stringtranslate.com

Нейропептид

Нейропептид Y

Нейропептиды — это химические посредники, состоящие из небольших цепочек аминокислот , которые синтезируются и высвобождаются нейронами . Нейропептиды обычно связываются с рецепторами, сопряженными с G-белком (GPCR), чтобы модулировать нейронную активность и другие ткани, такие как кишечник, мышцы и сердце.

Нейропептиды синтезируются из крупных белков-предшественников, которые расщепляются и посттрансляционно обрабатываются, а затем упаковываются в плотные везикулы ядра . Нейропептиды часто высвобождаются совместно с другими нейропептидами и нейротрансмиттерами в одном нейроне, что приводит к множеству эффектов. После высвобождения нейропептиды могут широко распространяться, чтобы воздействовать на широкий спектр целей.

Нейропептиды являются чрезвычайно древними и весьма разнообразными химическими посредниками. Плакозои , такие как Trichoplax , чрезвычайно базальные животные, не обладающие нейронами, используют пептиды для межклеточной коммуникации способом, аналогичным нейропептидам высших животных.

Примеры

Пептидные сигналы играют роль в обработке информации, которая отличается от роли обычных нейротрансмиттеров, и многие из них, по-видимому, особенно связаны с определенным поведением. Например, окситоцин и вазопрессин оказывают поразительное и специфическое воздействие на социальное поведение, включая материнское поведение и парные связи. CCAP имеет несколько функций, включая регулирование частоты сердечных сокращений, аллатостатин и проктолин регулируют потребление пищи и рост, бурсикон контролирует загар кутикулы, а коразонин играет роль в пигментации кутикулы и линьке.

Синтез

Нейропептиды синтезируются из неактивных белков-предшественников , называемых препропептидами. [1] Препропептиды содержат последовательности для семейства отдельных пептидов и часто содержат дублированные копии тех же пептидов, в зависимости от организма. [2] В дополнение к последовательностям пептидов-предшественников препропептиды также содержат сигнальный пептид, спейсерные пептиды и сайты расщепления. [3] Последовательность сигнального пептида направляет белок на секреторный путь, начинающийся в эндоплазматическом ретикулуме . Последовательность сигнального пептида удаляется в эндоплазматическом ретикулуме, давая пропептид. Пропептид перемещается в аппарат Гольджи , где он протеолитически расщепляется и обрабатывается в несколько пептидов. Пептиды упаковываются в плотные везикулы ядра, где могут происходить дальнейшее расщепление и обработка, такие как амидирование С-конца. Плотные везикулы ядра транспортируются по всему нейрону и могут высвобождать пептиды в синаптическую щель, тело клетки и вдоль аксона. [1] [4] [5] [6]

Механизм

Нейропептиды высвобождаются плотными везикулами ядра после деполяризации клетки. По сравнению с классической нейротрансмиттерной сигнализацией, нейропептидная сигнализация более чувствительна. Сродство рецептора нейропептида находится в диапазоне от наномолярного до микромолярного, в то время как сродство нейротрансмиттера находится в диапазоне от микромолярного до миллимолярного. Кроме того, плотные везикулы ядра содержат небольшое количество нейропептида (3–10 мМ) по сравнению с синаптическими везикулами, содержащими нейротрансмиттеры (например, 100 мМ для ацетилхолина). [7] Данные показывают, что нейропептиды высвобождаются после высокочастотной активации или всплесков, что отличает высвобождение плотной везикулы ядра от высвобождения синаптической везикулы. [4] Нейропептиды используют объемную передачу и не быстро поглощаются обратно, что позволяет диффузии через широкие области (от нм до мм) достигать целей. Почти все нейропептиды связываются с рецепторами, сопряженными с G-белком (GPCR), вызывая каскады вторичных мессенджеров для модуляции нейронной активности в длительных временных масштабах. [1] [4] [5]

