nNOS (neuronalna)
eNOS (śródbłonkowa)mtNOS (mitochondrialna)
iNOS (indukowalna)
Rola tlenku azotu (NO) w patofizjologii chorób
Syllabus
NO syntetyzowany jest z L-argininy w reakcji katalizowanej przez syntetazę NO (NOS), w której produktem ubocznym jest L-cytrulina
Izoformy NOS
nNOS (neuronalna)
eNOS (śródbłonkowa)
mtNOS (mitochondrialna)
iNOS (indukowalna)
nNOS i eNOS - aktywowane przez Ca2+,
Ca2+, + kalmodulina = kompleks aktywujący
NO w ilościach fizjologicznych (pM) jest mediatorem działającym głównie przez aktywację cyklazy guanylowej (=> wzrost cGMP)
mtNOS
Ca-zależna
Wpływa regulująco na równowagę energetyczną mitochondriów; wzrost akt wskutek przeładowania mitochondriów jonami Ca => zakwaszenie macierzy mitochodriów i zmniejszenie mitochondrialnego potencjału przezbłonowego
Inhibitory NOS
Analogi argininy
Endogenne: ADMA (asymetryczna dimetylarginina)
Egzogenne: N-monometyloarginina, tiocytrulina)
„Wymiatacze”
Endogenne: GSH, homocysteina, hemoglobina, nadtlenki, lipoperoxydy w blaszce miażdżycowej)
Egzogenne: N-acetylocysteina
Działanie NO
Wazodylatacja (EDRF), relaksacja mięśni
Neurotransmisja, neuromodulacja
Reakcje obronne przed bakteriami i grzybami; cytotoksyczność; eliminacja komórek nowotworowych; przeciwstawne efekty w infekcjach wirusowych
Efekty NO - zależne i niezależne od cGMP
cGMP-zależne
Relaksacja mięśni gładkich
NANC Nitraty organiczne
Receptor Śródbłonek Mm. gładkie
Ach (M3) PLC cGMP
HA, BK Ca2+ i PKG
eNOS-CaM
fosforylacja
ADP, ATP kanałów Ca i K
relaksacja mięśni
Hamowanie adhezji i agregacji płytek
NO w śródbłonku => aktywacja COX-PG
NO płytkowy => sprzężenie zwrotne ujemne w trakcie aktywacji = inaktywacja TXA2
Formy nadtlenkowe (ONOO-) => aktywacja płytek !!!
- Neurotransmisja
Receptory glutaminiano-NMDA na neuronach postsynaptycznych => wzrost Ca2+i =>
aktywacja nNOS-CaM => produkcja NO => wzrost syntezy cGMP => rozprzestrzenianie się sygnału na presynaptyczne neurony CNS (długotrwałe pobudzenie, depresja), PNS i neurony sensoryczne
cGMP- niezależne
Hamowanie syntezy DNA
Reduktaza rybonukleotydów NPD-IdNDP
Hamowanie metabolizmu energetycznego komórek
Mitochondrialnej cis-akonitazy (cykl Krebsa)
Enzymów łańcucha oddechowego (syntazy ATP)
Dehydrogenazy 3-fosfogliceroaldechydowej (glikoliza)
Poli(ADP-rybozo)polimerazy - PARP (utylizacja NAD+, ATP)
Produkcja form nadtlenowych
Regulacja metabolizmu żelaza
IRP-1 (Iron Regulatory Protein-1; cis-akonitaza cytoplazmatyczna)
Spadek Fe => wzrost syntezy NO => uwolnienie Fe-S- związanego z 3'mRNA dla receptorów dla transferyny => stabilizacja mRNA, wzrost translacji => zwiększona dostawa Fe
5'mRNA dla ferrytyny, ery ALA-S <= hamowanie translacji => Fe używane jest jako kofaktor
NO i mitochondria
Blokowanie oksydazy cytochromu C (wiązanie do grupy hemowej) =>
produkcji jonu nadtlenkowego w mitochondrialnym łańcuchu odd.
