomech implantovaných do 11denních kuřecích embryí detekovala charakteristické „hallo“ vláken rostoucích z ganglia v přítomnosti nádoru (vpravo), části jeho tkáně nebo alespoň extraktu vlákna velmi intenzivně inervovala nádor látku se jí ve spolupráci se Stanley Cohenem podařilo identifikovat, purifikovat růst nervových vláken je závislý na koncentraci této látky – tedy NGF produkce NGF cílovým inervačním orgánem daného neuronu je nezbytná pro to, aby neuron přežil a cílový orgán inervoval neuron musí na NGF správně odpovídat nervová vlákna mezi sebou o NGF kompetují (produkce NGF omezená) souhrnně = neurotrofická hypotéza

před cca 60 lety (!) vytvořeno schéma „klasické“ syntézy a aktivity neurotrofického faktoru, konkrétně prvního popsaného neurotrofického faktoru - NGF

NGF (nerve growth factor)

Elmer Beuker: po implanataci nádoru 3denním kuřecím embryím invaginace nervových vláken do nádoru a zvětšení příslušných ganglií zadních kořenů míšních v důsledku útlaku okolní tkáně Rita Levi-Motalciniová: hyperinervace způsobená faktorem vylučovaným nádorem

typické projevy NGF dobře stopovatelné zejména na periferii, v určité podobě se vyvinuly i v CNS v mozku a páteřní míše může neuron produkovat neurotrofické faktory zásobují jiný neuron, který ho inervuje nicméně produkuje celou řádku neurotrofických faktorů působících autokrinně některé NF dokonce anterográdně transportovány do terminál, kde po výlevu působí na somata a zakončení jiných nervových vláken komplex neurotrofický faktor – jeho receptor zformovaný na plasmatické membráně terminály může být retrográdně transportován do těla neuronu, kde má další biologické funkce

NF produkují i glie některé BF produkovány gliemi i neurony jejich receptory rovněž exprimována na obou buněčných typech mezi gliemi a neurony velmi složitá intercelulární komunikace

RODINY NEUROTROFICKÝCH FAKTORŮ

jména mnoha neurotrofických faktorů byla odvozena od účinku, se kterým byli primárně spojováni např. interleukiny = modulují komunikaci mezi elementy bílé krevní linie – ačkoliv jsou produkovány i gliemi GNDF původně identifikován jako faktor odvozený z gliální buněčné linie, ačkoliv jeho producenty jsou i mnohé neuronální populace FGF (fibroblast growth factor) produkují i glie CNTF (ciliary neurotrophic factor, i gliemi a několika typy neuronů podporuje růst a udržování neuronů ciliárního ganglia oka.

Rodina neurotrofických

faktorů Typičtí zástupci Jejich receptory

Typičtí zástupci jejich receptorů

Neurotrofiny NGF, BDNF, NT-3,

NT-4 Trk (R-PTks) TrkA, TrkB, TrkC

GDNF rodina GDNF, neurturin,

persephin spojené s Ret

GFR1, GFR2, neznámé

CNTF rodina CNTF, LIF, IL-6 spřažené s Janus kinasami (JAK)

GP130, CNTFR, LIFR

Ephriny EPH (R-PTKs)

EGF rodina EGF, TGF, neureguliny

ErbB (R-PTKs)

Další růstové faktory

insulin, IGF, FGF, PDGF

R-PTKs

Interleukiny a příbuzné cytokiny

IL-1, IL-2, IL-3, IL-5, TNF, TNF

IL-1 R spřažený s PS/TK, R-PTK, R spřažené s JAK, R se vztahem k p75 („receptory smrti“)

TGF rodina TGF R-PS/TK

J iné cytokiny interferony

(IFN), m-CSF, gm-CSF

spřažené s JAK, R-PTKs

Chemokiny

CC chemokiny (IL-8), CXC chemokiny (MIP, MCP), CXC

chemokiny (neurotactin)

receptory spřažené s G-proteiny

CC1-CC8 R CXC1-CXC4 R

CX3C1 R

R-PTK, receptor-associated protein tyrosine kinase; R-PS/TK, receptor-associated protein serine/threonine kinase; m-CSF, macrophage colony stimulating factor; gm-CSF;

granulocyte-monocyte CSF; MIP, macrophage inflammatory protein; MPC, monocyte chamoattractant protein

dnes NF kategorizovány na základě své homologie a podle sdíleného transdukčního mechanismu, kterým navozují své biologické odpovědi

mezi rodinami NF jsou nejlépe charakterizovány tři: neurotrofiny, GNDF a příbuzné faktory a CNTF- příbuzné faktory

