Czym są neuropeptydy i jak współdziałają z neurotransmiterami?

Kiedy jeden neuron chce powiedzieć coś drugiemu, wysyła w jego kierunku chmurę cząsteczek - neuroprzekaźników. Wśród nich znajduje się pewien specyficzny typ - neuropeptydy. Czym są? Jak działają? Jakie jest ich znaczenie dla organizmu?

Czym jest neuroprzekaźnictwo?

Podstawową rolę w przekazywaniu informacji w układzie nerwowym (neurotransmisji) odgrywa impuls nerwowy. Jest to zjawisko elektryczne zachodzące na powierzchni neuronu. Koncepcja neuroprzekaźnictwa zakłada uwalnianie przez komórkę nerwową substancji, która działa intensywnie, w krótkim czasie i na małym odcinku błony przylegającego neuronu, co powoduje jego pobudzenie lub hamowanie. Przewodzenie impulsu z jednej komórki na drugą odbywa się za pomocą synaps. Są to połączenia, w których akson (neuronu tzw. presynaptycznego – “dostawcy”) ma swoje zakończenie w aksonie, dendrytach bądź bezpośrednio w innej komórce nerwowej (tzw. neuronie postsynaptycznym – “odbiorcy”). Każde presynaptyczne zakończenie przewodzącej synapsy jest odseparowane od postsynaptycznego elementu drugiego neuronu szczeliną synaptyczną, w której (po stronie odbierającej impuls) są ulokowane receptory neuroprzekaźników oraz tzw. zagęszczenie postsynaptyczne (zespół białek, enzymów i receptorów). Tak więc neurotransmisja polega na rozprzestrzenianiu impulsu wewnątrz komórki, pobudzaniu receptorów oraz aktywowaniu docelowych enzymów (np. kinaz białkowych). Swoistymi “pobudzaczami” tych receptorów są neuroprzekaźniki, neuropeptydy, neurotrofiny, hormony steroidowe, cytokiny i inne.

Neuroprzekaźnik zmagazynowany jest w presynaptycznym zakończeniu nerwowym w tzw. pęcherzykach synaptycznych. Mają one odmienny kształt, rozmiar oraz skład białkowy otaczającej je błony. Można wyróżnić: małe, jasne (zawierające acetylocholinę, GABA, glicynę lub glutaminian), o gęstym rdzeniu – małe (z katecholaminami) i duże (z neuropeptydami), charakteryzujące się obecnością we wnętrzu ziarnistości. Te ostatnie rozmieszczone są na całym obszarze zakończeń aksonu, gdzie ze wszystkich jego części, na drodze egzocytozy (wydzielania produktów metabolizmu poza komórkę), uwalniają neuropeptydy w innym fragmencie zakończenia neuronu niż w przypadku szybkich neuroprzekaźników.

Czym są neuropeptydy i ich sposób działania

Neuropeptydy są odrębną grupą substancji, których zadaniem jest przekazywanie informacji między neuronami. To molekuły białkowe zaliczane do klasy informatorów zarówno dla ośrodkowego, jak i obwodowego układu nerwowego. Co ciekawe, w tym samym zakończeniu nerwowym współdziałają bardzo dobrze poznane neuroprzekaźniki oraz neuropeptydy. Przeprowadzono obserwacje mikroskopowe, w których zauważono, że w niektórych zakończeniach nerwowych występują jednocześnie małe pęcherzyki synaptyczne (z neurotransmiterami) oraz duże, ziarniste zawierające neuropeptydy. Prawdopodobnie te dwa typy substancji współdziałają po to, by regulować charakter odpowiedzi neuronalnej. Udowodniono, że:

• w części brzusznej śródmózgowia dopamina występuje wraz z neuropeptydem – cholecystokininą (CCK)
• w miejscu siniawym – noradrenalina występuje jednocześnie z wazopresyną, neurotensyną i neuropeptydem Y
• w hipokampie, korze i zwojach podstawy GABA jest obecny razem z peptydami opioidowymi, a także CCK
• w rdzeniu przedłużonym acetylocholina występuje z naczynioaktywnym peptydem jelitowym i substancją P oraz serotonina z czynnikiem uwalniającym hormon tyreotropowy i enkefaliną.

