Вероятно, первым нейропептидом, который был идентифицирован, был вазопрессин - пептид из девяти аминокислот, секретируемый нервными окончаниями в задней доле гипофиза. Источником вазопрессина являются магноцеллюлярные нейроны гипоталамуса, которые посылают аксоны в нейрогипофиз, являющимся местом высвобождения вазопрессина в кровь, классическим нейросекреторным способом. Как и вазопрессин, ряд желудочно-кишечных пептидов, таких как холецистокинин ( CCK) , также обнаруживаются в высоких концентрациях в нервной системе. В желудочно-кишечной (GI) системе холицистокинин секретируется двенадцатиперстной кишкой и регулирует доставку пищеварительных ферментов и желчных кислот в кишечник. В отличие от вазопрессина и CCK, факторами высвобождения гормонов гипофиза являются пептиды гипоталамуса , поступающие в особую портальную систему крови, которая омывает переднюю часть гипофиза, контролируя секрецию гормонов гипофиза. В этой системе термин «портал» означает два последовательных капиллярных ложа, одно в гипоталамусе и одно в передней части гипофиза. Субстанция Р было сначала очищено и выделено в виде «сиалогогенного пептида», вызывающего слюноотделение. В настоящее время субстанция P признано в качестве основного биологически активного пептида во многих нейрональных путях, включая передачу сигналов боли. Важно отметить, что количество известных нейропептидов намного превышает количество классических нейротрансмиттеров.
Как гамма - аминомаслянная кислота , так и глутамат, которые отличаются только одной карбоксильной группой, но имеют очень разные функции, многие нейропептиды с похожими структурами реализую очень разные функции.
Вазопрессин и окситоцин являются двумя основными нейрогипофизарными пептидами, каждый из которых состоит из девяти аминокислот. Эти два пептида идентичны по семи из этих остатков и, как полагают, являются результатом дупликации генов в начале эволюции. Действие этих двух пептидов различно: окситоцин вызывает выделение молока и сокращение матки, а вазопрессин вызывает задержку воды в почках и сокращение кровеносных сосудов.
Аналогично, опиатные пептиды имеют общую последовательность Tyr-Gly-Gly-Phe-Met / Leu и NH 2 конец, и все они являются мощными эндогенными опиатами, но с различными типами селективности в отношении различных классов опиатных рецепторов. Три гликопротеиновых гормона из передней доли гипофиза, тиреотропный гормон , лютеинизирующий гормон и фолликулостимулирующий гормон , имеют общую α-субъединицу, но имеют различные β-субъединицы, и только димер αβ является биологически активным. Места действия CCK и гастрина различны: гастрин стимулирует секрецию кислоты желудка , а CCK стимулирует доставку ферментов и желчных кислот в тонкую кишку. Интересно, что обычный COOH-концевой тетрапептид, хотя и неактивен в желудочно-кишечном тракте, в изобилии присутствует в коре головного мозга и обладает важными эффектами , в том числе, влияющими и на поведение.
В филогенетическом плане нейропептиды были созданы очень рано как молекулы, влияющие на межклеточную связь. У кишечнополостных, таких как Hydra , есть много пептидов, используемых в нейротрансмиссии, но многие из «обычных» нейротрансмиттерных систем, таких как ацетилхолин, катехоламины и серотонин не обнаружены.
Методы идентификации нейропептидов
Биоанализ является самым старым и надежным способом выявления биологически активных пептидов: анализ потемнения кожи привел к открытию α-меланотропина, повышенное слюноотделение было использовано для идентификации субстанции P, а холицистокинин был идентифицирован как фактор, вызывающий секрецию желчных кислот. Совсем недавно, с появлением радиорецепторных анализов, пептиды были идентифицированы по их способности связываться с известным рецептором и, таким образом, вытеснять лиганд или вызывать биологический ответ. Это был один из методов, используемых для поиска опиатных пептидов, для анализа пептидов, которые могут замещать [ 3 H] -эторфин или другие опиатные лиганды. Аналогично, некоторые из пептидов на обычно анализируются по их способности увеличивать активность аденилатциклазы в мембранных препаратах благодаря их стимулирующему взаимодействию с пептидными рецепторами. Использование относительно однородного тканевого источника, такого как гранулы хромафина надпочечников, позволило идентифицировать пептиды, полученные из хромогранина А.
