Kispeptyna - Kisspeptin
Kisspeptyny (w tym kisspeptyna-54 ( KP-54 ), dawniej znana jako metastyna ) to białka kodowane przez gen KISS1 u ludzi. Kisspeptins są ligandy z białkiem G receptora , GPR54 . Kiss1 został pierwotnie zidentyfikowany jako ludzki gen tłumiący przerzuty, który ma zdolność do hamowania przerzutów czerniaka i raka piersi . Sygnalizacja Kisspeptin-GPR54 odgrywa ważną rolę w inicjowaniu wydzielania hormonu uwalniającego gonadotropiny (GnRH) w okresie dojrzewania, którego zakres jest przedmiotem prowadzonych badań. Hormon uwalniający gonadotropiny jest uwalniany z podwzgórza i działa na przedni płat przysadki, powodując uwalnianie hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH). Te hormony gonadotropowe prowadzą do dojrzewania płciowego i gametogenezy . Zakłócenie sygnalizacji GPR54 może powodować hipogonadyzm hipogonadotropowy u gryzoni i ludzi. Gen Kiss1 znajduje się na chromosomie 1. Jest transkrybowany w mózgu, nadnerczu i trzustce.
Historia
W 1996 roku laboratorium dr Danny'ego Welcha w Hershey w Pensylwanii wyizolowało cDNA z komórki rakowej, która nie była w stanie przejść przerzutów po dodaniu ludzkiego chromosomu 6 do komórki. Gen ten został nazwany KISS1 ze względu na lokalizację, w której został odkryty (Hershey, Pensylwania, ojczyzna Hershey's Kisses ). Wprowadzenie tego chromosomu do niegdyś aktywnej komórki rakowej zahamowało jego rozprzestrzenianie się, a odpowiedzialne za to cDNA zostało pobrane z tej komórki. Fakt, że KISS1 był za to odpowiedzialny, został udowodniony, gdy został transfekowany do komórek czerniaka i po raz kolejny stłumiono przerzuty. Później nastąpiłby przełom nie dotyczący Kisspeptyny, ale jej receptora.
Trzy lata później, w 1999, receptor sprzężony z białkiem G został zidentyfikowany u szczura, sklonowany i nazwany GPR54. Dodatkowo, dwa lata później, ortolog tego receptora u ludzi zostanie wyizolowany. Wykorzystując zidentyfikowane receptory, z komórek (komórki HEK293, B16-BL6 i CHO-K1) wyizolowano endogenne ligandy, do których wprowadzono te receptory. Następnym krokiem w historii Kisspeptyny było ujawnienie większej liczby jej ścieżek i mechanizmu.
Odkryto, że Kisspeptyna odgrywa rolę w hipogonadyzmie hipogonadotropowym w 2003 roku, co zostało poparte przez kilka niezależnych grup laboratoryjnych. Za tę nieprawidłowość uznano mutację w GPR54, ponieważ osoby, które posiadały tę mutację lub w ogóle nie miały GPR54, miały problemy z rozwojem gonad w okresie dojrzewania . Kilka innych fenotypów związanych z tą mutacją obejmowało mniejsze stężenie sterydów płciowych i gonadotropiny we krwi krążącej, a nawet bezpłodność . Te obserwacje skłoniły do badań nad wpływem kisspeptyny na początku dojrzewania. Badania te doprowadziły do odkrycia, że kisspeptyna stymuluje neurony zaangażowane w uwalnianie hormonu uwalniającego gonadotropiny (GnRH) i prawdopodobnie może mieć pewien wpływ na uwalnianie hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH).
Obecnie podejmuje się wiele wysiłków, aby scharakteryzować regulację kisspeptyny i jej ekspresji genów , a także dokładniej określić mechanizm działania kisspeptyny na uwalnianie GnRH i LH.
