нейропептид
Нейропептиды — это химические посланники, состоящие из небольших цепочек аминокислот , которые синтезируются и высвобождаются нейронами . Нейропептиды обычно связываются с рецепторами, связанными с G-белком (GPCR), для модуляции активности нейронов и других тканей, таких как кишечник, мышцы и сердце.
Нейропептиды синтезируются из крупных белков-предшественников, которые расщепляются и посттрансляционно процессируются, а затем упаковываются в плотные сердцевинные везикулы . Нейропептиды часто высвобождаются совместно с другими нейропептидами и нейротрансмиттерами в одном нейроне, что приводит к множеству эффектов. После высвобождения нейропептиды могут широко диффундировать, воздействуя на широкий круг целей.
Нейропептиды — чрезвычайно древние и весьма разнообразные химические посланники. Плакозоя, такие как трихоплакс , чрезвычайно базальные животные, не имеющие нейронов, используют пептиды для межклеточной коммуникации аналогично нейропептидам высших животных.
Примеры
[ редактировать ] |
Пептидные сигналы играют роль в обработке информации, отличную от роли обычных нейротрансмиттеров, и многие из них, по-видимому, особенно связаны с определенным поведением. Например, окситоцин и вазопрессин оказывают поразительное и специфическое влияние на социальное поведение, включая материнское поведение и формирование пар. CCAP выполняет 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 и линьке кутикулы.
Синтез
[ редактировать ]Нейропептиды синтезируются из неактивных белков-предшественников, называемых препропептидами. [1] Препропептиды содержат последовательности семейства различных пептидов и часто содержат дублированные копии одних и тех же пептидов, в зависимости от организма. [2] Помимо последовательностей пептидов-предшественников, препропептиды также содержат сигнальный пептид, спейсерные пептиды и сайты расщепления. [3] Последовательность сигнального пептида направляет белок по секреторному пути, начиная с эндоплазматической сети . Последовательность сигнального пептида удаляется в эндоплазматическом ретикулуме, образуя пропептид. Пропептид попадает в аппарат Гольджи , где протеолитически расщепляется и преобразуется в множество пептидов. Пептиды упакованы в везикулы с плотным ядром, где могут происходить дальнейшее расщепление и процессинг, например, С-концевое амидирование. Везикулы с плотным ядром транспортируются по всему нейрону и могут высвобождать пептиды в синаптической щели, теле клетки и вдоль аксона. [1] [4] [5] [6]
Механизм
[ редактировать ]Нейропептиды высвобождаются везикулами с плотным ядром после деполяризации клетки. По сравнению с классической передачей сигналов нейромедиаторов , передача сигналов нейропептидов более чувствительна. Сродство к нейропептидным рецепторам находится в диапазоне от наномолярного до микромолярного, тогда как сродство к нейромедиаторам находится в диапазоне от микромолярного до миллимолярного. Кроме того, везикулы с плотным ядром содержат небольшое количество нейропептида (3–10 мМ) по сравнению с синаптическими везикулами, содержащими нейротрансмиттеры (например, 100 мМ ацетилхолина). [7] Данные показывают, что нейропептиды высвобождаются после высокочастотных импульсов или всплесков, что отличает везикулу с плотным ядром от высвобождения синаптической везикулы. [4] Нейропептиды используют объемную передачу и не быстро перезахватываются, что позволяет диффузии по широким площадям (от нм до мм) достигать целей. Почти все нейропептиды связываются с рецепторами, связанными с G-белком (GPCR), индуцируя 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] Высвобождение нейропептидов также может быть специфическим. у личинок дрозофилы гормон эклозии экспрессируется всего в двух нейронах. Например, [6]
Целевые рецепторы
[ редактировать ]Большинство нейропептидов действуют на рецепторы, связанные с G-белком (GPCR). Нейропептиды-GPCR делятся на два семейства: родопсин-подобные и класс секретинов. [10] Большинство пептидов активируют один GPCR, тогда как некоторые активируют несколько GPCR (например, AstA, AstC, DTK). [8] Отношения связывания пептид-GPCR высоко консервативны у животных. Помимо консервативных структурных взаимоотношений, некоторые функции пептида-GPCR также консервативны во всем животном мире. Например, передача сигналов нейропептид F/нейропептид Y структурно и функционально консервативна у насекомых и млекопитающих. [8]
Хотя пептиды в основном нацелены на метаботропные рецепторы, есть некоторые свидетельства того, что нейропептиды связываются с другими рецепторами-мишенями. Пептид-управляемые ионные каналы (FMRFамид-управляемые натриевые каналы) были обнаружены у улиток и гидры. [11] Другие примеры мишеней, не относящихся к GPCR, включают: инсулиноподобные пептиды и тирозинкиназные рецепторы у дрозофилы , а также предсердный натрийуретический пептид и гормон эклозии с мембраносвязанными рецепторами гуанилилциклазы у млекопитающих и насекомых. [12]
Действия
[ редактировать ]Благодаря своей модулирующей и диффузионной природе нейропептиды могут действовать во многих временных и пространственных масштабах. Ниже приведены некоторые примеры действия нейропептидов:
Corelease
[ редактировать ]Нейропептиды часто высвобождаются совместно с другими нейротрансмиттерами и нейропептидами для модуляции синаптической активности. Синаптические везикулы и везикулы с плотным ядром могут иметь различные свойства активации высвобождения, что приводит к контекстно-зависимым комбинациям кор-высвобождения. [13] [14] [15] Например, мотонейроны насекомых являются глутаматергическими , а некоторые содержат плотные сердцевинные везикулы с проктолином . При низкочастотной активации высвобождается только глутамат, что приводит к быстрому и быстрому возбуждению мышцы. Однако при высокочастотной активации везикулы с плотным ядром выделяют проктолин, вызывая длительные сокращения. [16] Таким образом, высвобождение нейропептидов можно точно настроить для модуляции синаптической активности в определенных контекстах.
