Rola tlenku azotu (NO) w patofizjologii chorób

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)
•
Formy konstytutywne
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
Receptor
Śródbłonek
Ach (M3)
PLC
HA, BK
Ca2+ i
Nitraty organiczne
Mm. gładkie
cGMP
PKG
eNOS-CaM
fosforylacja
kanałów Ca i K
ADP, ATP
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-IdNDP
-
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