NEUROTROFINY

Rodina neurotrofinů zahrnuje NGF a následně identifikované neurotrofické faktory, které s ním sdílejí stejný signalizační mechanismus:

• BDNF (brain-derived neurotrophic factor), • neurotrophin-3 (NT-3) a • neurotrophin-4 (NT-4; také známý jako neurotrophin-4/5)

v rybách popsán neurotrophin-6 klasické charakteristiky patří: malá velikost (BNDF má např. 14 kDa) a signalizace cestou Trk receptorové rodiny působí na širokou škálu neuronů dobře popsána je jejich role v přežívání neuronů na periferii vzhledem k ustavení funkční synapse s cílovým orgánem NGF přítomen i v malých neuronech sympatiku a sensorických neuronech účastnících se nocicepce a vnímání teploty BDNF produkován v kosterní svalovině inervované motoneurony BDNF, NT-3 a NT-4 zodpovědné za přežívání specifických sensorických neuronů na periferii role v mozku a prodloužené míše není detailně objasněna NGF pravděpodobně podporuje přežití cholinergních neuronů jader septa (na bázi koncového mozku), které inervují hippokampální neurony - ACh uvolňovaný z terminál neuronů jader septa nejspíš aktivuje neurony hippokampu a zvyšuje jejich produkci NGF (pozitivní zpětná vazba) BDNF, NT-3 a NT-4 přežívání motorických neuronů kůry a hippokampálních neuronů, i NA, DA a serotoninergních neuronů mozkového kmene

Primární funkce neurotrofinů? Nejspíše mj.:

• target-derived podpora aferentních neuronů• podpora neuronů eferentních• udržování diferenciálních rozdílů mezi neuronálními subtypy a populacemi

Trk receptory

neurotrofiny se váží na třídu vysoce homologických receptorových tyrosinkinas označovány jako Trk receptory tři podtypy těchto receptorů: TrkA, TrkB a TrkC transmembránové glykoproteiny o molekulární hmotnosti 140-145 kDa každý z typů Trk Rs váže -s určitým překryvem- specifický neurotrofin:

• TrkA – NGF, NT-3

• TrkB – BNDF, NT-3 a NT-4 a

• TrkC – NT-3

TrkB a C nejlépe prozkoumané TrkB a C postrádají tyrosinkinasovou doménu charakteristická strukturální doména Trk Rs extracelulární část obsahuje vazebné místo pro ligand bohaté na segmenty hojně tvořené leucinem (důležitý pro interakci protein-protein), dále klastry bohaté na cystein a dvě imunoglobulinům podobné domény

vazba neurotrofinu na Trk receptor aktivuje jeho katalytickou doménu neurotrofiny se váží jako dimery dimerizace Trk receptorů následná autofosforylaci na vybraných aminokyselinových zbytcích tyrosinu fosforylovaný tyrosin formuje rozpoznávací sekvenci pro SH2 domény některých typů buněčných proteinů např. SH2 domény proteinů Shc a Grb2 spojují aktivaci Trk receptorů s aktivací malého G-proteinu Ras ten obratem aktivuje s mikrotubuly asoiciovanou proteinkinasovou kaskádu

(MAPK-kinasovou kaskádu) genetické abnormality v oblasti Ras proteinů vedou u lidí k neurofibromatóze (choroba zahrnující např. nadměrný růst Schwannových buněk)

aktivace Trk receptorů fosforylace různých signálních proteinů na tyrosinu nejdůležitější: • fosfolipasy C (PLC) spouštějící fosfatidylinositolovou kaskádu • substrát inzulínového receptoru (IRS) vedoucí k aktivaci fosfatidylinositol-3-kinasové kaskády mutace v genu ATM (kóduje jeden ze subtypů fosfatidylinositol-3-kinasy) vede k ataxii-telangiectasii (progresivní degenerace a atrofie určitých mozkových oblastí, zejména mozečku)

