Leta i den här bloggen

torsdag 22 februari 2018

Hermonvälittäjäaine. Tärkeä aivojen käyttämä aminohappo glutamiinihappo

Glutamaatti ( Glu, E) on valmis excitatorinen (stimulatorinen) välittäjäaine ja se on neurotoksinen jos se läikkyy  tarkasti säädellystä tiestään  ympäristöön. Glutamiini (Gln, Q) on sen esiaste eikä aiheuta excitaatiota. Glutamiinissa (Gln ,Q)  on kaksi typpeä ja   aminoryhmän pilkkoutuminen siitä  antaa  ilmaisenergiaa ( energiaa, joka ei maksa esim ATP.tä) ja se on saatu aikaan hyödyntämällä  aineenvaihdunnasta irronnutta ammoniumia  glutamiinihappoo. Ammoniumin vaarakin  katoaa, kun se fiksoituu aminohapoksi. Ammonium on aivolle myrkyllinen tuote.

Katson ensin GLUTAMIININ kuljetuksesta olevaa  tietoa. Sehän on aminohappo joka solussa toimii Glu-Gln-Asp-Asn aminohappojen  fundamentaalissa syklissä sytoplasman ja mitokondrian kesken. Nämä neljä voivat muuttua toisikseen. Aspartaatti Asp  fiksoi myös ammoniumia ja muuttuu asparagiiniksi Asn.   Näistä sekä Glu että Asp ovat excitatorisia (stimuloivia) aminohappoja hermostossa, mutta eivät samassa kohdissa - ne eivät korvaa  toisiansa. Ne ovat hienosäätöjärjestelmänä   excitatorisissa  reseptoreissa. On hyvä tietää jotain  ruoasta ja  ihmisen kehon proteiini ja energiatarpeesta, koska  siten  niitä tuoteita tulee aivojen autonomiselle alueella, missä  aineenvaihduntakyky on hyvin kapea ja lopulta on vain muutama pieni mahdollisuus käsitellä  ravinnon  jätetuotteita.  Ammoniumin käsittelyssä tämä  aminohappojen  minimaailman tapahtuma , ammoniumin fiksoiminen on sitten hyödynnetty  aivokuoren energiaksi.  Niin kauan kun maksa ja munuaiset ovat terveitä  harva kiinnittää mitään huomiota  proteiinin grammamäriin, mutta on tauteja, joissa  proteiinin laatukin täytyy ottaa huomioon määrän lisäksi.  Dietetiikassa  annetan proteiinitarpeeksi  johtolankana "Yksi  gramma proteiinia painokiloa kohden päivässä", jotta kehon tarve  katetaan. Mutta itse asiassa kehon proteiinikoneisto on niin valtava, että on vaikea tietää tarkallaan mikä on  keholle parasta. Osanhan proteiineista  keho valmistaa hiilihydraateista  fiksoimalla niihin typpeä- sellainen aminohappo on glutamiinihappo. Kaikki tapahtumat mitä kehossa tapahtuu, tapahtuvat  erilaisilla proteiinityövälineillä ja siten  järjestelmää pidetään kunnossa korjaustyövälineillä, jotka nekin ovat proteiineja ja niillä on genomsia kaava joka tarvittaessa printataan esiin ja   toteutetaan  koodin antamasta kaavasta  proteiiniksi. Osa niistä rakenneaminohapoista on sellaisia että keho pystyy kyhäämään niitä vaikka söisi vain  karamellia  , mutta jokaisessa proteiinissa on   suuri osa sellaista aminohappoa mitä tulee  ruoasta ja jota pystyy vain  jokin kasvi syntetisoimaan.  Oikotienä  sitten voi käyttää animaalistakin proteiinia  ruoassa saadakseen tarvitsemiaan  alkuaineita kehoon.  Muistin rakentuminen käyttää  tätä glutamiinihappojärjestelmää, mutta  ensisiaisesti  sellaisina glutamiinihappoina jotka  aivokudos itse  endogeenisti kokoaa samalla vähentäen  ammoniumia . Kuvssa näkyy  lyhennys  "alfaKG", alfaketoglutaarihappo  ( elementaarin sitruunahappokierron TCA  jäsen) . Se voi ottaa kaksi  typpeä vastaan,  muuttuu ensin glutamiinihapoksi ja sitten glutamiiniksi.

