Кисспептин - Kisspeptin
Kisspeptins ( в том числе kisspeptin-54 ( КП-54 ), ранее известный как метастина ) являются белки , кодируемые KISS1 гена в организме человека. Кисспептины являются лигандами рецептора , связанного с G-белком , GPR54 . Kiss1 был первоначально идентифицирован как ген- супрессор метастазов человека, который обладает способностью подавлять метастазы меланомы и рака груди . Передача сигналов Kisspeptin-GPR54 играет важную роль в инициации секреции гонадотропин-рилизинг-гормона (GnRH) в период полового созревания, степень которой является областью текущих исследований. Гонадотропин-рилизинг-гормон высвобождается из гипоталамуса, чтобы воздействовать на переднюю долю гипофиза, запуская высвобождение лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). Эти гонадотропные гормоны приводят к половому созреванию и гаметогенезу . Нарушение передачи сигналов GPR54 может вызвать гипогонадотропный гипогонадизм у грызунов и людей. Ген Kiss1 расположен на хромосоме 1. Он транскрибируется в головном мозге, надпочечниках и поджелудочной железе.
История
В 1996 году лаборатория доктора Дэнни Велча в Херши, штат Пенсильвания, выделила кДНК из раковой клетки, которая не смогла подвергнуться метастазированию после добавления к ней хромосомы 6 человека . Этот ген был назван KISS1 из-за того, где он был обнаружен (Херши, Пенсильвания, дом Hershey's Kisses ). Введение этой хромосомы в некогда активную раковую клетку препятствовало ее распространению, и ответственная за нее кДНК была взята из этой клетки. Тот факт, что за это отвечает KISS1, был доказан, когда он был трансфицирован в клетки меланомы, и снова метастазирование было подавлено. Позже произойдет прорыв не с участием кисспептина, а с его рецептором.
Три года спустя, в 1999 году, рецептор, связанный с G-белком, был идентифицирован у крысы, клонирован и назван GPR54. Кроме того, два года спустя ортолог этого рецептора у человека будет изолирован. Используя идентифицированные рецепторы, эндогенные лиганды были выделены из клеток (клетки HEK293, B16-BL6 и CHO-K1), в которые были встроены эти рецепторы. Следующим шагом в истории кисспептина было раскрытие большего количества его путей и задействованного механизма.
В 2003 году было обнаружено, что кисспептин играет роль в гипогонадотропном гипогонадизме , что было поддержано несколькими независимыми лабораторными группами. Мутация в GPR54 считается ответственной за эту ненормальность , потому что те , кто держал эту мутацию, или отсутствовал GPR54 в целом, была проблемы в гонадах развития в период полового созревания . Несколько других фенотипов, связанных с этой мутацией, включали меньшую концентрацию половых стероидов и гонадотропинов в циркулирующей крови и даже бесплодие . Эти наблюдения побудили исследовать, как кисспептин участвует в начале полового созревания. Это исследование привело к открытию, что кисспептин стимулирует нейроны, которые участвуют в высвобождении гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ), и, возможно, может оказывать некоторое влияние на высвобождение лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ).
Сегодня прилагаются большие усилия для характеристики регуляции кисспептина и его экспрессии генов , а также для более точного определения механизма действия кисспептина на высвобождение GnRH и LH.
Источники
Зубчатая извилина гиппокампа
Кисспептин наиболее заметно экспрессируется в гипоталамусе , но также обнаруживается в других областях мозга, включая зубчатую извилину гиппокампа . Известно, что гиппокамп объединяет информацию о пространственном окружении человека и его памяти . Известно, что KISS1 экспрессируется в гиппокампе . Однако уровни экспрессии мРНК KISS1 явно ниже, чем в гипоталамусе и миндалевидном теле . Исследования показали, что уровни мРНК KISS1, экспрессируемой в гиппокампе, пропорциональны менее чем половине уровней, обнаруженных в гипоталамусе. Несмотря на это, предполагается, что на экспрессию KISS1 влияют гормоны гонад, подобные гипоталамусу. В гиппокампе наблюдается высокая степень экспрессии GPR54. Плотность GPR54 не различима в пирамидных клетках , но имеет высокие уровни экспрессии в слое гранулярных клеток . Известно, что его можно найти в определенных ядрах и нейронах.
