STEROIDI KOT SIGNALNE MOLEKULE, BOLEZNI POVEZANE …ibk.mf.uni-lj.si/teaching/objave/ster113signal.pdf · STEROIDI KOT SIGNALNE MOLEKULE, BOLEZNI POVEZANE S HOLESTEROLOM IN VITAMINOM

STEROIDI KOT SIGNALNE MOLEKULE, BOLEZNI POVEZANE S HOLESTEROLOM IN VITAMINOM D - Ponovitev strukture in funkcij steroidov. - Manj poznane vloge holesterola. - Vloga steroidov pri človeku v različnih razvojnih obdobjih (embriogeneza, puberteta, nosečnost, menopavza, andropavza). -Biokemijske osnove ateroskleroze in nevrodegenerativnih obolenj. - Bolezni povezane z neravnovesjem žolčnih kislin, vitamina D. MEHANIZEM DELOVANJA STEROIDNIH HORMONOV NERAVNOVESJE STEROIDNIH HORMONOV IN BOLEZNI PRI ČLOVEKU - Endokrino in intrakrino delovanje steroidnih hormonov. Delovanje steroidnih hormonov preko jedrnih in membransko vezanih receptorjev. - Bolezni povezane z neravnovesjem steroidnih hormonov. STEROIDI KOT ZDRAVILA - Kortikosteroidi, anabolični steroidi, vitamin D. - Kontracepcijska sredstva, agonisti in antagonisti receptorjev, selektivni modulatorji receptorjev za steroidne hormone.

PROGRAM PREDMETA BIOKEMIJA STEROIDOV-2013

URNIK

Datum Ura Prostor Tema Predavatelj

19. 4. 14-17 MF srednja Steroidi kot signalne molekule in povezava z boleznimi. Razdelitev v skupine in izbira tematik za pregled spletnih virov.

D. Rozman

26. 4. 14-17 MF srednja Steroidni hormoni in obolenja pri človeku

T. Lanišnik Rižner

10. 5. 14-17 MF srednja Steroidi kot zdravila. Študentski seminarji (1-5)

DR, TLR

17. 5. 14-17 MF srednja Študentski seminarji (6-15) DR, TLR

20. 5. Konzultacije in pisni izpit DR, TLR

POTEK PREDMETA IN IZPITNI REŽIM: Predmet bo potekal v obliki interaktivnih predavanj in diskusij iz izbranih poglavij. Pogoj za priznanje kreditov je obisk predavanj, sodelovanje pri skupinskem delu pregleda spletnih virov na izbrano tematiko, ter uspešno opravljen pisni izpit. V primeru večjega števila vpisanih študentov je kredite možno pridobiti tudi le s pozitivno opravljenim pisnim izpitom. OCENA PREDMETA je sestavljena iz dveh delov: pisni izpit do 100 točk in seminarska naloga (pregled spletnih virov) do 20 točk. Za končno oceno predmeta se točke seštejejo. Točkovalnik: 55 – 64 točk (zd 6); 65-74 točk (db 7); 75-84 točk (pd 8); 85-94 točk (pd 9); 95 – 120 točk (odl 10). V primeru, da izpita ali seminarske naloge študent ne opravi pozitivno (55% možnih točk za vsak del posebej), je potrebno izpit ponavljati oziroma ustno zagovarjati seminarsko nalogo.

PREGLED SPLETNIH VIROV: V vsaki skupini je lahko največ 6 študentov. Seminarska naloga obsega pregled literature in spletnih virov na izbrano tematiko. PISNI IZDELEK je dolg največ 2 strani in vsebuje: naslov naloge, imena sodelujočih z navedbo prispevka vsakega posameznika; strukturirani povzetek (uvod, namen naloge, ključne ugotovitve, zaključki, literatura). Pisni izdelek je potrebno oddati EN TEDEN PRED ZAGOVOROM seminarske naloge na e-naslova: [email protected] in [email protected] USTNA PREDSTAVITEV mora biti strukturirana (uvod, namen naloge, ključne ugotovitve, zaključki) in dolga do 12 minut na skupino (največ 12 powerpoint slik). Predstavljajo VSI študenti skupine, vsak po največ 2 minuti. Ocena ustne predstavitve z odgovori na vprašanja je individualna. Tudi “powerpoint” prezentacijo je potrebno oddati EN TEDEN PRED ZAGOVOROM na e-naslova: [email protected] in [email protected] . ..