Źródła
Zakręt zębaty hipokampa
Kisspeptyna jest wyrażana przede wszystkim w podwzgórzu , ale występuje również w innych obszarach mózgu, w tym w zakręcie zębatym hipokampa . Wiadomo, że hipokamp integruje informacje o środowisku przestrzennym i pamięci osoby . Wiadomo, że KISS1 ulega ekspresji w hipokampie . Jednak poziomy ekspresji mRNA KISS1 są zdecydowanie niższe niż w podwzgórzu i ciele migdałowatym . Badania wykazały, że poziomy mRNA KISS1 ulegające ekspresji w hipokampie są proporcjonalne do mniej niż połowy poziomów występujących w podwzgórzu. Mimo to sugeruje się, że na ekspresję KISS1 wpływają hormony gonad podobne do podwzgórza. W hipokampie występuje wysoki stopień ekspresji GPR54. Gęstość GPR54 nie jest dostrzegalna w komórkach piramidalnych , ale ma wysoki poziom ekspresji w warstwie komórek ziarnistych . Wiadomo, że znajduje się w określonych jądrach i neuronach.
Nadnercze
W procesie reprodukcji ważną rolę odgrywa neuropeptyd kisspeptyna , który stymuluje również wydzielanie aldosteronu z kory nadnerczy . Kisspeptyna jest dystrybuowana z kory nadnerczy i ulega transkrypcji w korze nowej . Dokładny charakter ekspresji kisspeptyn w ludzkich nadnerczach niestety nie został jeszcze do końca wyjaśniony i pozostaje dużym tematem badań wielu naukowców.
Genomika
Kisspeptyna jest produktem genu KISS1, który jest przecięty z początkowego 145- aminokwasowego peptydu do 54-aminokwasowego białka. Gen ten znajduje się na długim ramieniu chromosomu 1 (1q32) i ma cztery eksony, z których eksony 5' i 3' tylko częściowo ulegają translacji . Gen KISS1 został po raz pierwszy wyizolowany przez badaczy jako gen rozprzestrzeniający nowotwór i nazwany metastin. Metastyna jest pochodną białka kisspeptyny i jest naturalnym ligandem receptora GPR54 Kisspeptin ekspresji w mózgu: katalizatorem inicjacji dojrzewania. Wyizolowano różne typy składające się z 14 i 13 aminokwasów i każdy z nich ma wspólną sekwencję C-końcową . Te skrócone na N-końcu peptydy są znane jako kisspeptyny i należą do większej rodziny peptydów znanych jako RFamide, które mają wspólny motyw arginina - fenyloalanina- NH2 na ich C-końcu. Wśród tych konserwowanych aminokwasów znajdują się reszty argininy i fenyloalaniny , które są sparowane w tej rodzinie peptydów. Również w tej konserwatywnej rodzinie znajduje się C-koniec, do którego dodano amid . Ta rodzina kisspeptyny obejmuje peptyd uwalniający prolaktynę i hormon uwalniający gonadotropinę.
Polimorfizm w końcowym eksonu tego mRNA prowadzi do dwóch izoform białek . Adenozyna obecna w miejscu polimorficznym reprezentuje trzecią pozycję w kodonie stop. Gdy adenozyna jest nieobecna, wykorzystywany jest dalszy kodon stop, a kodowane białko rozciąga się na dodatkowe siedem reszt aminokwasowych.
Struktura
Kisspeptyna
Gen kodów kisspeptin dla peptydu , który można rozdzielić na kilka części. U ludzi jeden z tych kawałków składa się z 54 aminokwasów, podczas gdy u myszy składa się z 52 aminokwasów . Ten fragment jest następnie przetwarzany proteolitycznie na kilka mniejszych fragmentów, które zostały wyizolowane u ludzi, złożone z 13 i 14 aminokwasów (odpowiednio kisspeptin-13 i kisspeptyna-14). Każdy z tych fragmentów ma podobny konserwowany region w sekwencji C-końcowej , składający się z dziesięciu aminokwasów. W szczególności pozycje 2, 4, 6, 7, 8 i 9 w tym regionie są całkowicie konserwatywne, gdy wszelkie obserwowane zmiany wynikają z losowych mutacji. Sekwencja po stronie końca karboksylowego konserwowanego regionu jest dobrze znanym miejscem cięcia w neuropeptydach .
