Neuropeptidek a stresszreakcióban és az emocionális viselkedésben

Az előadások a következő témára: "Neuropeptidek a stresszreakcióban és az emocionális viselkedésben"— Előadás másolata:

1 Neuropeptidek a stresszreakcióban és az emocionális viselkedésben
Dr. Kovács Krisztina Molekuláris Neuroendokrinológiai Laboratórium, MTA KOKI 2012.

2 Stressz és a stresszválasz
CRH CRH receptorok CRH család: urocortinok CRH család funkcionális heterogenitás Genetikailag módosított egér modellek ACTH elválasztást szabályzó egyéb neuropeptidek CRH és AVP Anxietás, depresszió és CRH

3 Selye explains STRESS – induced activation of HPA axis
Nature, July 4, 1936. A Syndrome produced by Diverse Nocuous Agents “…. a typical response appears, the symptoms of which are independent of the nature of the damaging agent… and represent rather a response to damage as such” H. Selye

4 Mi történik akut stresszben?
Hormonok? Légzés? Szivritmus? Vércukor? Metabolizmus? Alvás? Szex? Magatartás?

5 IMO -109 gén expressziója változik a 6016-ból
Megközelítés TOP-DOWN BOTTOM-UP Microarray IMO -109 gén expressziója változik a 6016-ból (Lee et al, MolBRE,2005)

6 IMO Stress-related changes of gene expression in hypothalamus
GenBank ID Fold Gene Function AI Scamp2 Secretory carrier membrane protein 2 AI Prkar1a Protein kinase, cAMPdependent regulatory, type I, a AI Tcof1 Treacher Collins Franceschetti syndrome 1, homolog AI Rps26 Ribosomal protein S26 AI Tcf4 Transcription factor 4(development, DNA binding) AI Solt SoxLZ/Sox6 leucine zipper binding protein in testis AI Atp9a ATPase, class II, type 9A (energy metabolism) AI Tapbp TAP binding protein (defense response) AI Capn10 Calpain 10 (diabetes development) AI Atp2a2 ATPase, Ca2+ . Stb A találatok között egy neuropeptid sincs

7 Megközelítés TOP-DOWN BOTTOM-UP 1948: G. Harris: hipotalamusz- hipofizis-mellékvese 1950: Guillemin, Shally: HT extraktum- ACTH-CORT =CRF 1981: Vale -CRH Mi tartott ennyi ideig???????? És miért?

8 CORTICOTROPIN-RELEASING HORMON: CRH
41 aminósavból álló neuropeptid 1981 Vale et al, SALK Institute Eloszlása a központi idegrendszerben: Hipotalamusz, paraventricularis mag: PVN Továbbá: cortex, bed nucleus of stria terminalis, centralis amygdala Elsősorban a hipofizis-mellékvese aktivációért felelős stresszben Stresszel kapcsolatos autonom és magatartási válaszreakciók Periféria: bél, bőr, mellékvese

9 CRH neuronok eloszlása a patkány agyban

10

11 CRH expresszió a PVN parvocellularis neuronjaiban
Basal ADX Stress

12 CRH mRNS expresszió a PVN-ben a CeA-ban és a BNST-ben-
A kortikoszteron kezelés hatása Schulkin et al, TINS. 2005

13 CRF RECEPTOROK

14 “gut-brain” neuropeptid receptorok családja
CRH RECEPTOROK “gut-brain” neuropeptid receptorok családja (calcitonin, VIP, PCAP, PTH, secretin GH-RH) GPCR - 7 TM domain Pozitivan csatolt az AC-hoz 2 különböző gén kódolja: crfr1 és crfr2 Splice variánsok Különböző szöveti eloszlás Species különbségek CRH R1 α, β és (c-h) = 70% CRH R2 α, β, γ (human) Perifériás szövetek (sziv, vázizomzat, GI) Hipofizis elülső lebeny KIR: kéreg, kisagy, olf. KIR: septum, HT (PVN) Choroid plexus CRH UCN I, II, III.

