EIKOSANOIDY

1. EIKOSANOIDY mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz

2. Eikosanoidy • Sloučeniny obsahující 20ti-uhlíkaté jádro • Patří sem: • prostaglandiny • tromboxany • leukotrieny • lipoxiny • hydroxyeikosatetraenové kyseliny (HETE) • hepoxiliny prostanoidy

3. BIOSYNTÉZA EIKOSANOIDŮ

4. Biosyntéza eikosanoidů • V metabolismu nenasycených mastných kyselin (PUFAs), především linolové a arachidonové:

5. Kys. arachidonová je (u lidí) syntetizována z kys. linolové: • Většina živočichů neumí vytvořit dvojné vazby za polohou ∆9 kys. linolová a linolenová jsou esenciální: musí být dodávány v potravě (rostlin-né oleje, arašídy, sója, kukuřice)

6. potrava kys.linolová kys. arachidonová dihomo-γ-linolenová kys. (8,11,14-eikosatrienová) kys. linolenová eikosapentaenová kys. potrava 1…cyklooxygenasová dráha 2…lipoxygenasová dráha potrava – hlavně rybí olej Přehled syntéz eikosanoidů z PUFAs potrava

7. Hlavní místa produkce eikosanoidů • Endoteliální buňky • Leukocyty • Destičky • Ledviny • Na rozdíl od např. histaminu nejsou eikosanoidy syntetizovány předem a uskladněny v granulech, nýbrž jsou v případě potřeby velmi rychle produkovány z uvolněného arachidonátu • Biosyntéza eikosanoidů může probíhat ve všech typech buněk kromě červených krvinek

8. Hlavní kroky vzniku eikosanoidů • 1) Aktivace fosfolipasy A2 (PLA2) • 2) Uvolnění arachidonátu z membránových fosfolipidů působením PLA2 • 3) Syntéza eikosanoidů z arachidonátu: COX nebo LO dráha + další úpravy synthasami/isomerasami (přeměna PGH2 na další prostanoidy, přeměna LTA4 …) v závislosti na buněčném typu

9. GC, ER, or nuclear membrane plasma membrane NOS synthesis/ activation translocation activation Ca 1) Aktivace fosfolipasy A2 • PLA2 je aktivována  intracelulární koncentrací Ca2+, stimulující roli hraje fosforylace PLA2. Vazba ligandu na receptor → aktivace fosfolipasy C: PIP2→ DAG + IP3, který otevírá kanály pro Ca2+ v ER. Účinkem Ca2+ a fosforylace (MAPK, CAMKII) translokuje PLA2 k membránám GK, ER a/nebo jádra, z nichž uvolňuje arachidonát. Ligand: např. ATP uvolňované umírajícími buňkami

10. Expresi / aktivitu PLA2 stimulují: interleukin-1 angiotenzin II bradykinin EGF thrombin adrenalin… Expresi / aktivitu PLA2 blokují: dexametazon (synt. kortikoid) annexin 1 (lipokortin) – protein indukovatelný glukokortikoidy kaspasa-3 dexametazon

11. 2) Mobilizace arachidonátu pro syntézu eikosanoidů • Z membránových fosfolipidů, především působením fosfolipasy A2: Uvolnění arachidonátu z fosfolipidů blokují protizánětlivé steroidy!

12. 3) Biosyntéza eikosanoidů • 3 dráhy: • A) cyklooxygenasová – vede ke vzniku prostaglandinů a tromboxanů • B) lipoxygenasová – vede ke vzniku leukotrienů, lipoxinů, hepoxilinů a 12- a 15-HETE (hydroxyeikosatetraenové kys.) • C) enzymy cytochromu P450 (monooxygenasy) – vede ke vzniku dalších HETE, mj. 20-HETE; v proximálních tubulech ledvin je to hlavní dráha

13. A) Cyklooxygenasová (COX) dráha • Prostaglandin H-synthasa, která existuje ve 2 isoformách (PGHS-1/COX-1, PGHS-2/COX-2) a má dvě různé aktivity: • cyklooxygenasovou (COX) – katalyzuje adici dvou molekul O2 do molekuly arachidonátu za vzniku PGG2 • hydroperoxidasovou – katalyzuje přeměnu hydroperoxyskupiny PGG2 na hydroxyskupinu PGH2; využívá glutathion Je schopna autodestrukce. • Daný typ buňky většinou produkuje 1 konkrétní druh prostanoidu: destičky produkují téměř výhradně tromboxany, vaskulární endoteliální buňky především prostacykliny, buňky myokardu hlavně PGI2, PGE2, PGF2

14. Prostaglandin H-synthasa • PGH2 = prekursor tromboxanů a dalších prostaglandinů skupiny 2 !!! vzniká cyklický endoperoxid (9,11) & 15-hydroperoxid

15. Produkty COX dráhy • Destičky obsahují tromboxansynthasu, která řídí syntézu tromboxanů • Endoteliální buňky cév obsahují prostacyklinsynthasu, která katalyzuje vznik prostacyklinu (PGI2)