Trk receptory

TrkA R TrkB R

TrkC RBDNF

první naklonovaný receptor pro neurotrofiny 75 kDa velký protein s nízkou afinitou k neurotrofinům všechny neurotrofiny váže se zhruba stejnou afinitou může modulovat i signalizaci Trk receptorů – zvyšuje afinitu vysokoafinitních vazebných míst pro NGF na TrkA TrkA receptor může zprostředkovat funkční odpověď i bez p75 receptoru tato odpověď ale výrazně nižší přežití některých neuronálních populací vyžaduje až několikanásobně vyšší hladiny NGF a jiných neurotrofinů kompetice neuronů o NGF funkce p75 receptoru často klíčová pro osud určitého neuronu exprese p75 receptoru ovlivňuje také přežití neuronů při nemocech či traumatickcýh stavech

p75 receptor

Typy neuronů a patofyziologické stavy, do kterých je p75 receptor zapojen u různých buněčných typů

neuraxis

malé ligandové molekuly (agonisté i antagonisté) obvykle pro farmakologické studie funkcí receptorů pro neurotrofiny nedostupné zvířecí modely knoc-outované pro vybranou molekulu:

• myši knock-outované pro NGF a TrkA receptor ztráta neuronů sympatiku i sensorických neuronů zadních kořenových ganglií trigeminu, stejně jako částečná ztráta cholinergních neuronů septálních jader projikujících do hippokampu- cholinergních neurony septálních jader projikující do hippokampu agonisté TrkA receptorů v podpůrné léčbě Alzheimeovy choroby

• zvířata knock-outovaná pro TrkB receptory: komplikovanější studium, neboť TrkB Rs váží kromě NGF i NT-4 a BDNF, v nižší míře i NT-3- tato zvířata nicméně také vykazovala ztráty kraniálních motorických neuronů či neuronů ganglií trigeminu

• myši knock-outované pro BDNF ztráta specifických populací motorických neuronů (kortikálních), která může být spoje s chorobami jako amyotrofická laterální skleróza (ALS)

• TrkC knock-outované myši ztráta propriorecepčních neuronů ganglií zadních kořenů míšních a defekty v pohybu a koordinaci polohy končetin- typická pro ně byla též ztráta myelinizace Ia aferentních sensorických nervových vláken

Patologie neurotrofinů

Neurotrofiny a synaptická plasticita

neurotrofiny v synaptické plasticitě primárně studovány při vývoji zrakové kůry axony z ncl. geniculatus laterlis thalamu (LGN) při růstu formují synapse na primárních zrakových neuronech okcipitálního kortexu během tohoto procesu se seskupují do specifických sloupců v korové vrstvě IV C typická šířka 0.5 mm, pravidelně odděleny vznik těchto sloupců spojen s dominancí levého nebo pravého oka a aktivitou jeho fotoreceptorů zašití očního víčka pokusnému zvířeti dané fotoreceptory tak nejsou stimulovány LGN neurony obdrží z deprivovaného oka slabší signály vznik sloupců oční dominance ve zrakové kůře následně zbržděn a omezen

ve zrakové kůře se nachází BDNF a NT-4 je možné, že neurony LGN kompetují o ligandy TrkB receptorů tato kompetice může být ve tvorbě zrakových sloupců zásadní pokud do vizuálního kortexu infúzně podáváme BDNF nebo NT-4, nemusí neurony kompetovat a vznik sloupců je zablokován

neurotrofiny regulují synaptickou plasticitu i v dospělém diferencovaném mozku

v dospělých neuronech reguluje jejich vzruchová aktivita velmi výrazně expresi některých neurotrofinů a jejich receptorů po křečích byla např. pozorována zvýšená exprese BDNF a Trk receptorů v hippokampu podobné změny v expresi některých neurotrofinů a jejich receptorů pozorovány i v hippokampálních neuronech po stimulační salvě spojené s LTP nebo v neuronech locus coeruleus reagujících na nedostatek opiátů u závislých jedinců naopak, exprese BNDF může být snížena vystavení inhibičním stimulům (agonisté GABAA receptorů) rychlost regulace hladiny BNDF odpovídá rychlosti regulace systémů spojených s jinými časnými geny (c-fos)