Suomennan joitain artikkelilauseita:
 https://www.frontiersin.org/files/Articles/45768/fncel-07-00038-HTML/image_m/fncel-07-00038-g001.jpg
https://www.frontiersin.org/files/Articles/45768/fncel-07-00038-HTML/image_m/fncel-07-00038-g001.jpg


GLUTAMIINISYNTETAASI entsyymistä GS   (Astroglian  merkitsijä)
  • Vuodelta  2007 löytyy artikkeli:  NMDA reseptorit kontrolloivat  aivojen glutamiinisynteesiä.  NMDA-reseptorit ovat niitä joihin  excitatorinen glutamiinihappo vaikuttaa stimuloivasti.  

Front Biosci. 2007 Jan 1;12:883-90. Control of brain glutamine synthesis by NMDA receptors. Rodrigo R1, Felipo V.
Abstract
Glutamiinisyntetaasientsyymi GS osallistuu  moneen tärkeään prosessiin aivoissa:  se moduloi glutamaatin  kiertoa GLU-GLN-syklissä, ammoniumin  detoksikoimista ja joissain tilanteissa se moduloi aivoödemaa.
Tämä GS- entsyymin modulaatio aivoissa on tärkeä ja voi olla patologisia seuraamuksia , jos sGS- entsyymin systeemi on epäkunnossa tai kyllästettynä. Tässä katsauksessa  tehdään yhteenvetoa siitä tiedosta, mitä glutamiinisyntetaasientsyymistä (GS)  on,  nim. että  aivoissa  sitä moduloi NMDA-reseptorit ja typpioksidi NO.
Jos in vivo kokeissa blokeerataan NMDA reseptorit, lisääntyy GS entsyymin aktiivisuus ja samalla glutamiinipitoisuus aivoissa nousee (GLN   on paikallista  aivoenergia-varaa).  Tämä viittaa siihen, että  NMDA-reseptorien ja typpioksidisyntetaasin (NOS)  tooninen aktiivisuus pitää ylä toonista  GS- inhibitiota.
Vain osa GS-inhibitiosta johtuu NMDA-reseptoreiden välittämästä  NOS-aktivaatiosta (NO syntaasin aktivaatiosta) . Tässä  kokeessa inhibitio johtui  GS-entsyymin kovalentista modifikaatiosta, todennäköisesti tyrosiinien nitroitumisesta. Tämä modifikaatio saattaisi olla palautuva ja saattaisi olla olemassa  GS-entsyymillä sitä denitrosyloiva tai denitroiva entsyymi ( joka vapauttaa typpioksidiyhdisteestä).
 Lisäksi tutkijat havaitsivat, että  GS-entsyymi ei  toimi maksimaalinopeudella  ja sen aktiivisuutta  lisäisi NMDA-resptorien  farmakologinen manipulaatio tai NO-pitoisuus. Tästä saattaisi olla hyötyä hyperammoniumemia tilanteessa  aivojen  ammoniapitoisuuden detoksikaatiossa ( Ammonia on aivolle myrkyllinen ja aiheuttaa enkefalopatiaa.Toimiva  glutamiinihappo-glutamiini-  järjestelmä pitää kurissa tätä  ammoniumia ja solut saavat  lisäksi  glutamiinista  aminoryhmän pilkkoutuessa  vapautuvaa sidosenergiaa )
  • Glutamine synthetase (GS) is involved in important processes in brain: modulation of the turnover of glutamate through the glutamate-glutamine cycle, detoxification of ammonia and, under certain circumstances, modulation of brain edema. Modulation of GS activity in brain is therefore important and its impairment or saturation may have pathological consequences. In this review we summarize the data showing that GS in brain is modulated by NMDA receptors and nitric oxide. Blocking NMDA receptors or nitric oxide synthase in vivo increases GS activity and glutamine content in brain, indicating that tonic activation of NMDA receptors and nitric oxide synthase maintain a tonic inhibition of GS. NMDA receptor-mediated activation of nitric oxide synthase is responsible only for part of the inhibition of GS. Other sources of nitric oxide also contribute to tonic inhibition.
  •  The inhibition is due to a covalent modification of GS, likely nitration of tyrosine residues. This modification would be reversible and it would be an enzyme that denitrosylate or denitrate GS. Moreover, GS would not be working at maximum rate and its activity may be increased pharmacologically by manipulating NMDA receptors or nitric oxide content. This may be useful for example to increase ammonia detoxification in brain in hyperammonemic situations.