TEME ZA PREGLED SPLETNIH VIROV: 1. Hormonska kontracepcija, hormonska nadomestna terapija: prednosti in slabosti 2. Hormonska kontracepcija in venska tromboza. 3. Steroidni hormoni in rak na dojkah. 4. Steroidni hormoni in rak ovarijev. 5. Steroidni hormoni in rak prostate. 6. Steroidni hormoni in ginekomastija. 7. Medicinska uporaba in zloraba androgenih steroidov. 8. Steroidni hormoni in rak na modih. 9. Steroidni hormoni in adrenalna insuficienca. 10. Vitamin D v terapiji in avtoimune bolezni. 11. Vitamin D in bolezni kože 12. Večizmensko delo in s steroidnimi hormoni povezane oblike raka. 13. Večizmensko delo in s holesterolom povezane bolezni. 14. Neurosteroidi. 15. Progesteron in poškodbe možganov. 16. Sinteza steroidov v maščevju in plodnost pri moških. 17. Sinteza steroidov v maščevju in ginekološke bolezni.

Tema študent 1 študent 2 študent 3 študent 4 študent 5 študent 6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Razpored študentov – seminarji BIOKEMIJA STEROIDOV 2012

Ponovitev strukture in funkcij steroidov

Steroidi spadajo med enostavne LIPIDE

Steroidi kot ligandi za jedrne receptorje

Holesterol je prekurzor steroidnih hormonov, žolčnih kislin in oksisterolov

MANJ POZNANE VLOGE HOLESTEROLA: Holesterol je kovalentni ligand segmentacijskega proteina sonic hedgehog (Shh)

Shh se avtokatalitično procesira (razcepi) pred izločanjem iz jedra. Dobimo ~20 kDa N-terminalno domeno (signalna domena) in ~25 kDa C-terminalno domeno (katalitična domena. Vezava holesterola na Shh je ključna za aktivacijo Shh proteina in njegovo izločanje.

Povzeto po: McMahon, A.P. (2000) Cell 100:185.

http://www.omicsonline.org/2153-0637/2153-0637-1-106.php

Dodatek holesterola na protein Shh predstavlja po-translacijsko spremembo (lipidacija proteinov)

Eden od modelov nastanka ateroskleroze

Zaželene vrednosti holesterola v krvi odraslih

SANOFARM 2009, Vse pravice pridržane

Statini so kompetitivni inhibitorji encima HMGCR. So glavna zdravila za zniževanje ravni holesterola. Statine jemlje preko 10 milijonov ljudi po celem svetu, največ v ZDA. Na tržišču je več vrst statinov, med drugim tudi atorvastatin (Lipitor; Lek-Novartis) in rosuvastatin (Crestor - Krka). Zadnji izsledki kažejo, da ima dolgotrajno jemanje statinov lahko številne stranske učinke, kot so miopatija, odpornost na insulin in posledično diabetes. Množično predpisovanje statinov kot preventivnih sredstev je predmet številnih strokovnih razprav, mnenja pa so še vedno deljena.

- Povišana raven holesterola poveča tveganje za Alzheimerjevo bolezen (AD). Zato so

proučevali učinek statinov kot preventivnih zdravil za AD. - Študije na skupinah ljudi, ki so jih zdravili s statini, so dale različne rezultate, tako da je

težko postaviti trdne zaključke, čeprav je bilo pri bolnikih z blago obliko AD opaženo počasnejše napredovanje bolezni.

Cholesterol level and statin use in Alzheimer disease: II. Review of human trials and recommendations. Arch Neurol. 2011 Nov;68(11):1385-92

Holesterol in Alzheimerjeva bolezen

Brain membrane cholesterol domains, aging and amyloid beta-peptides. Neurobiol Aging. 2002 Sep-Oct;23(5):685-94.

Kopičenje amiloidnih plakov beta je lahko tudi posledica fizikalno-kemijskih interakcij s holesterolom na zunanji strani membrane.

S staranjem se spreminja asimetrična razporeditev holesterola v membranah živčnih celic

Holesterol AP-beta

SPM – plazemska membrana sinapse

Holesterol je esencialen v embrionalnem razvoju

Statinov se ne sme jemati med nosečnostjo!

Smith-Lemli Opitz sindrom SLOS nastane zaradi okvare gena DHCR7 iz poznega deja sinteze holesterola

SLOS je kogenitalna motnja sinteze holesterola. Diagnozo postavijo na podlagi velike količine 7-dehidro-holesterola in zmanjšane količine holesterola v krvi. Spekter bolezni je širok, od blagih vedenjskih in učnih problemov, do smrtnega izida. Najpogostejše značilnosti so psihomotorične motnje, motnje rasti, razcepljena ustnica, polidaktilija oz. sindaktilija, značina oblika obraza. Je dedna avtosomna recesivna bolezen, ki se pojavi na 10 000 – 70 000 rojstev. Pogostejša je v zahodni Evropi, manj pogosta v Aziji in Afriki. Prvič je bila opisana leta 1964, na molekularni ravni (mutacija gena, ki kodirata holesterol delta7-reduktazo, DHCR7) pa je bila opredeljena šele leta 1993.