Ewent. + NO = nadtlenek azotu
Obie subst. => hamowanie kompleksów łańcucha oddechowego I, III, IV i cis-akonitazy (enz. cyklu kw. trójkarboksylowych) przez wiązanie w centrach Fe-S
Zmniejszona aktywność cis-akonitazy zaburza rozkład acetyloCoA do CO2 co upośledza generowanie NADH koniecznego do fosporylacji oksydatywnej
nadtlenek azotu OHo
(najbardziej reaktywna substancja powodująca zniszczenie tkanek i kom. w zapaleniu (wyzwala peroksydację lipidów, mutacje DNA, modyfikacje białek, apoptozę i efekty cytotoksyczne)
rodnik NO2o => nitracja reszt tyrozynowych białek
NO i infekcje wirusowe
Efekt antywirusowy p/w wirusowi ospy mysiej powodującej ektromelię, HSV1, wirusowi ospy krowiej = blokowanie syntezy DNA (przez hamowanie wirusowej reduktazy rybonukleotydów? - cześciowe odwrócenie efdektu przez dostarczenie deoxyrybonukleozydów)
Promujący efekt na replikację HIV-1 i wirusa krowianki
NO i apoptoza
Zależność od stężenia, kierunku przepływu i typu komórki
Aktywuje ścieżki transdukcji prowadzącej do apoptozy. Efekt proapoptotyczny często obserwowany jest gdy NO reaguje z nadtlenkiem => nadtlenek azotu
Ochrona komórek przed spontaniczna lub indukowaną apoptozą przez:
oksydację i S-nitrozylację aktywnej cysteiny,
stymulację cGMP-zależnej kinazy proteinowej
modulację rodziny genów Bcl-2/Bax
indukcję Hsp 70
interakcję ze ścieżką ceramidów
Stan redox komórek - główny parametr determinujący końcowy efekt NO na namnażanie i przeżycie komórek
NO w klinicznych stanach chorobowych
NIEWYDOLNOŚĆ SERCA
Znaczenie ma mieć w : niedokrwiennej i nie-niedokrwiennej niewydolności serca, kardiomiopati przegrodowej, odrzucaniu przeszczepu, zapaleniu mięśnia sercowego
Funkcje: regulacja kurczliwości i podatności miokardium, częstości skurczów, stanu napięcia naczyń wieńcowych, zużycia tlenu przez miokardium, oddychania mitochondrialnego i apoptozy
Poprawia wydolność mechaniczną lewej komory (optymalizacja równowagi pomiędzy pracą serca i zużyciem tlenu)
Korzystne efekty przy niskich fizjologicznych stężeniach generowanych przez eNOS lub nNOS
iNOS produkuje wyższe stężenia NO => efekty niekorzystne
Beta3-adrenoreceptory mediują negatywny efekt inotropowy (obserwowany w niewydolności serca) przez aktywację eNOS
Przewaga β3 rec nad β1 i β2 może grać rolę przczynową w patogenezie chorób serca, jak terminalna niewydolność serca
Zmiany w ekspresji eNOS lub iNOS w miokardium mogą zaburzać równowagę między efektami działania NO produkowanego przez różne izoformy
Nowe metody lecznicze: selektywne blokowanie iNOS, promowanie ekspresji eNOS i selektywne modulatory β3-rec
NADCIŚNIENIE PŁUCNE
Rola mutacje genu BMPR2 (rodzina recc TGF β) w patogenezie nadiśnienia
Predyspozycje genetyczne mogą dyktować odpowiedź komórek tt. płucnych: fibroblastów, kom. mm. gł., kom. śródbłonka oraz płytek i leukocytów
Terapia: diuretyki, antykoagulanty, PGs, wysokie dawki Ca-blokerów, długotrwałe infuzje iv PGI2, wziewne podawanie analogów PGI2 (iloprost) i NO
CHOROBY PRZEWODU POKARMOWEGO
Główny NACA neurotransmitter, sytentyzowany w splocie mięśniowym (nNOS), reguluje:
Napięcie mięśniowe zwieraczy
Odruch akomodacyjny dna żołądka i perystaltyczny jelit
NOS-INH przedłużają opróżnianie żołądkowe i zwalniają tranzyt w okrężnicy
nNOS => ? Achalazja, gastropareza cukrzycowa, niemowlęca przerostowa stenoza odźwiernika, choroby Hirschsprunga i Chagasa, dyspesja czynnościowa
odnerwienie zewnętrzne może wzmagać ekspresję nNOS =>przewlekła niedrożność rzekoma?