Różnice pomiędzy neuropeptydami a neuroprzekaźnikami

Zarówno neuropeptydy, jak i neuroprzekaźniki to substancje chemiczne, które działają jako transportery impulsu nerwowego pomiędzy neuronami poprzez synapsy. Wszystkie są również pochodnymi polipeptydów, z tym że neuropeptydy to podtyp neurotransmiterów. W tabeli zamieszczonej poniżej zestawiono najważniejsze cechy, którymi wyróżniają się one względem siebie. Główną, zasadniczą różnicą pomiędzy tymi substancjami jest fakt, iż cząsteczki tych pierwszych są krótsze, a ich synteza trwa dłużej, co przejawia się większą inercją układu (dłuższym stanem nieaktywności fizjologicznej). Ponadto wykazują zdolność do działania na wiele białek receptorowych, potrafią zmieniać mechanizm metaboliczny i ekspresję określonych genów. Są wytwarzane w niskich stężeniach w organellach komórkowych, którymi są aparat Golgiego i retikulum endoplazmatyczne, a miejsce ich występowania stanowi cały neuron. Co ciekawe, mogą być uwalniane do przestrzeni międzysynaptycznej jedynie w asyście jednego z neurotransmiterów.

Neuroprzekaźniki przemieszczają się do szczeliny pomiędzy synapsami indywidualnie, w zależności od potencjału czynnościowego. Mają większą masę cząsteczkową, ale wykazują specyficzne działanie tylko na określony receptor. Nie posiadają również zdolności do zmiany mechanizmów metabolicznych oraz ekspresji genów. Ich intensywna synteza ma miejsce w cytozolu neuronów. Nie są ulokowane w całej komórce nerwowej, a jedynei na końcach aksonów. Istotny jest fakt, iż neuroprzekaźniki wykazują ok. 1000 razy słabszą moc działania w porównaniu do neuropeptydów.

Tabela: Różnice pomiędzy neuropeptydami a neuroprzekaźnikami

CECHA	NEUROPEPTYDY	NEUROPRZEKAŹNIKI
Główna funkcja	Krótkie łańcuchy aminokwasowe, które służą jako neuroprzekaźniki	Endogenne związki chemiczne umożliwiające neurotransmisję
Masa cząsteczkowa	Wysoka	Niska
Szybkość działania	Działają wolno	Działają szybko
Generowanie odpowiedzi	Dają powolną, przedłużoną odpowiedź	Dają szybką, krótkotrwałą odpowiedź
Specyficzność receptorów	Działają na wiele białek receptorowych	Działają na jedno określone białko receptorowe
Wpływ na metabolizm	Zmieniają mechanizmy regulacji szlaków metabolicznych	Brak wpływu na zmianę mechanizmów regulacji szlaków metabolicznych
Wpływ na ekspresję genów	Zmieniają ekspresję określonych genów	Brak wpływu na zmianę ekspresji genów
Miejsce syntezy	Retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego	Cytozol neuronów
Stężenie	Syntetyzowane w niskich stężeniach	Syntetyzowane w wysokich stężeniach
Lokalizacja	Cała powierzchnia neuronu	Zakończenia aksonalne neuronów
Magazynowanie	Duże pęcherzyki o gęstym rdzeniu	Małe pęcherzyki wydzielnicze
Szybkość uwalniania	Aksonalna transmisja neuroprzekaźników wynosi kilka cm/dobę	Neuroprzekaźniki są uwalniane w ciągu kilku milisekund po pojawieniu się potencjału czynnościowego
Synergia uwalniania do szczeliny synaptycznej	Uwalnianie wraz z innym neuroprzekaźnikiem	Uwalniane indywidualnie, w zależności od potencjału czynnościowego
Miejsce działania	Oddalone od miejsca uwalniania	Komórki docelowe w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca uwalniania
Dezaktywacja	Autoliza pęcherzyków jest jednokierunkowa, nieodwracalna; nie ulegają wychwytowi zwrotnemu	Niszczone przez enzymy w szczelinie międzysynaptycznej bądź ponownie wychwytywane przez terminal presynaptyczny lub komórki glejowe, przy wykorzystaniu transportu aktywnego
Moc działania	Wykazują ok. 1000 razy silniejszą moc działania w porównaniu do neuroprzekaźników	Wykazują ok. 1000 razy słabszą moc działania w porównaniu do neuropeptydów
Przykłady	neuropeptyd Y, oksytocyna, wazopresyna, prolaktyna, substancja P, peptyd jelitowy (VIP), tyreotropina, hormon adrenokortykotropowy, cholecystokinina (CCK), β-endorfina, dynorfina, insulina, glukagon	acetylocholina, dopamina, serotonina, kwas γ-aminomasłowy (GABA), noradrenalina, adrenalina, melatonina, glutaminian