( i indukce BNDF je zprostředkována aktivací preexistujících transkripčních faktorů jako CREB)

Neurotrofiny a synaptická plasticita

neurotrofické faktory ovlivnění synaptického přenosu regulace vzniku synapsí např. NT-3 rychle zvyšuje synaptický přenos na nervosvalovém spojení (typicky do 10 min) děje se tak cestou zvyšování pravděpodobnosti výlevu acetylcholinu z terminály (NT-3 zvyšuje frekvenci synaptických proudů, ne jejich amplitudu) tento efekt NT-3 může být zablokován nespecifickým inhibitorem Trk receptorů známým jako K252a.

regulace synaptického přenosu v hippokampu BNDF a NT-3 (ne NGF) zvyšují excitační postsynaptické potenciály Schaefferových kolaterál CA1 neuronů až po dobu 2-3 hodin myši knock-outované pro BNDF naopak vykazují nižší bazální aktivitu těchto oblastí a např. deficienci v LTP interakce Trk Rs s některými iontovými kanály – možná cesta synaptické modulace

Neurotrofiny a synaptická plasticita

GDNF RODINA

GDNF = glykosylovaný protein o velikosti asi 18 kDa prvně izolován v tkáňových kulturách z gliální buněčné linie podporující přežívání dopamiergních neuronů středního mozku následně bylo prokázáno, že tyto neurony chrání i před toxickým poškozením in vivo s degenerací dopaminergních neuronů je spojena Parkinsonova choroba GDNF následně věnována nemalá pozornost.

GDNF působí protektivně i na přežití jiných neuronálních populací, např. neuronů myenterického plexu střeva zřejmě zásadním růstovým faktorem mimo nervový systém pozoruhodná je jeho role ve vývoji ledvin: myši knock-outované pro GDNF umírají krátce po narození díky selhání ledvinových funkcí poškození genu pro GDNF nevětví se močovody a nebo se v rámci růstu ledviny vůbec nevyvíjejí (normálně uvolńován metanefrogenním mesenchymem)

From Sainio et al. 1997; photographs

courtesy of K. Sainio.)

Poškození genu pro GDNF nevětví se močovody a nebo se v rámci růstu ledviny vůbec nevyvíjejí

A-C from Pichel et al. 1996, photographs courtesy of J. G. Pichel and H. Sariola; D after Schuchardt et al. 1996

GDNF funguje cestou aktivace proteinové tyrosinkinasy (podobně jako neurotrofiny) této aktivace ovšem dosaženo nepřímo pomocí intervenujícícho receptorového proteinu dimer GDNF se váže na specifický receptor o velikosti asi 40 kDa = GFR1 GFR1 R v membráně zakotven glykofosfatidylinositolovou (GPI) kotvou je členem rodiny GFR receptorů (GFR1-4) se specifickou afinitou k ligandům navázání GDNF na GFR1 R spustí asociace GFR1 s membránovou proteinovou tyrosinkinasou Ret

GFR1

Ret kinasa = protein o velikosti asi 150 kDa identifikovány 3 isoformy Ret kinas (Ret 51, Ret 43 a Ret 9) 51, 43 a 9 aminokyselinových zbytků na C-konci molekuly in vivo nejlépe prostudována role Ret 51 a Ret 9 (jsou nejčastější) asociace Ret a GFR1 R s navázaným GDNF fosforylace mnoha biologických substrátů a změny v MAPkinasové signalizaci poruchy funkce Ret kinasy u lidí: Hirschprungova nemoci porucha charakterizovaná neobvyklou střevní motilitou, zvětšením colon a obstukcí ampula rectis jiné typy mutací vede např. k mnohočetným endokrinním neoplasiím nebo k míšním karcinomům.

I další dva členové rodiny neurotrofinů, neurturin a persephin, působí přes navázání na a podjednotky intervenujícícho receptoru a s ním

následně na Ret kinasu.