model zwierzęcy colitis wykazał upośledzoną ekspresją nNOS w splocie mięśniowym ~ rola poprzedzającej zachorowanie infekcji ? (także w dyspepsji i chorobie Chagasa)
Gastropatia w nadciśnieniu wrotnym
Nadciśnienie wrotne + zaburzenia hemodynamiki krążenia lokalnego => zastój krwi w górnej części żołądka i zniszczenie tkanki => aktywacja cytokin i czynników wzrostowych (np. TNFα) => aktywacja eNOSi ET1 w śluzówce żołądka
nadprodukcja NO => krążenie hiperdynamiczne i nadprodukcja nadtlenku azotu
Ostra niewydolność wątroby w przebiegu wstrząsu krwotocznego
Nadmiar NO produkowanego przez iNOS ma odpowiadać za uszkodzenie wątroby w przebiegu wstrząsu krwotocznego => produkcja wolnych rodników, TNF i innych cytokin zapalnych
?? L-arginina ma działanie protekcyjne ~ stymulacja produkcji NO przez eNOS
Zaburzenia metabolizmu amoniaku
Enzymopatie cyklu mocznikowego, zespół Reya i niewydolność wątroby => obrzęk mózgu i zaburzenia neurologiczne
Nadmiar amoniaku przekracza BBB przez dyfuzję pod postacią NH3
Amoniak wywiera efekt na neurotransmisję mediowaną przez rec glutaminowy (AMPA)
Amoniak hamuje też transport glutaminianu przez wpływ na ekspresję transporterów glutaminianu (=> wzrost jego stężenia pozakomórkowego)
Ostra hiperamonemia bezpośrednio aktywuje podklasę recc NMDA => wzrost stęż Ca2+ => wzrost stęż NO i cGMP => toksyczny efekt w postaci spadku produkcji ATP
Przewlekła hiperamonemia => utrata recc NMDA
ZMIANY W SYNAPSACH MÓZGOWYCH W PROCESACH STARZENIA
Rola NO i wolnych rodników w apoptozie
Upośledzenie mikrokrążenia mózgowego
Metaboliczne przejawy starzenia się komórek nerowych
Neuroprotekcyjna rola IGF-1 i sterydów jajnikowych
Rola stresu w starzeniu
INNE CHOROBY UKŁADU NERWOWEGO
Przyczynowa rola w patogenezie przelekłych bólów głowy
Infuzja donorów NO może wywołać atak
Produkty metabolizmu NO w zwiększonym stężeniu w krążeniu mózgowym u pacjentów z bólami głowy
Rola neuroprotekcyjna lub neurotoksyczna w: HAD, stwardnieniu bocznym zanikowym, MS, chorobie Parkinsona, Azheimera i Huntingtona
- w zależności od innych czynników, z którymi mogą współdziałać lub im przeciwdziałać
NO I NERKI
nNOS występuje w plamce gęstej nerek. Stępia ona odruch cewkowokłębuszkowy, który powoduje skurcz tętniczki doprowadzającej w odpowiedzi na ładunek sodu w cewce krętej i reguluje uwalnianie reniny z aparatu przykłębuszkowego
NO pochodzący z plamki gęstej może działać auto- i parkaynnie. Aktywność NO w aparacie przykłębuszkowym jest silnie hamowana przez stres oksydacyjny w modelu nadciśnienia
nNOS reguluje adaptację hemodynamiki nerek i prawdopodobnie wydzielanie reniny w odpowiedzi na zmiany ciśnienia krwi i spożycie soli kuchennej
UKŁAD MOCZOWO-PŁCIOWY
Podstawowa rola w powstawaniu wzwodu (modulowane przez sildenafil)
? Udział w relaksacji wypieracza moczu i rozwoju zapalenia śródmiązszowego pęcherza moczowego
Produkowany w kom. nabłonkowych i miąższowych gruczołu krokowego i jego włóknach nerwowych ~ rola w BPH?
UKŁAD RUCHU
Osteoartritis (OA)
Artropatia niezapalna, w której rolę ma odgrywać IL-1 powodująca wzrost syntezy NO i PGE2 przez chondrocyty (=> zmiany komórkowe obserwowane w OA)
Osteoporoza
Estrogeny, statyny i nienasycone kwasy tłuszczowe działąją anty/OP
- przez wzrost syntezy NO (eNOS)??
Miopatie zapalne
Reaktywne pochodne tlenowe (ROI) i NO są produkowane w zwiększonej ilości w zapalnych chorobach mięsni o podłożu autoimmunologicznym (PM, DM)
NO w niskich stężeniach ma efekt protekcyjny <= upregulacja antyapoptotycznych białek jak Bcl-2 w miocytach i kom. zapalnych?
POSOCZNICA I WSTRZĄS SEPTYCZNY
Posocznica - heterogenny zespół powodowany systemową odpowiedzią zapalną na infekcję. Wstrząs septyczny związany jest z postępującą niewydolnością wielu narządów
Rola NO ?:
Wazodylatacja
Agreagacja płytek i aktywacja neutrofili
Regulacja narządowego przepływu krwi
We wstrząsie spada aktywność śródbłonkowej eNOS i wzrasta ekspresja i aktywność i NOS
Wykazano dotychczas, że:
donory NO mają działanie korzystne a hamowanie aktywności eNOS negatywne na przebieg wstrząsu
Selektywne hamowanie iNOS zmniejszają uszkodzenie tkanki płucnej i ekspresję cytokin prozapalnych
Formy konstytutywne