Экспрессия нейропептидов в нервной системе разнообразна. Нейропептиды часто высвобождаются совместно с другими нейропептидами и нейротрансмиттерами, что приводит к разнообразию эффектов в зависимости от комбинации высвобождения. [5] [8] Например, вазоактивный кишечный пептид обычно высвобождается совместно с ацетилхолином. [9] Выделение нейропептидов также может быть специфическим. Например, у личинок Drosophila гормон вылупления экспрессируется всего в двух нейронах. [6]

Рецепторные мишени

Большинство нейропептидов действуют на рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR). Нейропептид-GPCR делятся на два семейства: родопсин-подобные и класс секретинов. [10]   Большинство пептидов активируют один GPCR, в то время как некоторые активируют несколько GPCR (например, AstA, AstC, DTK). [8] Связывающие связи пептид-GPCR высоко консервативны у животных. Помимо консервативных структурных связей, некоторые функции пептид-GPCR также консервативны у всего животного мира. Например, сигнализация нейропептида F/нейропептида Y структурно и функционально консервативна у насекомых и млекопитающих. [8]

Хотя пептиды в основном нацелены на метаботропные рецепторы, есть некоторые доказательства того, что нейропептиды связываются с другими рецепторными мишенями. Пептид-управляемые ионные каналы (FMRFамид-управляемые натриевые каналы) были обнаружены у улиток и гидры. [11] Другие примеры не-GPCR-мишеней включают: инсулиноподобные пептиды и тирозинкиназные рецепторы у дрозофилы и предсердный натрийуретический пептид и гормон эклозии с мембраносвязанными гуанилатциклазными рецепторами у млекопитающих и насекомых. [12]

Действия

Благодаря своей модуляторной и диффузионной природе нейропептиды могут действовать в различных временных и пространственных масштабах. Ниже приведены некоторые примеры действия нейропептидов:

Corelease

Нейропептиды часто высвобождаются совместно с другими нейротрансмиттерами и нейропептидами для модуляции синаптической активности. Синаптические везикулы и плотные везикулы ядра могут иметь дифференциальные активационные свойства для высвобождения, что приводит к контекстно-зависимым комбинациям высвобождения ядра. [13] [14] [15] Например, двигательные нейроны насекомых являются глутаматергическими , и некоторые из них содержат плотные везикулы ядра с проктолином . При низкочастотной активации высвобождается только глутамат, что приводит к быстрому и стремительному возбуждению мышцы. Однако при высокочастотной активации плотные везикулы ядра высвобождают проктолин, вызывая длительные сокращения. [16] Таким образом, высвобождение нейропептида можно точно настроить для модуляции синаптической активности в определенных контекстах.

Некоторые регионы нервной системы специализируются на высвобождении различных наборов пептидов. Например, гипоталамус и гипофиз высвобождают пептиды (например, ТРГ, ГнРГ, КРГ, ССТ), которые действуют как гормоны [17] [18] В одной субпопуляции дугообразного ядра гипоталамуса ко-экспрессируются три анорексических пептида: α-меланоцит-стимулирующий гормон (α-МСГ), галанин-подобный пептид и кокаин-амфетамин-регулируемый транскрипт (CART), а в другой субпопуляции ко-экспрессируются два орексигенных пептида: нейропептид Y и агути -родственный пептид (AGRP). [19] Все эти пептиды высвобождаются в разных комбинациях, чтобы сигнализировать о голоде и насыщении. [20]

Ниже приведен список нейроактивных пептидов, коррелирующих с другими нейротрансмиттерами. Названия трансмиттеров выделены жирным шрифтом.

Норадреналин (норэпинефрин). В нейронах группы клеток А2 в ядре одиночного пути норадреналин сосуществует с:

ГАМК

Ацетилхолин

Дофамин

Эпинефрин (адреналин)

Серотонин (5-HT)

Некоторые нейроны вырабатывают несколько различных пептидов. Например, вазопрессин сосуществует с динорфином и галанином в крупноклеточных нейронах супраоптического ядра и паравентрикулярного ядра , а также с CRF (в мелкоклеточных нейронах паравентрикулярного ядра ).