GPR54
Struktura GPR54 jest bardzo podobna u wielu różnych kręgowców . Składa się z 398 aminokwasów, które tworzą siedem transbłonowych domen, tak jak większość G-sprzężonych receptorów białkowych . Sekwencje znalezione w obszarach transbłonowych jeden, cztery i siedem są bardzo dobrze zachowane u wszystkich gatunków. Zmienność pojawia się wokół domeny aminowej i C-końcowej, co odpowiada za różne typy receptorów Kisspeptyny obserwowane u różnych gatunków .
Ścieżka
Uwolnienie GnRH
Kisspeptyna-54 oddziałuje z receptorami sprzężonymi z białkiem G , w szczególności GPR54 (Kiss1R). Inne wersje kisspeptyny są również zdolne do interakcji z Kiss1R. Badania na szczurach i ludziach dostarczyły dowodów, że wiązanie kisspeptyny stymuluje hydrolizę PIP2 , mobilizację Ca2 + , uwalnianie kwasu arachidonowego , kinazę białkową regulowaną sygnałem zewnątrzkomórkowym 1 (ERK1), ERK2 i fosforylację kinazy p38 MAP. Chociaż GnRH znajduje się w wielu obszarach, takich jak przysadka mózgowa i neurony GnRH, badania dowodzą, że GnRH jest silnie zależny od aktywacji neuronów GnRH, a mniej od gonadotropów przysadki . Wiele badań pokazuje, że kisspeptyna ma zdolność nie tylko powodowania depolaryzacji , ale także pobudzania wielu neuronów GnRH, co prowadzi do wysokiej ekspresji kisspeptyny w tych genach . Ale zakłada się, że istnieją dwa różne typy neuronów GFP-GnRH ze względu na ekspresję w niektórych neuronach, ale nie w innych, z których tylko jeden reaguje na kisspeptynę. Przypuszcza się również, że odpowiedź neuronów na kisspeptynę ma związek z wiekiem i dojrzewaniem . Wiązanie kisspeptyny z receptorem GnRH może mieć wpływ na dojrzewanie, supresję nowotworu i reprodukcję .
Funkcja biologiczna
Kisspeptyna może stymulować wydzielanie aldosteronu i uwalnianie insuliny .
Kisspeptyna wydaje się bezpośrednio aktywować neurony GnRH. Dowodem na to jest utrzymywanie się odpowiedzi neuronalnej na poziomy kisspeptyny nawet w obecności TTX, neurotoksyny, która blokuje sygnały nerwowe.
- Gramicydyna -perforated zapis techniką patch: około 30% GnRH neurony odpowiadają na podawanie kisspeptin przed okresem pokwitania mężczyzn, podczas gdy odpowiedzi 60% GnRH neuronów dorosłych myszy.
- Ponieważ tylko dorosłe myszy reagują na niskie dawki kisspeptyny, wydaje się, że neurony GnRH są aktywowane rozwojowo przez kisspeptynę w okresie dojrzewania.
- Kisspeptyna indukuje produkcję LH i FSH, które są niezbędne do miesiączki kobiety. Sportowcy nie mogą przechodzić miesiączki z powodu niskiego poziomu tłuszczu; tłuszcz wytwarza hormon leptynę , który indukuje produkcję kisspeptyny.