Надпочечник
Нейропептид кисспептин играет важную роль в воспроизводстве , но также стимулирует секрецию альдостерона корой надпочечников . Кисспептин распространяется из коры надпочечников и транскрибируется в неокортексе . Точная природа экспрессии кисспептинов в надпочечниках человека, к сожалению, еще полностью не выяснена и остается большой темой исследований среди многих ученых.
Геномика
Кисспептин является продуктом гена KISS1, который отщепляется от исходного пептида из 145 аминокислот до белка длиной 54 аминокислоты. Этот ген расположен на длинном плече хромосомы 1 (1q32) и имеет четыре экзона, из которых 5 'и 3' экзоны только частично подвергаются трансляции . Ген KISS1 был впервые выделен исследователями как ген распространения опухоли и назван метастином. Метастин происходит из белка кисспептина и является естественным лигандом рецептора, известного как экспрессия кисспептина GPR54 в головном мозге: катализатор начала полового созревания. Были выделены различные типы, состоящие из 14 и 13 аминокислот, каждый из которых имеет общую С-концевую последовательность. Эти N-терминально усеченные пептиды известны как kisspeptins и принадлежат к большему семейству пептидов , известное как RFamides , которые все имеют общий аргинин - фенилаланин -NH2 мотив по их С-концу. Среди этих консервативных аминокислот есть остатки аргинина и фенилаланина , которые объединены в пары в этом семействе пептидов. Также в этом консервативном семействе есть С-конец, к которому добавлен амид . Это семейство, в состав которого входит кисспептин, включает пептид, высвобождающий пролактин, и гормон, высвобождающий гонадотропин.
Полиморфизм в терминальном экзоне этой мРНК приводит к двум изоформы белка . Аденозин, присутствующий в полиморфном сайте, представляет собой третью позицию в стоп-кодоне. Когда аденозин отсутствует, используется следующий стоп-кодон, и кодируемый белок простирается на дополнительные семь аминокислотных остатков.
Состав
Кисспептин
Ген для kisspeptin кодов для пептида , которые могут быть расщеплены на несколько частей. У человека одна из этих частей состоит из 54 аминокислот, а у мышей - из 52 аминокислот . Затем этот фрагмент протеолитически процессируется в несколько более мелких фрагментов, которые были выделены у человека, состоящие из 13 и 14 аминокислот (кисспептин-13 и кисспептин-14 соответственно). Каждый из этих фрагментов имеет аналогичную консервативную область на С-концевой последовательности, состоящую из десяти аминокислот. В частности, положения 2, 4, 6, 7, 8 и 9 в этой области полностью законсервированы там, где любые наблюдаемые вариации вызваны случайными мутациями. Последовательность на карбокси-конце консервативной области является хорошо известным сайтом расщепления нейропептидов .
GPR54
Структура GPR54 очень похожа у многих позвоночных . Он состоит из 398 аминокислот, которые образуют семь трансмембранных доменов, как и большинство рецепторов, связанных с G-белком . Последовательности, обнаруженные в трансмембранных охватывающих областях один, четыре и семь, все очень хорошо консервативны для всех видов. Различия проявляются в амино- и С-концевых доменах, что объясняет различные типы рецепторов кисспептина, наблюдаемые у разных видов .
Путь
Выпуск гонадолиберина
Кисспептин-54 взаимодействует с рецепторами , связанными с G-белком , в частности с GPR54 (Kiss1R). Другие версии кисспептина также могут взаимодействовать с Kiss1R. Исследования на крысах и людях предоставили доказательства того, что связывание кисспептина стимулирует гидролиз PIP2 , мобилизацию Ca 2+ , высвобождение арахидоновой кислоты , регулируемую внеклеточными сигналами протеинкиназу 1 (ERK1), ERK2 и фосфорилирование MAP-киназы p38. Хотя GnRH находится во многих областях, таких как гипофиз и нейроны GnRH, исследования доказывают, что GnRH сильно зависит от активации нейронов GnRH и в меньшей степени зависит от гонадотропов гипофиза . Многие исследования показывают, что кисспептин обладает способностью не только вызывать деполяризацию , но и возбуждать многие нейроны ГнРГ, что приводит к высокой экспрессии кисспептина в этих генах . Но предполагается, что существует два разных типа нейронов GFP-GnRH из-за экспрессии в одних нейронах, но не в других, только один из которых реагирует на кисспептин. Также предполагается, что реакция нейронов на кисспептин связана с возрастом и половым созреванием . Связывание кисспептина с рецептором GnRH может оказывать влияние на половое созревание, подавление опухоли и размножение .