Окситоцин в супраоптическом ядре сосуществует с энкефалином , динорфином , кокаин- и амфетамин-регулируемым транскриптом (CART) и холецистокинином .

Эволюция нейропептидной сигнализации

Пептиды — это древние сигнальные системы, которые встречаются почти у всех животных на Земле. [21] [22] Секвенирование генома выявило наличие генов нейропептидов у Cnidaria , Ctenophora и Placozoa , некоторых из древнейших ныне живущих животных с нервной системой или нейроподобными тканями. [23] [24] [25] [2] Недавние исследования также демонстрируют геномные доказательства наличия механизмов обработки нейропептидов у многоклеточных животных и хоанофлагеллят , что позволяет предположить, что передача нейропептидов может предшествовать развитию нервных тканей. [26] Кроме того, передача нейронных сигналов у Ctenophore и Placozoa является полностью пептидергической и не содержит основных аминных нейротрансмиттеров, таких как ацетилхолин, дофамин и серотонин. [27] [21] Это также позволяет предположить, что передача нейропептидов возникла раньше, чем передача аминных нейротрансмиттеров.

История исследования

В начале 1900-х годов химические посредники были грубо извлечены из целых мозгов и тканей животных и изучены на предмет их физиологических эффектов. В 1931 году фон Эйлер и Гаддум использовали аналогичный метод, чтобы попытаться выделить ацетилхолин, но вместо этого обнаружили пептидное вещество, которое вызывало физиологические изменения, включая сокращения мышц и снижение кровяного давления. Эти эффекты не были устранены с помощью атропина, что исключило это вещество как ацетилхолин. [28] [9]

У насекомых проктолин был первым нейропептидом, который был выделен и секвенирован. [29] [30] В 1975 году Элвин Старратт и Брайан Браун извлекли пептид из мышц задней кишки таракана и обнаружили, что его применение усиливает мышечные сокращения. Хотя Старратт и Браун изначально считали проктолин возбуждающим нейротрансмиттером, позже было подтверждено, что проктолин является нейромодуляторным пептидом. [31]

Дэвид де Вид впервые использовал термин «нейропептид» в 1970-х годах для обозначения пептидов, полученных из нервной системы. [3] [7]