Rola w okresie dojrzewania
Początek dojrzewania charakteryzuje się wzrostem wydzielania gonadotropin , co prowadzi do dojrzałości płciowej i zdolności do rozmnażania. Na dojrzewanie może również wpływać szereg czynników środowiskowych, a wiadomo, że ma na nie wpływ zdolność metaboliczna danej osoby. Wydzielanie gonadotropiny jest powodowane i regulowane przez hormon uwalniający gonadotropiny (GnRH). GnRH prowadzi do uwalniania hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH), które działają głównie na gonady, aby wywołać dojrzewanie i reprodukcję . Podstawowym wydarzeniem prowadzącym do rozpoczęcia dojrzewania jest aktywacja neuronów GnRH. Uważa się, że to zdarzenie obejmuje sygnalizację kisspeptyny/GPR54, co prowadzi do ostatecznej aktywacji neuronów GnRH . Kilka badań potwierdziło, że dodanie kisspeptyny do układów biologicznych, w tym szczurów, myszy i owiec, może spowodować uwolnienie LH i FSH. Ponadto okazało się, że uwalnianie tych gonadotropin jest zależne od dawki. Większy dodatek peptydu kisspeptyny skutkował większym uwalnianiem LH i FSH. Stwierdzono, że Kisspeptyna wywołuje jeden z najsilniejszych efektów w układzie gonadotropin.
Zdolność Kisspeptyny do stymulowania uwalniania GnRH i gonadotropin jest wynikiem jej wpływu na uwalnianie GnRH w podwzgórzu . W podwzgórzu szczura stwierdzono, że ponad trzy czwarte neuronów GnRH współwyraża w swoim RNA receptor kisspeptyny, GPR54. Kisspeptyna była również w stanie spowodować uwolnienie GnRH zarówno ex vivo, jak i in vivo u szczurów i owiec. Można stwierdzić, że kisspeptyna, aktywując neurony GnRH w podwzgórzu, powoduje uwalnianie GnRH, co prowadzi do uwalniania FSH i LH. Główną rolę kisspeptyny/GPR54 w rozwoju seksualnym początkowo stwierdzono u niedojrzałych płciowo ludzi i myszy, które miały mutacje blokujące ekspresję genu GPR54. U szczurów inicjacji dojrzewania towarzyszyła większa obecność KISS1 i GPR54 w mRNA. Te same zdarzenia zaobserwowano później u ssaków , gdzie mRNA KISS1 i GPR54 w podwzgórzu zwiększyło się ponad dwukrotnie . Sugeruje to, że na początku dojrzewania występuje większa ekspresja KISS1, a potencjalnie nawet GPR54, co prowadzi do wzrostu sygnalizacji kisspeptyny/GPR54, co skutkuje aktywacją szlaku gonadotropin . Dodanie kisspeptyny samicom szczurów, które jeszcze nie dojrzały, doprowadziło do zainicjowania szlaku gonadotropin. U ludzi wykazano, że kobiety w początkowych stadiach dojrzewania płciowego miały znacznie wyższy poziom kisspeptyny niż kobiety w tym samym wieku, które jeszcze nie rozpoczęły dojrzewania. Wywnioskowano, że aktywacja szlaku GPR54/kisspeptin jest katalizatorem prowadzącym do rozpoczęcia dojrzewania.
Rola w supresji guza
Kisspeptyna odgrywa rolę w supresji guza . W badaniu, w którym złośliwe komórki nowotworowe wstrzyknięto do systemu modelowego , system został następnie przetestowany pod kątem genów zaangażowanych we wstrzyknięty chromosom 6. Odkryto, że KISS1 jest jedynym genem ulegającym ekspresji w komórkach bez przerzutów i nieobecnym w przerzutowych, co oznacza zdolność raka do rozprzestrzeniania się na obszary niepowiązane. Sugerowało to, że Kisspeptyna jest istotnym czynnikiem regulującym, czy komórka będzie miała przerzuty, czy nie. Dodatkowe eksperymenty wykazały, że CRSP3 jest dokładnym genem odpowiedzialnym za regulację KISS1 w chromosomie 6. W badaniach dowodów klinicznych, KISS1 i Kisspeptin znaleziono w pierwotnych guzach przerzutowych i rosnących guzach wykazujących obniżony poziom KISS1 i Kisspeptyny. Podsumowując, kisspeptyna odgrywa dużą rolę w supresji guza . Gdy jest aktywny w komórkach, guz pozostaje skonsolidowany i nie rozprzestrzenia się ani nie rośnie.