Smith–Lemli–Opitz syndrome: pathogenesis, diagnosis and management European Journal of Human Genetics (2008) 16, 535–541; 2008.

Mutacija v genu DHCR7 iz poznega dela sinteze holesterola povzroči kopičenje 7-dehidroholesterola in pomanjkanje holesterola

Okvare nastanejo zaradi motenj v signalni poti proteina sonic hedgehog, ki za aktivacijo potrebuje holesterol.

Vitamin D nastaja iz 7-dehidroholesterola v kožnih celicah, v aktivno obliko se pretvori s hidroksilacijami v jetrih in ledvicah

Delovanje vitamina D – prvenstveno preko VDR

Vitamin D lahko direktno vpliva na kalcijev kanalček

To NI receptorski način delovanja!

Vloga vitamina D ter bolezni, povezane s pomanjkanjem

- Aktivna oblika vitamina D je 1α,25-dihidroksi vitamin D₃ (1α,25(OH)₂D₃), centralna endokrina molekula, ki vpliva na privzem kalcija.

- Vit D ima pomembno vlogo tudi v imunskem odzivu ter pri uravnavanju celične rasti in diferenciacije

- BOLEZNI OB POMANJKANJU: - Rahitis in osteomalacia (ob pomanjkanju absorbiramo le

do 15% kalcija normalno 30 – 40%)

- Povečana smrtnost starejših (predvsem žensk)

- Sovpada s pojavnostjo multiple skleroze (manj MS v toplih, sončnih krajih)

- Povezava s kardiovaskularnimi obolenji ni jasna.

- Sovpada z nekaterimi vrstami raka, a podatki niso zanesljivi.

Curr Top Med Chem. 2012 Mar;12(6):528-47.

Hipervitaminoza – toksičnost vitamina D

Pojavi se lahko pri prekomernem doziranju pripravkov vitamina D, ne pa zaradi prehrane ali sončenja. Posledica toksičnosti vitamin D je hiperkalcemija (preveč kalcija v krvi), kar se odraža v slabem apetitu, bruhanju, probemi z ledvicami, itd. Tretma – prenehanje jemanja pripravkov, ki vsebujejo vitamin D. Priporočena dneva doza vit D je 15 µg/d (600 IU/dan). Toksičnost se pojavi pri 2000 µg/d (77,000 IU/dan). Obstajajo etnične razlike – Eskimi

prenesejo višje koncentracije Vitamina D v pripravkih – zaradi pomanjkanja sončne svetlobe so razvili mehanizem za bolj učikovit metabolizem Vit D.

wikipedia

primarne

Sekundarne (delovanje bakterij)

Konjugirane – dodatne skupine v

polarni glavi

3 7

12

vse OH skupine so cis

Žolčne kisline – biološka vloga

- Primarne, sekundarne, konjugirane; - Fiziološko pomembne pri absorpciji lipidov, vitaminov in zdravil. - Odstranijo preko 50% odvečnega holesterola.

- So ligandi jedrnih receptorjev FXR (BAR) in PXR.

- PXR je receptor litoholne kisline, ki uravnava presnovo žolčnih kislin (samouravnavanje)

- FXR in PXR sodelujeta pri uravnavanju izločanja žolčnih kislin prek žolča in urina.

- Agonisti PXR in FXR so uporabni pri zdravljenju holestatske bolezni jeter in žolčnih kamnov.

Nature Medicine 10, 1301 - 1302 (2004)

Bolezni, povezane s presnovo žolčnih kislin

- Žolčni kamni - Holestaza - Nealkoholna bolezen jeter - Etc.

Prirojene bolezni zaradi genskih napak: - Holestatska bolezen jeter (smrtno nevarna pri dojenčkih) - Nevrološka bolezen (spastična parapereza, odrasla doba) - cerberotendinous xanthomatosis, CTX napaka v CYP27A1 - Motnje v biogenezi peroksisomov, - Etc.

Zdravljenje- dodajanje žolčnih kislin.

http://www.hopkins-gi.org/GDL_Disease.