GLUTAMIININ syntetisoiminen glutamiinihaposta

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12020613
Neurochem Int. 2002 Aug-Sep;41(2-3):123-42.

 GS entsyymi glutamiinisyntetaasa  aivoissa sijaitsee  pääasiallisesti ASTROSYYTEISSÄ. Astrosyyttien yksi päärooli on suojella neuronia sytotoksisuudelta ottamalla  liika ammonium ja glutamaatti sisäänsä ja muutamalla glutamaatti   neutraaliksi glutamiiniksi GS- entsyymillä ( glutamiinisyntetaasilla).  Jos tämän GS- entsyymin ilmenemisessä tapahtuu muutoksia ne saattavat heijastaa ASTROGLIA-funktion muutoksia ja ne taas voivat  vaikuttaa NEURONIEN  funktioihin.

Hyperammoniumemia on tärkeä  tekijä maksaperäisessä enkefalopatiassa ja se aiheuttaa ASTROGLIA-turvotusta.  Tutkimuksissa on  aiheutettu kokeellisesti hyperammoniumemiaa ja pitkäaikaistutkimuksissa on todettu ASTROGLIA-solujen pystyvän hyvin pitkälle adaptoitumaan ammoniumin korkeille pitoisuuksilla ja samalla glutamaatin korkeille pitoisuuksille.(Glutamaatti sinänsä on neurotoksinen, mutta tässä  astrosyytti koettaa sen avulla  saada pyydystettyä ammoniumia ja syntetisoi neutraalia  glutamiinia enemmän)

  • Glutamine synthetase (GS) in brain is located mainly in astrocytes. One of the primary roles of astrocytes is to protect neurons against excitotoxicity by taking up excess ammonia and glutamate and converting it into glutamine via the enzyme GS. Changes in GS expression may reflect changes in astroglial function, which can affect neuronal functions. Hyperammonemia is an important factor responsible of hepatic encephalopathy (HE) and causes astroglial swelling. Hyperammonemia can be experimentally induced and an adaptive astroglial response to high levels of ammonia and glutamate seems to occur in long-term studies.

 Hyperammoniumemiatiloissa ASTROGLIA-solut kokevat morfologisia muutoksia, jotka voivat muuntaa  sen erilaisia funktioita kuten proteiinisynteesiä tai neurotransmittorien  ottoa soluun.  Yksi havaittu muutos on GS-entsyymin ilmenemän lisääntyminen  niissä astrosyyteissä, joita on glutamaattiergisillä aivoalueilla.  Glutamiinisyntetaasin ilmenemän indusoiminen näillä spesifisillä alueilla voisi tasapainottaa sitä liiallista ammoniumin ja glutamaatin ottoa ja  suojella neurodegeneraatiolta, kun taas  GS- ilmenemän  väheneminen   ei-glutamaattiergisillä aivoalueilla aiheuttaa rikkoutuman neuronin ja GLIA-solun  välisissä metabolisissa interaktioissa hyperammoniumemian  takia.

  •  In hyperammonemic states, astroglial cells can experience morphological changes that may alter different astrocyte functions, such as protein synthesis or neurotransmitters uptake. One of the observed changes is the increase in the GS expression in astrocytes located in glutamatergic areas. The induction of GS expression in these specific areas would balance the increased ammonia and glutamate uptake and protect against neuronal degeneration, whereas, decrease of GS expression in non-glutamatergic areas could disrupt the neuron-glial metabolic interactions as a consequence of hyperammonemia.

Astrosyyteistä on kuvattu  glutamiinisyntetaasin (GS) indusoituminen  vasteena  glutamaatille,  joka  vaikuttaa  aktiivien glutamaattireseptorien  kautta.  Glutamaattireseptoreiden ylistimuloituminen voi myös suosia  NO-modostusta  NOS-aktivaation kautta ja useassa keskushermoston patogeneesissa onkin osoitettu  taustalla NO-tekijä. Hyperammoniumemia saattaisi indusoida iNOS-muodostusta  ASTROGLIA-soluissa ja siitä seuraisi NO-muodostusta, GS- entsyymin deaktivaatiota ja glutamaatin soluunoton alassäätymistä  (mikä on neuronitoksista, koska   synapsirakoon jäävä vapaa glutamaatti on  toksinen tekijä- Neuronin sisälläkin oleva  transmittoriglutamaatti on konsentroitu  tarkasti rakkuloihin).