15 CRH RECEPTOROK ELOSZLÁSA A PATKÁNY AGYBAN
Piros: CRH1R Kék: CRH2R

16 UROCORTIN 40 aminosavból álló neuropeptid CRF család tagja 1995-ben fedezte fel Nagy affinitással kötődik a CRFR1, CRF2Ra, CRFRb-hez KIR: Edinger Westphal nucleus Periféria: emésztőtraktus,szívizomsejtek, reproduktiv (here), immun rendszerben (lép) Hatásai: csökkenti az étvágyat, anxiogén hatású, hat a szülésre és a placentára, immunmoduláns

17 Urocortin expresszió egér agyban
Kozicz

18 Urocortin-immunreaktivitás a patkány középagyban: EW
Bittencourt et al.JCN, 1999

19 Az Urocortin mRNS eloszlása patkány agyban
Az Urocortin és a CRH eloszlása nem fed át- különböző funkció? Skelton et al. Regul Peptides 2000.

20 UROCORTIN II (UcnII) (stresscopin-related peptid)
38 aminósav A CRF család tagja Felfedezése: Vale, Reyes, Salk Nagy affinitás a CRF2R-hoz, de nem kötődik a CRF1R-hez Eloszlása: PVN (magno) Nucleus arcuatus, Locus ceruleus, NTS Csökkenti az étvágyat, specifikusan az éjszakai táplálékfelvételt Nem fokozza a motoros aktivitást

21 UCN II mRNS expresszió a patkány agyban
Paraventricularis mag, magnocellularis subdivizió Locus ceruleus Facial motor nucleus (VII)

22 Ucn II microinjekció hatására aktiválódó agyterületek
Cellular activation patterns in response to central Ucn II microinjection. (A-C and E) Brightfield photomicrographs of immunoperoxidase preparations showing induced Fos expression in rats killed 2 h after i.c.v. injection of 1 μg of synthetic mouse Ucn II. Darkfield photomicrographs showing hybridization histochemical localization of CRF-R2 mRNA in regions corresponding to those illustrated in C and E are provided in D and F, respectively. Central Ucn injection provoked Fos induction primarily in a set of interconnected structures involved in central autonomic and neuroendocrine control, including the parvocellular division of the paraventricular nucleus (A), the central nucleus of the amygdala (B), and the nucleus of the solitary tract (NTS, C). Among these, only the NTS is a site of CRF-R2 expression (D). Other principal sites of CRF-R2 expression, including the ventromedial nucleus of the hypothalamus (F), failed to show Ucn II-induced Fos expression over the range of peptide doses examined (1–10 μg). (Magnification for all photomicrographs: ×75.) Reyes T M et al. PNAS 2001;98: ©2001 by The National Academy of Sciences

23 Effects of central Ucn II on food intake and gross motor activity.
Effects of central Ucn II on food intake and gross motor activity. (A) Mean (± SEM; n = 3–6 per group) cumulative nighttime food intake (g) following i.c.v. administration of 1 μg of CRF, Ucn, or Ucn II. Both CRF and Ucn significantly reduced food intake compared with saline-injected controls, beginning at 4 h postinjection, whereas the effect of Ucn II was not manifest until 6 h after treatment. *, P < (CRF and Ucn vs. saline); **, P < (CRF, Ucn, and Ucn II vs. saline). (B) Telemetric measures of gross motor activity were significantly elevated in animals that received i.c.v. injections of CRF; neither Ucn nor Ucn II significantly affected motor activity. *, P < (CRF vs. saline). Reyes T M et al. PNAS 2001;98: ©2001 by The National Academy of Sciences

24 hUCN II (icv) hatása patkány táplálékfelvételi magatartására

25 Az UCN II: Csökkenti az éjszakai evés mértékét Nem változtatja az evés frekvenciáját UCN II hatására kevesebbet esznek és lassabban Növeli a jóllakottsági hányadost (min/g) Csak nagy dózisban okoz „iz averziót”