Некоторые области нервной системы специализируются на выработке определенных наборов пептидов. Например, гипоталамус и гипофиз выделяют пептиды (например, TRH, GnRH, CRH, SST), которые действуют как гормоны. [17] [18] В одной субпопуляции дугообразного ядра гипоталамуса транскрипт , три аноректических совместно экспрессируются пептида: α-меланоцитстимулирующий гормон (α-MSH), галанинподобный пептид и регулируемый кокаином и амфетамином (CART), и в другой субпопуляции два орексигенных совместно экспрессируются пептида: нейропептид Y и пептид, родственный агути (AGRP). [19] Все эти пептиды высвобождаются в различных комбинациях, сигнализируя о голоде и насыщении. [20]
Ниже приводится список нейроактивных пептидов, выделяемых совместно с другими нейротрансмиттерами. Имена передатчиков выделены жирным шрифтом.
Норадреналин (норадреналин).В нейронах группы клеток А2 ядра одиночного тракта норадреналин сосуществует с:
Эпинефрин (адреналин)
Серотонин (5-НТ)
Некоторые нейроны производят несколько разных пептидов. Например, вазопрессин сосуществует с динорфином и галанином в магноцеллюлярных нейронах супраоптического ядра и паравентрикулярного ядра , а также с CRF (в парвоцеллюлярных нейронах паравентрикулярного ядра )
Окситоцин в супраоптическом ядре сосуществует с энкефалином , динорфином , транскриптом, регулируемым кокаином и амфетамином (CART), и холецистокинином .
Эволюция нейропептидной сигнализации
[ редактировать ]Пептиды — это древние сигнальные системы, которые встречаются практически у всех животных на Земле. [21] [22] Секвенирование генома выявило наличие генов нейропептидов у Cnidaria , Ctenophora и Placozoa , некоторых из старейших ныне живущих животных с нервной системой или нервоподобными тканями. [23] [24] [25] [2] Недавние исследования также продемонстрировали геномные доказательства наличия механизмов обработки нейропептидов у многоклеточных животных и хоанофлагеллят , что позволяет предположить, что передача сигналов нейропептидов может предшествовать развитию нервных тканей. [26] Кроме того, нейронная передача сигналов гребневиков и Placozoa полностью пептидергическая и в ней отсутствуют основные аминные нейротрансмиттеры, такие как ацетилхолин, дофамин и серотонин. [27] [21] Это также предполагает, что передача сигналов нейропептидов развилась раньше, чем аминные нейротрансмиттеры.
История исследований
[ редактировать ]В начале 1900-х годов химические посланники были грубо извлечены из мозга и тканей целых животных и изучены на предмет их физиологического воздействия. 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 мышечные сокращения и снижение артериального давления. Эти эффекты не были устранены при использовании атропина, что исключило такое 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 первоначально считали проктолин возбуждающим нейротрансмиттером, позже было подтверждено, что проктолин является нейромодулирующим пептидом. [31]
Дэвид де Вид впервые использовал термин «нейропептид» в 1970-х годах для обозначения пептидов, полученных из нервной системы. [3] [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Сеть RE, Эйппер Б.А. (1999). «Нейропептиды» . Основная нейрохимия (6-е изд.). Липпинкотт-Рэйвен. ISBN 978-0-397-51820-3 .
- ^ Jump up to: а б Элфик М.Р., Мирабо О., Лархаммар Д. (февраль 2018 г.). «Эволюция нейропептидных сигнальных систем» . Журнал экспериментальной биологии . 221 (Часть 3): jeb151092. дои : 10.1242/jeb.151092 . ПМК 5818035 . ПМИД 29440283 .