197 aminokyselin secernovaný homodimer se signální doménou podporuje přežití dopaminergním neuronů středního mozku, které vykazují vysokou expresi Ret kinas a GFR1 receptoru, ale ne GDNF GDNF exprimují dopaminergní neurony striata, které tak zásobují dopaminergní kolegy středního mozku systém podobný jako na periferii, kde cílová tkáň produkuje NGF pro svá inervující vlákna regulace těchto dopaminergních okruhů středního mozku a striata potenciálně užitečná v léčbě parkinsonismu.

Neurturin

Persephin

195 aminokyselin secernovaný homodimer se signální doménou ovlivňuje dopaminergní neurony středního mozku působí i na motorické neurony

CNTF RODINA

zahrnuje CNTF (ciliární neurotrofický faktor), LIF (leukemia inhibitory factor), interleukin-6 (IL-6), prolaktin, růstový hormon, leptin nebo např. onkostatin-M většina členů této rodiny působí hlavně mimo CNS často označovány za cytokiny s poměrně dramatickou regulací přežití neuronů a jejich diferenciace jsou spojeny zejména CNTF, LIF a IL-6 ty mohou být označovány i rigorózněji jako neurotrofické faktory

protein velikosti zhruba 24 kDa primárně studován v ciliárních gangliích kuřat zvyšuje hladinu cholinacetyltransferasy reguluje přežití a diferenciaci mnoha neuronálních typů (pregangliové neurony sympatiku, sensorické neurony, motorické neurony, dopaminergní neurony středního mozku nebo neurony hippokampu v tkáňových kulturách velmi zajímavá role CNTF na motorických neuronech: nejen že podporuje jejich přežití in vitro, ale zabraňuje jejichdegeneraci po axotomiii nebo zmírňuje některé motorické defekty na myších modelech chorob motorických neuronů. Byl testován i terapeuticky, ale vyvolává velmi vážné vedlejší účinky

CNTF

axokin = modifikovaná verze lidského CNTF oproti CNTF zkrácená o 15 aminokyselin a nesoucí dvě zaměněné aminokyseliny v in vitro i in vivo esejích 3-5 účinnější než CNTF a je stabilnější v 90. létech začal být testován v léčbě amyotrofické laterální sklerózy (ALS) nepůsobil na kosterní svalovinu tak, jak se očekávalo ukázal se ale jako agens navozující ztrátu chuti k jídlu

LIF a IL-6 regulují podobným způsobem neuronální růst a diferenciaci IL-6 napomáhá přežití cholinergních neuronů septa, katehcholaminergních neuronů mesencefala nebo hypothalamických neuronů v tkáňových kulturách spouští neuronální diferenciaci PC12 buněk LIF in vivo nejlépe prozkoumán v hypothalamu in vitro, LIF a CNTF potlačují adrenergní fenotyp neuronů symaptiku a indukují v nich fenotyp choilnergní

v mozku za primárním zdrojem CNTF, LIF a IL-6 glie, ačkoliv se nevylučuje ani jejich neuronální původ jejich receptorová signalizace je ovšem dobře popsána v gliích i neuronech

IL-6

signální dráhy CNTF a dalších členů CNTF rodiny se poněkud liší

komplex CNTF receptoru se skládá ze tří složek:

• přenašeče signálu známého jako LIF receptor (LIF R)• glykoproteinu o hmotnosti 130 kDa (gp130) a• vlastního proteinu vážícího CNTF (CNTF R)

Signální dráhy CNTF

CNTF R = asi 80 kDa protein zakotvený v membráně GPI kotvou vazba CNTF na CNTF R asociace CNTF R s gp130 spojení tohoto subkomplexu s LIF R vznik tohoto tříčlenného komplexu spustí vlastní signalizační krok = aktivaci Janus kinasy (JAK) a příbuzných tyrosinkinas (Tyk aj.) ty následně vyvolají patřičnou biologickou odpověď nejčastěji aktivací transkripčních faktorů rodiny STAT

They were initially named "just another kinase" 1 & 2 (since they were just two of a large number of discoveries in a PCR-based screen

of kinases), but were ultimately published as "Janus kinase". The name is taken from the two-faced Roman god of doorways, Janus,

because the JAKs possess two near-identical phosphate-transferring domains. One domain exhibits the kinase activity while the other

negatively regulates the kinase activity of the first.