26 hUCN II (icv) hatása patkány folyadékfelvételi magatartására

27 UROCORTIN III (UcnIII) (egér)
Stresscopin (humán) 38 aminosav A CRF család tagja Felfedezése: EST human public gene library, 2001 Vale Magas affinitásal kötődik a CRFR2-höz de alig a CRFR1-hez Eloszlása: KIR: hipotalamusz, agytörzs, amygdala, lateral septum, BNST Periféria: vékonybél, hasnyálmirigy, bőr

28 Urocortin III mRNS eloszlása a patkány agyban
Li et al J Neurosci 22: 991, 2002

29 Figure 1. Li, C. et al. J. Neurosci. 2002;22:991-1001
Copyright ©2002 Society for Neuroscience

30 UROCORTIN III neuroanatómia
UCN III mRNS UCN III -ir UCN III rostok (ventromedial nucleus, medial preoptic nucleus, and ventral premammillary nucleus)

31 UCN III rostok a hipotalamuszban

32 UCN III rostok eloszlása az extrahipotalamikus területeken
Az UCN III rostok eloszlása +/- megegyezik a CRF R2 eloszlásával a rágcsálók agyában. Funkciója a táplálékfelvétel-metabolizmus ill. a neuroendokrin szabályozásban lehet.

33 CRH UCN UCN-II UCN-III CRF-R1 CRF-R2

34 És ez még tovább bonyolódik………..
CRF binding protein Solubilis CRF receptor

35 37 kDa glycoprotein az agyban és a hipofizisben
CRF binding protein = CRF BP 37 kDa glycoprotein az agyban és a hipofizisben Megtalálható a májban és a keringésben is, ahol inaktiválja a CRH-t Védelem a hipofizis-mellékvese tengely túlstimulásától (terhesség)

36 Solubilis (s) CRFR2α Chen et al. PNAS 102: 2620, 2005

37 Expression of CRFR2 and sCRFR2 mRNA in mouse brain and pituitary

38 Presence of sCRFR2-like ir in the mouse brain by using immunohistochemistry and RIA
principal output neurons of the olfactory bulb (A) medial septal nucleus (B) BLA (C) Cortex layers 5 and 2/3 (D) red nucleus (E) rostok: PVN (F) CRFR1-t expresszáló területeken található

39 A solubilis CRFR2 feltételezett szerepe
sCRFR2 protein may modulate ligand activity by either competing with the full-length membrane receptors for available ligand or by presenting the ligand or prolonging its action.

40 sCRF-R2α CRF-BP CRH UCN UCN-II UCN-III CRF-R1 CRF-R2

41

42 ANTAGONISTÁK

43 A CRH és a CRF család peptidjeinek valamint a CRH receptorok eloszlása-
ÖSSZEFOGLALÓ

44 Különböző neuropeptidek ko-lokalizációja a hipotalamusz
paraventricularis magjában PARVOCELLULÁRIS CRF Vazopresszin Enkephalin CCK Angiotenzin II Neurotenzin Galanin VIP/PHI

45 A vazopresszin potencírozza a CRF hatását a hipofizis
kortikotrop sejtjein

46 Vazopresszin receptorok
(V1a-R) V2 (V2R) V3 (V1b-R) Vaszkuláris Renális Hipofizeális 424 AA, GPCR Kd= 0.5 nM Phospholipase C

47 AVP CRF Hipofizis hátsó lebeny Eminentia mediana Agytörzs gerincvelő

48 Corticotropin-releasing hormon (CRH) immunreaktivitás
a paraventricularis magban Intakt állat Mellékveseirtott patkány

49

50 Functionalis plasticitás a PVN-ben - adrenalectomia
Kontroll Adrenalectomia

51 Végződések az eminentia mediana-ban:
CRH+/AVP+ Végződések az eminentia mediana-ban: CRH+/AVP- 50% Normál kontroll 95% 5% Adrenalectomizált Whitnall et al, Endocrinology 120:2180