- ^ Jump up to: а б «nEUROSTRESSPEP: Нейропептиды насекомых» . www.neurostresspep.eu . Проверено 25 августа 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Хёкфельт Т., Бартфай Т., Блум Ф. (август 2003 г.). «Нейропептиды: возможности для открытия лекарств». «Ланцет». Неврология . 2 (8): 463–472. дои : 10.1016/S1474-4422(03)00482-4 . ПМИД 12878434 . S2CID 23326450 .
- ^ Jump up to: а б с Руссо АФ (май 2017 г.). «Обзор нейропептидов: пробуждение чувств?» . Головная боль . 57 (Приложение 2): 37–46. дои : 10.1111/head.13084 . ПМЦ 5424629 . ПМИД 28485842 .
- ^ Jump up to: а б Нэссель Д.Р., Зандавала М. (август 2019 г.). «Последние достижения в передаче сигналов нейропептидов у дрозофилы, от генов до физиологии и поведения». Прогресс нейробиологии . 179 : 101607. doi : 10.1016/j.pneurobio.2019.02.003 . ПМИД 30905728 . S2CID 84846652 .
- ^ Jump up to: а б Сеть RE, Эйппер Б.А. (1999). «Нейропептиды» . Базовая нейрохимия: молекулярные, клеточные и медицинские аспекты. 6-е издание . Липпинкотт-Рэйвен.
- ^ Jump up to: а б с Нэссель Д.Р., Винтер AM (сентябрь 2010 г.). «Нейропептиды дрозофилы в регуляции физиологии и поведения». Прогресс нейробиологии . 92 (1): 42–104. doi : 10.1016/j.pneurobio.2010.04.010 . ПМИД 20447440 . S2CID 24350305 .
- ^ Jump up to: а б Дори I, Парнавелас Дж.Г. (июль 1989 г.). «Холинергическая иннервация коры головного мозга крысы демонстрирует две различные фазы развития». Экспериментальное исследование мозга . 76 (2): 417–423. дои : 10.1007/BF00247899 . ПМИД 2767193 . S2CID 19504097 .
- ^ Броди Т., Кравчик А (июль 2000 г.). «Рецепторы, связанные с G-белком Drosophila melanogaster» . Журнал клеточной биологии . 150 (2): Ф83–Ф88. дои : 10.1083/jcb.150.2.f83 . ПМК 2180217 . ПМИД 10908591 .
- ^ Дюрнагель С., Кун А., Циайрис С.Д., Уильямсон М., Калбахер Х., Гриммелихуйзен С.Дж. и др. (апрель 2010 г.). «Три гомологичные субъединицы образуют у гидры высокоаффинный пептид-управляемый ионный канал» . Журнал биологической химии . 285 (16): 11958–11965. дои : 10.1074/jbc.M109.059998 . ПМЦ 2852933 . ПМИД 20159980 .
- ^ Чанг Дж.К., Ян Р.Б., Адамс М.Э., Лу К.Х. (август 2009 г.). «Рецептор гуанилилциклазы в клетках Inka, на который воздействует гормон эклозии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (32): 13371–13376. Бибкод : 2009PNAS..10613371C . дои : 10.1073/pnas.0812593106 . ПМК 2726410 . ПМИД 19666575 .
- ^ Нэссель Д.Р. (23 марта 2018 г.). «Субстраты для нейрональной котрансмиссии с нейропептидами и низкомолекулярными нейротрансмиттерами у дрозофилы » . Границы клеточной нейронауки . 12:83 . дои : 10.3389/fncel.2018.00083 . ПМЦ 5885757 . ПМИД 29651236 .
- ^ ван ден Пол А.Н. (октябрь 2012 г.). «Передача нейропептидов в цепях мозга» . Нейрон . 76 (1): 98–115. дои : 10.1016/j.neuron.2012.09.014 . ПМЦ 3918222 . ПМИД 23040809 .
- ^ Нусбаум MP, Blitz DM, Свенсен AM, Вуд Д, Мардер Э (март 2001 г.). «Роль совместной передачи в модуляции нейронных сетей». Тенденции в нейронауках . 24 (3): 146–154. дои : 10.1016/S0166-2236(00)01723-9 . ПМИД 11182454 . S2CID 8994646 .
- ^ Адамс М.Э., О'Ши М. (июль 1983 г.). «Пептидный котрансмиттер в нервно-мышечном соединении». Наука . 221 (4607): 286–289. Бибкод : 1983Sci...221..286A . дои : 10.1126/science.6134339 . ПМИД 6134339 .
- ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1977 года» . NobelPrize.org . Проверено 15 декабря 2021 г.