Rola w reprodukcji
Kisspeptyna jest silnie wyrażana podczas ciąży. W łożyskach we wczesnym okresie ekspresji GPR54 był wyższy niż w łożyskach w terminie. Jednak ekspresja kisspeptyny pozostaje niezmieniona w łożysku przez całą ciążę. Zwiększona ekspresja GPR54 we wczesnym okresie ciąży wynika ze zwiększonej obecności natrętnych trofoblastów na początku ciąży. Dla porównania komórki terminowe są mniej inwazyjne. Podczas pomiaru kisspeptyny-54 podczas ciąży zaobserwowano 1000-krotny wzrost we wczesnej ciąży, a 10 000-krotny wzrost zaobserwowano w trzecim trymestrze. Po urodzeniu, poziomy kisspeptyny-54 powróciły do normy, pokazując łożysko jako źródło tych zwiększonych poziomów kisspeptyny.
Rola w czynności nerek
Kisspeptyna i jej receptor znaleziono w różnych miejscach w nerkach, w tym w przewodzie zbiorczym , mięśniach gładkich naczyń i komórkach kanalików nerkowych . Duża część wpływu na nerki dotyczy zwiększonej produkcji aldosteronu w nadnerczach stymulowanej przez kisspeptynę. Kisspeptyna bezpośrednio zwiększa uwalnianie aldosteronu na kilka sposobów, z których pierwszy prowadzi przez te receptory, prowadząc do bezpośredniej drogi do uwalniania aldosteronu . Po drugie, komórki nadnerczy H295R stymulowane przez kisspeptynę mogą syntetyzować aldosteron poprzez bardziej efektywny rozkład pregnenolonu . Wreszcie, szlak kisspeptyny-angiotensyny II wytwarzania aldosteronu jest zwiększony. Aldosteron pochodzący z sąsiednich nadnerczy powoduje reabsorpcję filtratu w celu zatrzymania wody, co prowadzi do wzrostu ciśnienia krwi .
Neurony Kisspeptyny
Neurony z ekspresją Kisspeptyny znajdują się w:
- Anteroventral leukomalacja jądro (AVPV)
- Jądro okołokomorowe (PeN)
- Jądro przedwzrokowe (ADP)
- Jądrze łukowatym (ARC)
Neurony eksprymujące kisspeptynę znajdują się m.in. w przednio-brzusznym jądrze okołokomorowym i jądrze łukowatym i wysyłają wypustki do MPOA , gdzie występuje obfitość ciał komórek GnRH. Ten anatomiczny dowód sugeruje, że włókna Kisspeptyny pojawiają się w bliskim związku anatomicznym z neuronami GnRH (parvicellular). W rzeczywistości wydaje się, że Kisspeptyna działa bezpośrednio na neurony GnRH (poprzez GPR54), stymulując wydzielanie GnRH.
Jednak aby kisspeptyna mogła być zaangażowana w regulację uwalniania GnRH, musi być również wrażliwa na poziomy krążących steroidów płciowych, ponieważ ustalono, że steroidy wytwarzane przez gonady wywierają wpływ regulacyjny na poziomy FSH i LH poprzez pośrednictwo GnRH. Tak więc istnieją co najmniej dwa możliwe scenariusze: albo neurony kisspeptyny same wyrażają receptory sterydów płciowych, albo otrzymują informacje o poziomach krążących sterydów płciowych z innego mechanizmu.
Obrazowanie koekspresji mRNA KISS1 (przy użyciu wektora czerwonego) i receptorów steroidowych wykazało, że neurony, które wyrażają mRNA KISS1 są celami działania sterydów płciowych zarówno u samców, jak i samic myszy.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- KISS1+białko,+człowiek w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)