52 CRF-41 + CRF R1 receptor/ kortikotropok
ACTH ELVÁLASZTÁST BEFOLYÁSOLÓ PEPTIDEK, TRANSZMITTEREK CRF CRF R1 receptor/ kortikotropok Vazopresszin + V1b VP receptor/ kortikotropok Oxytocin + OXY (?) receptor/kortikotropok Noradrenalin +/- CRF neuron Adrenalin - Angiotenzin II + kortikotropok CCK + hipofizis kultura, AtT20 VIP/PHI + -“- Serotonin + 5HT1 5HT2 Endorfinok - CRF neuron mu és kappa opioid R GRP + ANP/BNP/CNP -/+ GABA - Acetilkolin + CRF neuron citokinek + CRF neuron, eminentia mediana

53

54 A stresszel kapcsolatos NEUROPEPTIDEK egyéb hatásai
A CRH elektrofiziológiai hatásai a CRH stimulálja a neuronális aktivitást a kéregben a hippocampusban és a locus ceruleusban. a CRH gátolja a talamusz, a lateralis septum és a PVN aktivitását Felajzottság (arousal) Éberség (vigilance)

55 2. Stresszel-kapcsolatos neuropeptidek- vegetativ (autonom) hatásai
A CRH centrálisan stimulálja a szimpatikus idegrendszert, fokozza a mellékvese adrenalin termelését és fokozza a noradrenerg „outflow”-t a szív a vese és a érfalak felé. Ugyanakkor a CRH gátolja a cardiovasculáris rendszert célzó paraszimpatikus idegrendszeri hatást. A CRH a periférián ezzel szemben vasodilatációt és vérnyomás esést okoz (human). A CRH fokozza a barna zsirszövetben a termogenezist, az UCP-1 expressziót és a BAT SNA-t Carlin et al PNAS 103: 3462, 2006

56 3. Stresszel-kapcsolatos neuropeptidek-gasztrointestinális hatásai
CRH gátolja a gyomorsav szekréciót a gyomortartalom ürülését és a béltartalom Ttranzitját a vékonybélben ugyankkor serkenti a colon transzportot és a székletürítést. Hatása centrális és perifériás is lehet.

57 4. Stresszel-kapcsolatos neuropeptidek-magatartási hatásai
Psychoneuroendocrinology. 1993;18(7): Blockade of pituitary-adrenal axis activation induced by peripheral immunoneutralization of corticotropin-releasing factor does not affect the behavioral response to social defeat stress in rats. Pich EM, Heinrichs SC, Rivier C, Miczek KA, Fisher DA, Koob GF.

58 A CRH fokozza a lokomotoros aktivitást (Kontextus és dózisfüggő)
Nijsen et al Neuropsychopharmacology 2000 A CRH fokozza a szaglászást, mosakodást az ágaskodást (home cage), fokozza a lemerevedést (freezing), az érzelmi reakciókat és a konfliktus magatartást.

59

60 5. Stresszel-kapcsolatos neuropeptidek- neuropszichiátriai betegségek
Major depresszió: Emelkedett HPA aktivitás, emelkedett cortisol szekréció, nincs DEX szupresszió. CRH mennyisége a CSF-ben emelkedett, csökkent CRH1R a frontális kéregben öngyilkos depressziósokban

61 A CRH, a stresszel kapcsolatos neuropeptidek és az addikció

62 Rat selection High anxiety -HAB Low anxiety – LAB Hyper emotionality Hyper reactivity Passive stress coping Elevated ACTH secretion in stress „Anxiety and depression” Hypo anxiety Active stress coping Normal ACTH response to stress

63

64

65 High Anxiety HAB vs LAB CRH mRNA Higher after stress CRH1R = CRH 2R PVN, VMH, CeA higher AVP mRNA higher AVP release AVP V1a receptor binding OXY mRNA V1R – Vasopresszin receptor antagonista (HAB patkányokban csökkenti az anxietast

66