Podział neuropeptydów

Klasyfikacji neuropeptydów można dokonać m.in. ze względu na ich sekwencję aminokwasową. Wyróżniamy też peptydy ulokowane w płacie tylnym przysadki: oksytocynę i wazopresynę. Biorą one udział w wysyłaniu sygnałów do wielu obszarów mózgu. Do neuropeptydów będących przekaźnikami w pierwszorzędowych włóknach czuciowych zaliczana jest substancja P (należąca do rodziny tachykinin). Wyszczególniono również sekretyny – peptydy związane z glukagonem (hormonem trzustki). Przykładem rodziny tych substancji jest naczynioaktywny peptyd jelitowy (VIP). Innym wyróżnikiem klasyfikacji neuropeptydów jest miejsce ich występowania w tkankach. I tak przysadka mózgowa produkuje np.: tyreotropinę, hormon adrenokortykotropowy, β-endorfiny, prolaktynę. Do neuropeptydów żołądkowo-jelitowych zaliczamy np.: VIP, CCK, bombezyna, glukagon i somatostatyna. Bardzo istotną grupę stanowią hormony podwzgórzowe, takie jak np.: gonado- , tyreo- , i kortykoliberyna. Z całego szeregu neuropeptydów, można wyróżnić również grupę neuromodulatorów opioidowych. Są to substancje, które wykazują działanie przeciwbólowe (nazywane często endogennymi morfinami). Zaliczono do nich: Met-enkefalinę, Leu-enkefalinę, a także dynorfinę i β-endorfinę.

Neuropeptyd Y

Ze wszystkich poznanych dotychczas neuropeptydów, szczególną uwagę należy zwrócić na neuropeptyd Y. Jest to neuroprzekaźnik złożony z 36 reszt aminokwasowych. Wykazuje on istotne podobieństwo do dwóch peptydów: trzustkowego oraz YY (występującego w przewodzie pokarmowym). Zasadnicza różnica między tymi związkami jest taka, że neuropeptyd Y jest wytwarzany przez neurony, a te, do których jest podobny – przez komórki dokrewne. Występuje on powszechnie jako neurotransmiter obwodowego i ośrodkowego układu nerwowego. W tkankach tego pierwszego ulokowany jest on głównie w neuronach współczulnych (wraz z noradrenaliną) oraz w komórkach chromafinowych rdzenia nadnerczy. W układzie ośrodkowym natomiast znajduje się on w korze mózgowej i strukturach limbicznych, w hamujących neuronach, w grupie boczno-nakrywkowej neuronów adrenergicznych oraz neuronach miejsca sinawego i noradrenergicznych pnia mózgu.

W układzie nerwowym peptyd ten pełni rolę neuromodulatora, neurohormonu oraz kotransmitera. Ma on wpływ na wiele aspektów prawidłowego funkcjonowania organizmu m.in. pracę zegara biologicznego i rytm okołodobowy, a także pamięć, uczucie niepokoju i depresję. Wywiera pobudzający wpływ na pobieranie pokarmu. Ponadto neuropeptyd Y kontroluje skurcze naczyń krwionośnych, ciśnienie tętnicze, procesy aterogenne (miażdżycotwórcze), hamuje skurcze mięśniówki gładkiej układu rozrodczego i oddechowego. Co więcej, kontroluje perystaltykę jelit oraz wewnątrzwydzielniczą funkcję nabłonka układu pokarmowego i nerek.

Tak więc zarówno neuropeptydy, jak i neuroprzekaźniki biorą czynny udział w przekazywaniu impulsów z jednego neuronu do drugiego. Pomimo, iż udowodniono ich synergistyczne współdziałanie oraz podobieństwo strukturalne, są to substancje chemiczne o odmiennych cechach. Neuroprzekaźniki działają bardzo szybko, ale tylko na jeden określony receptor, z kolei neuropeptydy są znacznie wolniejsze, jednak wykazują szersze spektrum działania pod kątem liczby “odbiorców”.