- ^ Чайлдс Г.В., Вестлунд К.Н., Тиболт Р.Э., Ллойд Дж.М. (сентябрь 1991 г.). «Регуляторные пептиды гипоталамуса и их рецепторы: цитохимические исследования их роли в регуляции на аденогипофизарном уровне». Журнал техники электронной микроскопии . 19 (1): 21–41. дои : 10.1002/jemt.1060190104 . ПМИД 1660066 .
- ^ Лау Дж., Фарци А., Ци Ю., Хейлбронн Р., Мицш М., Ши Ю.К., Херцог Х. (январь 2018 г.). «Нейроны CART в дугообразном ядре и латеральной области гипоталамуса осуществляют дифференциальный контроль над энергетическим гомеостазом» . Молекулярный метаболизм . 7 : 102–118. дои : 10.1016/j.molmet.2017.10.015 . ПМК 5784325 . ПМИД 29146410 .
- ^ Лакман С.М., Лоуренс CB (март 2003 г.). «Аноректические пептиды ствола мозга: еще кусочки головоломки». Тенденции в эндокринологии и обмене веществ . 14 (2): 60–65. дои : 10.1016/S1043-2760(02)00033-4 . ПМИД 12591175 . S2CID 25055675 .
- ^ Jump up to: а б Шуфс Л., Де Луф А., Ван Хил М.Б. (январь 2017 г.). «Нейропептиды как регуляторы поведения насекомых» . Ежегодный обзор энтомологии . 62 : 35–52. doi : 10.1146/annurev-ento-031616-035500 . ПМИД 27813667 .
- ^ Жекели Дж. (март 2021 г.). «Химическая гипотеза мозга о происхождении нервной системы» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 376 (1821): 20190761. doi : 10.1098/rstb.2019.0761 . ПМЦ 7935135 . ПМИД 33550946 .
- ^ 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 . ПМИД 34587474 . S2CID 238210404 .
- ^ Такахаши Т., Такеда Н. (январь 2015 г.). «Понимание молекулярного и функционального разнообразия нейропептидов книдарий» . Международный журнал молекулярных наук . 16 (2): 2610–2625. дои : 10.3390/ijms16022610 . ПМЦ 4346854 . ПМИД 25625515 .
- ^ Мирабо О., Жоли Дж.С. (май 2013 г.). «Молекулярная эволюция пептидергических сигнальных систем у билатерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (22): E2028–E2037. Бибкод : 2013PNAS..110E2028M . дои : 10.1073/pnas.1219956110 . ПМЦ 3670399 . ПМИД 23671109 .
- ^ Яньес-Гуэрра Л.А., Тиль Д., Жекели Дж. (апрель 2022 г.). «Преметазойное происхождение передачи нейропептидных сигналов» . Молекулярная биология и эволюция . 39 (4): msac051. дои : 10.1093/molbev/msac051 . ПМЦ 9004410 . ПМИД 35277960 .
- ^ Варокко Ф., Уильямс Э.А., Грандеманж С., Труселло Л., Камм К., Шируотер Б. и др. (ноябрь 2018 г.). «Высокое клеточное разнообразие и сложная пептидергическая передача сигналов лежат в основе поведения плакозоа» . Современная биология . 28 (21): 3495–3501.e2. дои : 10.1016/j.cub.2018.08.067 . ПМИД 30344118 . S2CID 53044824 .
- ^ В. Эйлер США, Гаддум Дж. Х. (июнь 1931 г.). «Неопознанное депрессорное вещество в экстрактах некоторых тканей» . Журнал физиологии . 72 (1): 74–87. дои : 10.1113/jphysicalol.1931.sp002763 . ПМК 1403098 . ПМИД 16994201 .
- ^ Ланге AB, Сад I (2006). «Проктолин у насекомых». Справочник биологически активных пептидов . стр. 177–181. дои : 10.1016/B978-012369442-3/50030-1 . ISBN 9780123694423 .
- ^ Старратт А.Н., Браун Б.Е. (октябрь 1975 г.). «Структура пентапептида проктолина, предполагаемого нейромедиатора у насекомых». Науки о жизни . 17 (8): 1253–1256. дои : 10.1016/0024-3205(75)90134-4 . ПМИД 576 .
- ^ Танака Ю. (2016). «Проктолин». Справочник по гормонам . дои : 10.1016/B978-0-12-801028-0.00067-2 . ISBN 9780128010280 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Нейропептидный журнал
- Справочный веб-сайт нейропептидов (полная база данных нейропептидов)
- «Нейропептиды» Серия электронных книг
- Глава о нейропептидах в «Wormbook» C. elegans отличное и очень доступное обсуждение биологии нейропептидов C. elegans.