Ссылки

  1. ^ abc Mains RE, Эйппер Б.А. (1999). «Нейропептиды». Основная нейрохимия (6-е изд.). Липпинкотт-Рэйвен. ISBN 978-0-397-51820-3.
  2. ^ ab Elphick MR, Mirabeau O, Larhammar D (февраль 2018 г.). « Эволюция систем нейропептидной сигнализации». Журнал экспериментальной биологии . 221 (Pt 3): jeb151092. doi :10.1242/jeb.151092. PMC 5818035. PMID  29440283. 
  3. ^ ab "nEUROSTRESSPEP: Нейропептиды насекомых". www.neurostresspep.eu . Получено 25 августа 2021 г. .
  4. ^ abc Hökfelt T, Bartfai T, Bloom F (август 2003 г.). «Нейропептиды: возможности для открытия лекарств». The Lancet. Neurology . 2 (8): 463–472. doi :10.1016/S1474-4422(03)00482-4. PMID  12878434. S2CID  23326450.
  5. ^ abc Russo AF (май 2017). «Обзор нейропептидов: пробуждение чувств?». Головная боль . 57 (Suppl 2): ​​37–46. doi :10.1111/head.13084. PMC 5424629. PMID  28485842 . 
  6. ^ ab Nässel DR, Zandawala M (август 2019). «Последние достижения в области передачи сигналов нейропептидов у дрозофилы, от генов до физиологии и поведения». Progress in Neurobiology . 179 : 101607. doi : 10.1016/j.pneurobio.2019.02.003. PMID  30905728. S2CID  84846652.
  7. ^ ab Mains RE, Eipper BA (1999). "Нейропептиды". Основы нейрохимии: молекулярные, клеточные и медицинские аспекты. 6-е издание . Lippincott-Raven.
  8. ^ abc Nässel DR, Winther AM (сентябрь 2010 г.). «Нейропептиды дрозофилы в регуляции физиологии и поведения». Progress in Neurobiology . 92 (1): 42–104. doi :10.1016/j.pneurobio.2010.04.010. PMID  20447440. S2CID  24350305.
  9. ^ ab Dori I, Parnavelas JG (июль 1989). «Холинэргическая иннервация коры головного мозга крысы показывает две различные фазы развития». Experimental Brain Research . 76 (2): 417–423. doi :10.1007/BF00247899. PMID  2767193. S2CID  19504097.
  10. ^ Броди Т., Кравчик А. (июль 2000 г.). «Рецепторы, сопряженные с G-белком Drosophila melanogaster». Журнал клеточной биологии . 150 (2): F83–F88. doi :10.1083/jcb.150.2.f83. PMC 2180217. PMID  10908591 . 
  11. ^ Dürrnagel S, Kuhn A, Tsiairis CD, Williamson M, Kalbacher H, Grimmelikhijzen CJ, et al. (Апрель 2010). «Три гомологичные субъединицы образуют высокоаффинный пептид-управляемый ионный канал в гидре». Журнал биологической химии . 285 (16): 11958–11965. doi : 10.1074/jbc.M109.059998 . PMC 2852933. PMID  20159980 . 
  12. ^ Chang JC, Yang RB, Adams ME, Lu KH (август 2009 г.). «Рецепторные гуанилилциклазы в клетках инков, нацеленные на гормон эклозии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (32): 13371–13376. Bibcode : 2009PNAS..10613371C. doi : 10.1073/pnas.0812593106 . PMC 2726410. PMID  19666575 . 
  13. ^ Nässel DR (23 марта 2018 г.). «Субстраты для нейрональной котрансмиссии с нейропептидами и низкомолекулярными нейротрансмиттерами у дрозофилы». Frontiers in Cellular Neuroscience . 12 : 83. doi : 10.3389/fncel.2018.00083 . PMC 5885757. PMID  29651236. 
  14. ^ van den Pol AN (октябрь 2012 г.). «Передача нейропептидов в мозговых цепях». Neuron . 76 (1): 98–115. doi :10.1016/j.neuron.2012.09.014. PMC 3918222 . PMID  23040809. 
  15. ^ Nusbaum MP, Blitz DM, Swensen AM, Wood D, Marder E (март 2001 г.). «Роль котрансмиссии в модуляции нейронных сетей». Trends in Neurosciences . 24 (3): 146–154. doi :10.1016/S0166-2236(00)01723-9. PMID  11182454. S2CID  8994646.
  16. ^ Адамс ME, О'Ши M (июль 1983). «Пептидный котрансмиттер в нервно-мышечном соединении». Science . 221 (4607): 286–289. Bibcode :1983Sci...221..286A. doi :10.1126/science.6134339. PMID  6134339.
  17. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1977 года". NobelPrize.org . Получено 15 декабря 2021 г. .