  •  Induction of GS has been described in astrocytes in response to the action of glutamate on active glutamate receptors. The over-stimulation of glutamate receptors may also favour nitric oxide (NO) formation by activation of NO synthase (NOS), and NO has been implicated in the pathogenesis of several CNS diseases. Hyperammonemia could induce the formation of inducible NOS in astroglial cells, with the consequent NO formation, deactivation of GS and dawn-regulation of glutamate uptake.

 Kuitenkin niillä aivoalueilla, joissa hermosto käyttää glutamaattiergistä excitaatiota sekä GLIA-solujen glutamaattireseptorit,  GLIA-solujen glutamaatin (Glu,E) kuljettajat  että GS glutamiinisyntetaasi entsyymi sijaitsevat paralleelisesti. Tämä  viittaa siihen, että  on olemassa  funktionaalista kytköstä glutamaatin soluunoton, glutamaatinkuljettajan avulla   glutamaatin  degradaatioon johtamisen    ja glutamiinin syntetaasin (GS) kesken, mikä     vaimentaa näillä  Glu-ergisillä alueilla  aivon vaurioitumista. Hyperammoniumemiassa  verisuonten välittömässä läheisyydessä sijaitsevat ASTROGLIA-solut glu-ergisillä alueilla  näyttävät lisäävän GS-proteiinipitoisuuksia perivaskulaarisissa ulokkeissaan. Koska ammonium pääsee vapaasti BBB:n läpi ja astrosyytit taas  ovat vastuussa BBB:n ylläpidosta,  astrosyytin perivaskulaaristen ulokkeiden GS- entsyymi voisi tuottaa nopeasti neutraalia glutamiinia (Gln, Q) ja vapauttaa sitä vereen. Sellainen voisi estää korkean ammoniumpitoisuuden (NH3+)  pääsemästä verestä aivojen puolelle ja siten  vaimentaisi neurotoksisuutta.  Nämä  kriittisen GS- entsyymin   sijoittumisen muutokset viittaavat siihen, että glutamaatti-glutamiini-sykli  (glu-gln-sykli, EQ-sykli) saattaa olla toisin  toimiva  hyperammonemisissa tiloissa.

  • However, in glutamatergic areas, the distribution of both glial glutamate receptors and glial glutamate transporters parallels the GS location, suggesting a functional coupling between glutamate uptake and degradation by glutamate transporters and GS to attenuate brain injury in these areas. In hyperammonemia, the astroglial cells located in proximity to blood-vessels in glutamatergic areas show increased GS protein content in their perivascular processes. Since ammonia freely crosses the blood-brain barrier (BBB) and astrocytes are responsible for maintaining the BBB, the presence of GS in the perivascular processes could produce a rapid glutamine synthesis to be released into blood. It could, therefore, prevent the entry of high amounts of ammonia from circulation to attenuate neurotoxicity. The changes in the distribution of this critical enzyme suggests that the glutamate-glutamine cycle may be differentially impaired in hyperammonemic states.

Glutamine synthetase in brain: effect of ammonia

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4127817/

Front Chem. 2014; 2: 61.
Published online 2014 Aug 11. doi:  10.3389/fchem.2014.00061
PMCID: PMC4127817

Membrane transporters for the special amino acid glutamine: structure/function relationships and relevance to human heal

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5770653/

Front Oncol. 2017; 7: 306.
Published online 2017 Dec 11. doi:  10.3389/fonc.2017.00306
PMCID: PMC5770653

Glutamine Transport and Mitochondrial Metabolism in Cancer Cell Growth


GLUTAMAATTI

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16516348

Neurochem Int. 2006 May-Jun;48(6-7):611-5. Epub 2006 Mar 3.

High-affinty glutamate transporter GLAST/EAAT1 regulates cell surface expression of glutamine/neutral amino acid transporter ASCT2 in human fetal astrocytes.


ASPARTAATTI

Inga kommentarer:

Skicka en kommentar