16. Inhibice COX dráhy • Aspirin inhibuje cyklooxygenasovou aktivitu PGHS-1 i PGHS-2 (acetylací serinu enzymu) • I další nesteroidní protizánětlivá léčiva inhibují cyklooxygenasovou aktivitu (ibuprofen – kompetuje s arachidonátem) • Transkripci PGHS-2 blokují protizánětlivé kortikosteroidy

17. Protizánětlivé působení kortikosteroidů

18. 15-lipoxygenase 12-lipoxygenase 5-lipoxygenase Hepoxilins (HXA3) 5-lipoxygenase 15-lipoxygenase Gly–Cys–Glu Leukotriene E4 peptidoleukotrieny Leukotriene D4 -Gly -Glu B) Lipoxygenasová dráha • 3 různé lipoxygena-sy zavádějí kyslík do polohy 5, 12 či 15 arachidonátu; prvním produktem je kys.hydroperoxy-eikosatetraenová (HPETE) • Jen 5-lipoxygenasa tvoří leukotrieny; potřebuje protein FLAP

19. Syntéza peptidoleukotrienů: Vyžaduje glutathion!

20. C) Syntéza eikosanoidů enzymy CYP450 • Enzymy cytochromu P450 – monooxygenasy: RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP+ • Vznikají dva hlavní typy sloučenin: • epoxygenasy katalyzují vznik epoxyeikosatrienovýchkyselin (EETs), které jsou epoxidhydrolasami metabolizovány na téměř neaktivní dihydroxyeikosatrienové kys. (DiHETEs) • hydroxylasy katalyzují vznik HETEs (20-HETE, 13-HETE ad.):

21. arachidonová kyselina CYP450 lipoxygenasy cyklooxygenasy 19-, 20-, 8-, 9-, 10-, 11-, 12-, 13-, 15-, 16-, 17-, 18-HETE EETs prostacykliny tromboxany lipoxiny DiHETEs prostaglandiny leukotrieny hepoxiliny 5-, 8-, 12-, 15-HETE Celkový přehled produktů:

22. Strukturní charakteristiky eikosanoidů • Prostaglandiny – cyklopentanový kruh • Tromboxany – šestičetný kruh obsahující jeden atom kyslíku • Leukotrieny – 3 dvojné vazby konjugované + další 1 nekonjugovaná • Lipoxiny – konjugované trihydroxytetraeny

23. PGE2 E…β-hydroxyketon 2 dvojné vazby Názvosloví prostaglandinů • 3. písmeno udává funkční skupinu na cyklopentanovém kruhu • Číslo v dolním indexu udává počet dvojných vazeb v postranních řetězcích • Dolní index  udává konfiguraci 9–OH (pod rovinu cyklopentanového kruhu)

24. BIOLOGICKÉ ÚČINKY EIKOSANOIDŮ

25. Eikosanoidy účinkují už ve velmi nízkých koncentracích (jako hormony) • Mají krátký poločas, působí tedy na autokrinní a parakrinní úrovni (na rozdíl od hormonů) • Účinky v organismu se liší nejen podle druhu eikosanoidu, ale i podle toho, na které receptory může v daném místě působit

26. Obecně eikosanoidy: • Zprostředkovávají zánětlivou odpověď, zvláště v případě kloubů (revma-tická artritida), kůže (psoriáza) a očí • Účastní se vzniku bolesti a horečky • Participují na regulaci krevního tlaku • Účastní se regulace koagulace • Ovlivňují činnost ledvin • Podílí se na kontrole některých dějů rozmnožovacího systému (např. porodu)

27. Působení prostanoidů • Přes receptoryspřažené s G-proteiny: • a) Gs aktivují adenylátcyklasu (AC) → cAMP aktivuje proteinkinasu A… • b) Giadenylátcyklasu inhibují (např. PKA)

28. c) Gq aktivuje fosfolipasu C (vyžaduje i Ca2+), která štěpí fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát (PIP2) na inositol-1,4,5-trisfosfát (IP3) a diacylglycerol (DAG); DAG & Ca2+ aktivují proteinkinasu C, IP3 otevírá kanály pro Ca2+ v ER +

29. Biologické funkce prostaglandinů • Mediátory zánětu – způsobují: • vasodilataci  zarudnutí, horkost (PGE1, PGE2, PGD2, PGI2) • zvýšení permeability cév  otok (PGE2, PGD2, PGI2) • Regulují bolest a horečku (PGE2) • PGE2, PGF2 stimulují svalstvo dělohy při porodu • PGE inhibují žaludeční sekreci HCl (syntetická analoga se užívají pro léčbu peptických vředů) • Vazodilatační PGE, PGA a PGI2 snižují systémový arteriální tlak • Ovlivňují agregaci destiček: PGI2 má silný protiagregační účinek • PGE2 inhibuje resorpci vody a Na+ ve sběracím kanálku. PGI2: vazodilatace  regulace glomerulární filtrace.