gp130

Janus kinasy (JAK)

rodina JAK kinas ma 4 členy

• JAK 1, 2 a 3 a• Tyk 2 kinasy

přenos signálu dalšími členy CNTF rodiny podobný IL-6 se váže na specifický protein IL-6R asociace s dimerem glykoproteinu gp130 aktivace JAK kinasy a následné signální kaskády

LIF se váže na dimer LIFR a gp130 tento komplex opět aktivuje JAK kinasy

Určité části signálního komplexu jsou unikátní pro určitý neurotrofický faktor (CNTF R , IL-6R) a jiné slouží více různým ligandům (gp130, LIFR).

signální kaskády CNTF rodiny ne zcela objasněny překvapivě, myši knock-outované pro CNTF = normální vývoj, v dospělosti jen mírný motorický deficit v japonské populaci asi 2.5% jedinců homozygotních pro inaktivující mutaci CNTF = lidské „knoc-outy“ pro CNTF podobně jako myší model i tito jedinci se vyvíjejí bez zjevných defektů naopak, myši knock-outované pro CNTF R umírají do 24 hodin po narozeníTato pozorování naznačují, že pro

CNTF R existuje ještě nějaký další endogenní ligand.

CYTOKINY IMUNITNÍCH ODPOVĚDÍ A CNS

odpovědi na cytokiny nejlépe prostudovány v prostředí imunitního systému některé z cytokinů ale prokazatelně zprostředkují odpovědi CNS na imunologické změny mezi tyto cytokiny patří např.

• IL-1 a IL-6• tumor-nekrotizující faktor (tumor necrosis factor-, TNF)

nebo • transformující růstový faktor b (transforming growth factor-,

TGF)

cytokiny zapojené do imunitních funkci kritické pro systémovou homeostázu každé narušení homeostázy (nemocí, strese ap.) obranná reakce směřující ku znovuustavení homeostázy tato reakce zčásti zprostředkovaná i CNS, zejména její části jako horečka, pokles chuti k jídlu, kardiovaskulární změny, poruchy spánku a neklid

zdravý jedinec: horečku lze vyvolat periferním injikováním IL-1 hematoencefalická bariéra sice do značné míry limituje průchod cytokinů do mozkového parenchymu přestup umožněn v cirkumventrikulárních orgánech cytokiny mohou také v endotelových buňkách indukovat lipofilní signály (např. prostaglandiny) difuse z vaskulatury do mozkového paremchymu

Účinek cytokinů imunitního systému na mozek je velmi dobře ilustrován na příkladu horečky.

syntéza cytokinů imunitních odpovědí v mozku: zejména z mikroglích částečně možná i v astrocytech a zcela není vyloučena ani v neuronech receptory těchto cytokinů primárně exprimovány v gliích

Téměř po všech nefyziologických událostech (mozkové infekce, poranění, hypoxie, toxiny nebo kraniotrauma) produkují aktivované mikroglie a

astrocyty řadu cytokinů včetně IL-1, IL-6, TNFnebo TGF.

účinek: např. další aktivace gliových buněk a v gliosis (vzniku nových mikroglií a astrocytů) ativované glie také mozku pomáhají obnovit tkáňovou homeostázu

vysoké hladiny cytokinů imunitních odpovědí mohou ovšem přispívat k neuronálnímu poškození myši nadměrně produkující IL-1 a/nebo IL-6 vykazují výraznou neurodegeneraci vysoké hladiny těchto cytokinů pozorovány i při Alzheimerově chorobě nebo roztroušené skleróze, autoimunitním onemocnění vedoucím k degeneraci myelinových pochev axonů kupodivu, jiný cytokin imunitních odpovědí nterferon- (INF-) z hlediska léčby RS slibný

cytokiny imunitních odpovědí někdy efekty podobné těm, které vyvolává CNTF

• IL-6 podporuje přežívání některých neuronálních typů• IL-1 podporuje přežívání neuronů páteřní míchy, předního

mozku a v tkáňových kulturách hippokampu

• TGF zřejmě podobně jako CNTF důležitý pro diferenciční procesy vývoje nervové lišty

receptory pro IL-1, IL-6, TNF a TGF nejhustěji koncentrovány v oblasti

hippokampu a hypothalamu zde se jejich ligandy mohou podílet na procesech synaptické plasticity:

IL-1 např. zeslabuje hippokampální LTP cytokiny imunitních odpovědí mohou rovněž ovlivňovat rychlost neurogenese a přežití nově vniklých neuronů v gyrus dentatus hippokampu

CHEMOKINY

chemokiny = rychle rostoucí rodina malých (8-10 kDa) proteinů prvně popsány v rámci imunitních odpovědí jejich vzájemná homologie 20-50% primárně zkoumány např. v souvislosti s atraktcí leukocytů do místa zánětu studována byla i jejich role ve vlastním zánětlivém procesu chemokiny a jejich receptory (všechny spřažené s G-proteiny) exprimovány i v mozku predominantně v mikrogliích, v menší míře v astrocytech a některých neuronech

dělí se do několika skupin podle toho, kolik aminokyselinových zbytků obsahují mezi dvěma určitými cysteiny své primární struktury většinou obsahují cysteiny v molekule 4 to formuje jejich typickou 3D strukturu (někdy přirovnávanou k řeckému písmenu kappa) disulfidické můstky obvykle spojují první a třetí resp. druhý a čtvrtý tento cystein první dva cysteiny bývají obvykle u N-konce, třetí cystein uprostřed a poslední na C-konci molekuly

CHEMOKINY

obsahují dva přilehlé cysteiny bez další vmezeřené aminokyseliny u savců zatím identifikováno 27 označují se jako CC chemokiny 1-28 (CC chemokiny 9 a 10 jsou identické) chemokiny této skupiny obvykle obsahují 4 cysteiny některé jích ve své primární struktuře mohou nést až šest (CC chemokiny CCL1, CCL15, CCL21, CCL23 a CCL28) indukují migraci monocytů a dalších buněčných typů jako NK buňky nebo dendritické buňky typickým zástupcem je monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1 nebo CCL2) díky němu opouštějí monocyty krevní řečiště, invadují do periferní tkáně a stávají se z nich makrofágy CCL5 (RANTES) chemokin atrahuje T-buňky, eosinofily a basofily nesoucí receptor CCR5

CC chemokiny (nebo též ß-chemokiny)

dva N-koncové zbytky cysteinu této skupiny chemokinů odděleny jednou aminokyselinou v názvu reprezentovaná písmenem „X“ u savců jich zatím identifikováno 17 dvě skupiny:

• jedna obsahuje specifický aminokyselinový motiv kyselina glutamová-leucin-arginin (neboli ELR), který leží před prvním cysteinem CXC motivu

• druhá pak ELR sekvenci neobsahuje

ELR pozitivní CXC chemokiny specificky indukují migraci neutrofilů typický zástupce této podskupiny = IL-8

CXC chemokiny

IL-8

C chemokiny

oproti ostatním chemokinlm obsahují jen dva N-koncové cysteiny a jeden cystein níže položený zatím pospány dva chemokiny, XCL1 (lymphotactin-) a XCL2 (lymphotactin-ß) atrahují prekurzory T-buněk do brzlíku

CX3C chemokiny

mezi dvěma cysteinovými zbytky obsahují tři jiné aminokyseliny zatím popsán jen jeden zástupce této podskupiny: fractalkin (nebo též CX3CL) secernován na povrch buňky, kde pravděpodobně slouží jako adhezní molekula i jako atraktant

Role chemokinů v mozku není příliš prozkoumá. Účastní se nejspíše

odpovědí známek zánětu navozeném mukopolysacharidy buněk stěn

grampozitivních bakterií.

CX3C

Co si pamatovat z dnešní přednášky

neurotrofické faktory vs. neuropeptidy neurotrofické faktory: klasifikace neurotrofické faktory: NTF rodina neurotrofické faktory: GDNF rodina neurotrofické faktory: skladování a výlev neurotrofické faktory: chemokiny puriny: příklad farmakologie receptorů