  18. ^ Childs GV, Westlund KN, Tibolt RE, Lloyd JM (сентябрь 1991 г.). «Гипоталамические регуляторные пептиды и их рецепторы: цитохимические исследования их роли в регуляции на аденогипофизарном уровне». Journal of Electron Microscopy Technique . 19 (1): 21–41. doi :10.1002/jemt.1060190104. PMID  1660066.
  19. ^ Лау Дж., Фарзи А., Ци Ю, Хейлбронн Р., Мицш М., Ши Ю.К., Херцог Х. (январь 2018 г.). «Нейроны CART в дугообразном ядре и латеральной области гипоталамуса оказывают дифференциальный контроль над энергетическим гомеостазом». Молекулярный метаболизм . 7 : 102–118. doi :10.1016/j.molmet.2017.10.015. ПМЦ 5784325 . ПМИД  29146410. 
  20. ^ Luckman SM, Lawrence CB (март 2003 г.). «Аноректические пептиды ствола мозга: больше деталей головоломки». Trends in Endocrinology and Metabolism . 14 (2): 60–65. doi :10.1016/S1043-2760(02)00033-4. PMID  12591175. S2CID  25055675.
  21. ^ ab Schooofs L, De Loof A, Van Hiel MB (январь 2017 г.). «Нейропептиды как регуляторы поведения насекомых». Annual Review of Entomology . 62 : 35–52. doi : 10.1146/annurev-ento-031616-035500 . PMID  27813667.
  22. ^ Jékely G (март 2021 г.). «Химическая гипотеза мозга о происхождении нервных систем». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences . 376 (1821): 20190761. doi :10.1098 / rstb.2019.0761. PMC 7935135. PMID  33550946. 
  23. ^ Сачкова М.Ю., Нордманн Е.Л., Сото-Анхель Дж.Дж., Мида Ю., Гурски Б., Науманн Б. и др. (декабрь 2021 г.). «Нейропептидный репертуар и 3D-анатомия нервной системы гребневиков». Современная биология . 31 (23): 5274–5285.e6. дои : 10.1016/j.cub.2021.09.005 . PMID  34587474. S2CID  238210404.
  24. ^ Takahashi T, Takeda N (январь 2015 г.). «Взгляд на молекулярное и функциональное разнообразие нейропептидов книдарий». International Journal of Molecular Sciences . 16 (2): 2610–2625. doi : 10.3390/ijms16022610 . PMC 4346854. PMID  25625515. 
  25. ^ Mirabeau O, Joly JS (май 2013 г.). «Молекулярная эволюция пептидергических сигнальных систем у билатерий». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (22): E2028–E2037. Bibcode : 2013PNAS..110E2028M. doi : 10.1073/pnas.1219956110 . PMC 3670399. PMID  23671109 . 
  26. ^ Яньес-Гуэрра Л.А., Тиль Д., Жекели Дж. (апрель 2022 г.). «Преметазойное происхождение передачи нейропептидных сигналов». Молекулярная биология и эволюция . 39 (4): msac051. doi : 10.1093/molbev/msac051. ПМЦ 9004410 . ПМИД  35277960. 
  27. ^ Varoqueaux F, Williams EA, Grandemange S, Truscello L, Kamm K, Schierwater B, et al. (Ноябрь 2018 г.). «Высокое клеточное разнообразие и сложная пептидергическая сигнализация лежат в основе поведения плакозоев». Current Biology . 28 (21): 3495–3501.e2. doi : 10.1016/j.cub.2018.08.067 . PMID  30344118. S2CID  53044824.
  28. ^ V Euler US, Gaddum JH (июнь 1931 г.). «Неопознанное депрессорное вещество в определенных тканевых экстрактах». Журнал физиологии . 72 (1): 74–87. doi :10.1113/jphysiol.1931.sp002763. PMC 1403098. PMID  16994201 . 
  29. ^ Lange AB, Orchard I (2006). «Проктолин у насекомых». Справочник по биологически активным пептидам . стр. 177–181. doi :10.1016/B978-012369442-3/50030-1. ISBN 9780123694423.
  30. ^ Starratt AN, Brown BE (октябрь 1975). «Структура пентапептида проктолина, предполагаемого нейротрансмиттера у насекомых». Life Sciences . 17 (8): 1253–1256. doi :10.1016/0024-3205(75)90134-4. PMID  576.
  31. ^ Танака Y (2016). «Проктолин». Справочник по гормонам . doi :10.1016/B978-0-12-801028-0.00067-2. ISBN 9780128010280.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Нейропептиды.
Найдите значение слова «нейропептид» в Викисловаре, бесплатном словаре.