Биологическая функция
Кисспептин может стимулировать секрецию альдостерона и высвобождение инсулина .
Кисспептин, по-видимому, непосредственно активирует нейроны гонадолиберин. Доказательства этого включают сохранение нервной реакции на уровни кисспептина даже в присутствии ТТХ, нейротоксина, который блокирует нервные сигналы.
- Грамицидина -perforated записи патча: около 30% ГнРГа нейронов реагируют на введение kisspeptin в препубертатных мужчинах, в то время как 60% от ГнРГ нейронов у взрослых мышей ответили.
- Поскольку только взрослые мыши реагируют на низкие дозы кисспептина, похоже, что нейроны GnRH активируются в процессе развития кисспептином в течение полового созревания.
- Кисспептин индуцирует выработку ЛГ и ФСГ, которые необходимы для женских менструаций. У спортсменов могут отсутствовать менструации из-за низкого уровня жира; жир производит гормон лептин , который вызывает выработку кисспептина.
Роль в период полового созревания
Начало полового созревания отмечено увеличением секреции гонадотропинов , что приводит к половому созреванию и способности к размножению. На половое созревание также может влиять ряд факторов окружающей среды, и, как известно, на него влияет метаболическая способность человека. Секреция гонадотропинов вызывается и регулируется гонадотропин-рилизинг-гормоном (GnRH). ГнРГ приводит к высвобождению лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), которые в первую очередь нацелены на гонады, вызывая половое созревание и репродуктивную функцию . Первичным событием, которое приводит к началу полового созревания, является активация нейронов ГнРГ. Считается, что это событие связано с передачей сигналов кисспептина / GPR54, что в конечном итоге приводит к активации нейронов GnRH . Несколько исследований подтвердили, что добавление кисспептина в биологические системы, включая крыс, мышей и овец, может вызывать высвобождение ЛГ и ФСГ. В дополнение к этому, высвобождение этих гонадотропинов оказалось дозозависимым. Увеличение количества пептида кисспептина привело к большему высвобождению ЛГ и ФСГ. Было обнаружено, что кисспептин вызывает одно из самых сильных эффектов на систему гонадотропинов.
Способность кисспептина стимулировать высвобождение гонадолиберина и гонадотропинов является результатом его воздействия на высвобождение гонадолиберина в гипоталамусе . В гипоталамусе крысы было обнаружено, что более трех четвертей нейронов GnRH коэкспрессируют рецептор кисспептина, GPR54, в своей РНК. Кисспептин также способен вызывать высвобождение гонадолиберина как ex vivo, так и in vivo у крыс и овец. Можно сделать вывод, что, активируя нейроны ГнРГ в гипоталамусе, кисспептин вызывает высвобождение ГнРГ, что приводит к высвобождению ФСГ и ЛГ. Основная роль кисспептина / GPR54 в половом развитии была первоначально обнаружена у неполовозрелых людей и мышей, у которых были мутации , блокирующие экспрессию гена GPR54. У крыс начало полового созревания сопровождалось большим присутствием KISS1 и GPR54 в мРНК. Те же события позже наблюдались у млекопитающих , у которых мРНК KISS1 и GPR54 увеличивалась более чем в два раза в гипоталамусе . Это говорит о том, что в начале полового созревания наблюдается повышенная экспрессия KISS1 и потенциально даже GPR54, что приводит к усилению передачи сигналов кисспептина / GPR54, что приводит к активации пути гонадотропина . Добавление кисспептина самкам крыс, которые еще не созрели, привело к инициации пути гонадотропина. Было показано, что у людей у женщин на начальных стадиях полового созревания уровень кисспептина был намного выше, чем у женщин того же возраста, которые еще не начали половое созревание. Был сделан вывод, что активация пути GPR54 / кисспептин является катализатором, который приводит к наступлению полового созревания.