30. Biologické funkce tromboxanů • Tromboxany jsou syntetizovány destičkami a obecně vyvolávají vaso-konstrikci (TXA2) a agregaci destiček • TXA2 je produkován i v ledvinách a zprostředkovává odpověď na ANGII • Tromboxany a prostaglandiny (PGI2) tak obecně působí antagonisticky při regulaci koagulace • U Eskymáků:  příjem kys. eikosapentaenové (rybí olej) a syntéza prostanoidů skupiny 3… možná důvod nízkého výskytu srdečních chorob a delší doby koagulace: TXA3 je slabší proagregační stimul než TXA2 a navíc PG3 a TXA3 inhibují uvolnění arachidonátu a tvorbu TXA2

31. Biologické funkce leukotrienů • Vznikají především v leukocytech, které pro ně mají i receptory • Leukotrieny mají velmi silný bronchokonstrikční účinek; LTC4, LTD4 a LTE4 se souhrnně označují jako slow-reacting substance of anaphylaxis (SRS-A) • Zvyšují permeabilitu cév • Působí chemotaktivně a aktivačně na leukocyty (hlavně eosinofily a monocyty), podporují diapedézu do místa poškození (mj. zvyšují expresi integrinů na povrchu leukocytů) a fagocytózu • Regulují vasokonstrikci účastní se zánětlivých reakcí: imunitní obrany proti infekcím i alergických projevů a autoimunitních chorob

32. Role LTs v obraně proti infekcím (receptory pro LTs) (indukce exprese genů) (aktivace NADPH-oxidasy) (syntéza iNOS) (uvolnění z neutrofilů) (podpora diapedézy, oddálení apoptózy leukocytů)

33. ALE: • Nadprodukce LTB4 byla prokázána u: • Crohnovy choroby • revmatické artritidy • psoriázy • cystické fibrózy • Leukotrieny jsou podezřelé i z účasti na vývoji aterosklerózy • Nadměrná bronchokonstrikce – u některých forem astmatu

34. Lipoxiny • Lipoxiny jsou syntetizovány hlavně leukocyty a destičkami pod vlivem cytokinů (IL-4, TGF-β): • a) 5-lipoxygenasa (5-LO) neutrofilů produkuje leukotrien LTA4, ten vstupuje do destiček a zde je činností 15-LO přeměněn na LXA4 / LXB4 • b) 15-LO epiteliálních buněk a monocytů produkuje 15-HPETE, jež se stává substrátem 5-LO a epoxidhydrolasy leukocytů …transcelulární biosyntéza • Hlavní produkty: LXA4, LXB4

35. Biologická úloha lipoxinů • Na rozdíl od prozánětlivých eikosanoidů lipoxiny zánětlivou reakci brzdí • Hypotéza: v 1. fázi zánětlivé odpovědi – produkce leukotrienů (např. LTB4, který řídí migraci leukocytů do místa poškození) → vzestup hladiny prostaglandinů (PGE2), které „přepínají“ syntézu eikosanoidů z LTs na LXs  v 2. fázi se tvoří lipoxiny podporující ukončení akutního zánětu a bránící jeho přechodu v chronický • Proto se dnes intenzivně studuje potenciální terapeutické využití LXs v léčbě určitých zánětlivých onemocnění (glomerulonefritida)

36. Účinky LXs vedoucí k ukončení zánětu • Inhibují chemotaxi neutrofilů a eosinofilů a diapedézu neutrofilů • Inhibují produkci ROS (neutrofily, lymfocyty) a ONOO- (neutrofily) • Inhibují produkci určitých cytokinů leukocyty • Stimulují nezánětlivou fagocytózu (apoptotických neutrofilů…) • Působí i jako antagonisté receptorů pro LTs • Působí nejen na buňky myeloidní linie: • inhibují kontrakci hladkého svalstva bronchů • inhibují produkci určitých cytokinů buňkami střev, fibroblasty… • inhibují interakci leukocytů s endoteliálními buňkami

37. Fáze zánětu a jejich mediátory

38. Biologické funkce HETEs • 5-HETE se podílí na imunitní obraně proti bakteriálním infekcím (účastní se chemotaxe a degranulace neutrofilů a eosinofilů) • 20-HETE vyvolává vasokonstrikci (účinkem na hladké svalstvo cév); v ledvinách také reguluje vylučování Na+ a diurézu • I 12- a 15-HETE jsou syntetizovány v ledvinách a podílí se na regulaci angiotensinového systému (asi zprostředkovávají inhibici reninu zpětnou vazbou; 12-HETE také sekreci aldosteronu indukovanou ANGII)

39. Biologické funkce hepoxilinů • HXA3 stimuluje (glukosou indukovanou) sekreci inzulinu v β-buňkách pankreatu • Při oxidativním stresu je stimulována produkce HXA3, který zvyšuje expresi glutathionperoxidasy…obrana před oxidačním poškozením buněk? • Stabilní analoga HXA3in vitro indukují apoptosu nádorových buněk a inhibují růst nádoru