Масс-спектрометрия используется для характеристики пептидов в некоторых крупных нейронах беспозвоночных. Как отмечалось выше, пептиды, важные для нервной системы, часто идентифицировались первыми в некотором периферическом источнике, таком как CCK в кишечнике, или даже в необычных местах, таких как кожа лягушки. Поскольку α-амидирование COOH-конца пептидов оказалось признаком биоактивных пептидов, были разработаны анализы, специфичные для COOH-терминальных α-амидов, которые были использованы для обнаружения нейропептида Y и некоторых других пептидов.
Молекулярно-биологические подходы были использованы для открытия многих новых пептидов. Гены нейропептида были клонированы из одного идентифицированного нейрона, такие как R3-14 и L5-67 пропептидов из Aplysia. Субтрактивные гибридизации и дифференциальный дисплей были использованы для скрининга уникальных транскриптов, что позволили идентифицировать гр ocaine и в mphetamine- гegulated т ranscript (ВОЗ) и RESP18, транскрипт дофамина-регулируемый. Наконец, скрининг с использованием орфанных рецепторов , у которых нет известных лигандов, использовался для обнаружения природных лигандов, таких как орфаниновый FQ или препроноцицептин.
Нейропептиды и нейротрансмиттеры
Во-первых, нейропептиды присутствуют в тканях в гораздо более низких концентрациях, чем классические нейротрансмиттеры, но также активны в рецепторах при соответственно более низких концентрациях. Например, концентрация ацетилхолина в синаптических пузырьках находится в 100 м m диапазоне , вт о время как концентрация нейропептида в большой плотной сердцевине везикула составляет от 3 до 10 м м в большинстве. Соответственно, сродство АХ для его рецепторов находится в 100 μ м до 1 м m диапазона, в то время как пептиды , как правило , связываются с их рецепторами с наномолярным к микромолярному сродству.
Вероятно, наиболее поразительное различие между нейропептидами и обычными нейротрансмиттерами заключается в их биосинтезе. Нейропептиды получают из более крупных неактивных предшественников, длина которых обычно составляет не менее 90 аминокислотных остатков. Простейшим примером является пролактин, продуцируемый гипофизом. Сигнальная последовательность пролактина должна быть удалена и дисульфидные связи должны образовываться, но дальнейшие расщепления не требуются. Следующий простейший случай - это соматостатин, в котором после одного расщепления после удаления сигнального пептида образуется биологически активный пептид. Нейропептид Y ( NPY) образуется из пронейропептида Y после удаления сигнального пептида, расщепления между NPY и С-концевой фланкирующий пептид NPY (CPON) и дополнительных модификаций. Одним интересным признаком, общим для пептидных предшественников у эволюционно более старых видов, является наличие нескольких копий одного и того же биологически активного пептида в одном предшественнике; это иллюстрируется предшественником FMRE- NH2 (Phe-Met-Arg-Phe-amide) с 29 копиями активного пептида. Даже у дрожжей используется аналогичный процесс, так что из предшественника α-матирующего фактора образуются четыре копии фактора α-спаривания. Предшественники с множественными копиями биологически активного пептида гораздо реже встречаются у эволюционно более продвинутых видов, хотяпредшественник TRH крысы содержит пять копий трипептида TRH.
Поставка обычных нейротрансмиттеров в небольших синаптических пузырьках пополняется в нервных окончаниях путем локального синтеза, и многие традиционные нейротрансмиттеры возвращаются после секреции. В противоположность этому нейропептиды первоначально синтезируются в клеточной соме, секвестрируются в просвете секреторного пути и транспортируются вниз по аксону во время расщепления и других процессов обработки, после чего используется содержащая пептид везикула с большой плотной сердцевиной (LDCV) один раз. . После экзоцитоза мембранные компоненты LDCV должны быть реинтернизированы и либо разрушены, либо использованы повторно после транспортировки в тело клетки. Таким образом, не происходит повторного использования синапсов ни нейропептидов, ни их непосредственных предшественников.
Экзоцитоз ( выделение ) является еще одной областью различий: обычные нейротрансмиттеры секретируются из небольших секреторных везикул (SSV) после того, как цитозольный [Ca 2+ ] временно достигает концентраций от 50 до 100 мкм , тогда как пептиды высвобождаются из LDCV при более низких концентрациях цитозольного [Ca 2+ ]. Считается, что обычное высвобождение нейротрансмиттера происходит очень близко к месту проникновения Ca.2+ тогда как нейропептиды обычно высвобождаются на расстоянии от места проникновения Ca 2+
Добавить комментарий