Роль в подавлении опухоли
Кисспептин играет роль в подавлении опухоли . В исследовании, в котором злокачественные опухолевые клетки вводили в модельную систему , система была затем протестирована на наличие генов, участвующих в введенной хромосоме 6. Было обнаружено, что KISS1 является единственным геном, экспрессирующимся в неметастатических клетках и отсутствующим в метастатических, метастатических, что означает способность рака распространяться на несвязанные области. Это предполагает, что кисспептин является важным регуляторным фактором, определяющим, будет ли клетка метастатической или нет. Дополнительные эксперименты идентифицировали CRSP3 как точный ген, ответственный за регуляцию KISS1 в хромосоме 6. В клинических исследованиях KISS1 и Kisspeptin были обнаружены в первичных, метастатических опухолях и растущих опухолях, показывающих снижение уровней KISS1 и Kisspeptin. В заключение, кисспептин играет большую роль в подавлении опухоли . Когда он активен в клетках, опухоль остается консолидированной , не распространяется и не растет.
Роль в воспроизводстве
Кисспептин сильно экспрессируется во время беременности. В ранней плаценте GPR54 экспрессировался с большей скоростью, чем в доношенной плаценте. Однако экспрессия кисспептина в плаценте остается неизменной на протяжении всей беременности. Повышенная экспрессия GPR54 в ранней плаценте связана с повышенным присутствием интрузивных трофобластов в начале беременности. Терминные клетки по сравнению с ними менее инвазивны. При измерении кисспептина-54 во время беременности наблюдалось увеличение в 1000 раз на ранних сроках беременности и в 10 000 раз к третьему триместру. После рождения уровень кисспептина-54 вернулся к норме, показывая, что плацента является источником этого повышенного уровня кисспептина.
Роль в функции почек
Кисспептин и его рецептор были обнаружены в различных участках почек, в том числе в собирательном канале , гладких мышцах сосудов и в клетках почечных канальцев. Большая часть воздействия на почки связана с повышенной выработкой альдостерона в надпочечниках, стимулируемой кисспептином. Кисспептин напрямую увеличивает высвобождение альдостерона несколькими способами, первый из которых осуществляется через эти рецепторы, что ведет к прямому пути высвобождения альдостерона . Во-вторых, клетки надпочечников H295R, стимулированные кисспептином, могут синтезировать альдостерон, более эффективно расщепляя прегненолон . Наконец, увеличивается путь кисспептин-ангиотензин II продуцирования альдостерона. Альдостерон, поступающий из соседних надпочечников, вызывает реабсорбцию фильтрата для удержания воды, что приводит к повышению артериального давления .
Кисспептин нейроны
Нейроны, экспрессирующие кисспептин , расположены в:
- Антеровентральное перивентрикулярное ядро (AVPV)
- Перивентрикулярное ядро (PeN)
- Антеродорсальное преоптическое ядро (АДФ)
- Дугообразное ядро (дуги)
Нейроны, экспрессирующие кисспептин, располагаются в антеровентральном перивентрикулярном ядре и дугообразном ядре, среди прочего, и посылают проекции в MPOA , где имеется множество тел клеток GnRH. Эти анатомические данные свидетельствуют о том, что волокна кисспептина находятся в тесном анатомическом родстве с нейронами GnRH (парвицлеточными). Фактически, кисспептин, по-видимому, действует непосредственно на нейроны GnRH (через GPR54), стимулируя секрецию GnRH.
Однако для того, чтобы кисспептин участвовал в регуляции высвобождения гонадолиберина, он также должен быть чувствительным к уровням циркулирующих половых стероидов, поскольку установлено, что стероиды, продуцируемые гонадами, оказывают регулирующее воздействие на уровни ФСГ и ЛГ посредством посредничества ГнРГ. Таким образом, существует по крайней мере два возможных сценария: либо нейроны кисспептина сами экспрессируют рецепторы половых стероидов, либо они получают информацию об уровнях циркулирующих половых стероидов от другого механизма.
Совместная визуализация мРНК KISS1 (с использованием вектора красный) и стероидных рецепторов определила, что нейроны, экспрессирующие мРНК KISS1, являются мишенями для действия половых стероидов как у самцов, так и у самок мышей.
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- KISS1 + белок, + человек по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)