J Inherit Metab Dis. 2011 Jun;34(3):593-604. Epub 2011 Jan 13

G. Lorbek, D. Rozman et al., neobjavljeno

Oksisteroli so oksidirani derivati holesterola z raznolikimi biološkimi vlogami

Najbolj poznana je vloga v transportu in uravnavanju žolčnih kislin. So tudi predhodniki v sintezi žolčnih kislin.

Biološke vloge oksisterolov

- Uravnavajo izražanje genov v sintezi steroidov preko SREBP poti (povratna zanka holesterola)

- Predstavljajo predhodnike sinteze žolčnih kislin - So ligandi jedrnih rceptorjev (24-OH holesterol je močan ligand jetrnega X

receptorja LXR)

- So udeleženi v obratnem transportu holesterola iz periferije v jetra (predvsem 27-OH-holesterol)

- Mutacije genov, udeleženih v sintezi oksisterolov, privedejo do motenj v metabolizmu žolčnih kislin.

Primer: Mutacije gena CYP27A1 (protein CYP27A1 katalizira tvorbo 27-hidroksi holesterola) vodijo so okvarje v skladiščenju sterolov, predvsem holesterola – bolezen cerebrotendinous xanthomatosis (CTX).

http://trialx.com/curetalk/wp-content/blogs.dir/7/files/2011/05/diseases/Cerebrotendinous_Xanthomatosis-3.jpg

Primer: Nepravilno skladiščenje lipidov pri bolezni cerebrotendinous xanthomatosis , kjer je okvarjen gen CYP27A1

Zaradi okrnjene sinteze enega od oksisterolov ne pride do pravilne sinteze žolčnih kislin, ki pomagajo odstranjevati lipide iz telesa. Zato se lipidi nalagajo v nenavadne tvorbe,

neobičajne lipide zaznamo tudi v krvi in urinu.

Cerberotendinous xanthomatosis, CTX

Napaka v genu CYP27A1, ki kodira holesterol 27-hidroksilazo. Zaradi okrnjene sinteze enega od oksisterolov, ne pride do pravilne sinteze žolčnih kislin, preko katerih se odstranjuje holesterol, pride do napačnega shranjevanja lipidov, kar prizadene mnoge organe telesa. Xanthomatosis pomeni tvorbo rumenih vozličev (xanthomas). Cerebrotendinous pomeni, da se ti vozliči nalagajo pretežno v možganih in v vezivnem tkivu, ki pritrja mišice na kosti.

Glavnina steroidnih hormonov nastaja v gonadah in v

adrenalni žlezi.

Vloga steroidnih hormonov pri človeku v različnih življenjskih obdobjih: embriogeneza, puberteta, nosečnost, menopavza, andropavza

Spolni hormoni so gestageni, estrogeni in androgeni

Os hipotalamus-hipofiza–gonade določa proizvodnjo spolnih hormonov

Lutenizirajoči hormon LH Folikle stimulirajoči hormon FSH (peptidna hormona)

Steroidni hormoni

Gonadotropin sproščujoči hormon GnRH (peptidni hormon)

Razvoj ženske in moške gonade

Če ni proteina SRY, je gonada obligatorno ženska.

Prečni prerez mod (mišji model) Testosteron tvorijo Leydigove celice testisov

Prečni prerez mod miši, vidimo tubule in intersticijski prostor z Leydigovimi celicami. Barvanje s fluorescentno označenim protitelesom, ki prepozna protein CYP51 iz sinteze holesterola.

Negativna kontrola

Presnovni produkti testosterona

Ženski spolni hormoni nastanejo iz moških spolnih hormonov!

Najmočnejši Androgen je DHT

Aktivni Neaktivni

Sproščanje FSH in LH iz prednjega režnja

hipofize

Sinteza testosterona je pod kontrolo osi hipotalamus-hipofiza-gonade

Tarčna tkiva in procesi, na katere vplivajo androgeni

Os hipotalamus-hipofiza-testisi Pulzirajoče sproščanje LH (signal od Leydigovih celic) in FSH (signal do Sertolijevih celic). Tarčna tkiva androgenov so androgeni, maščevje, možgani, mišice. V maščevju iz testosterona nastaja estradiol. Androgeni vplivajo na poraščenost, spermatogenezo in libido.

http://www.hmseurope.com/obesity.htm

Znižanje koncentracije moških spolnih hormonov

http://philipsburgpharmacy.com/wp-content/uploads/2011/09/testosterone_decline.gif

http://www.vienuetestosterone.com/reference/intro_to_low_testosterone.asp

S staranjem se količina moških spolnih hormonov manjša. To (v smislu andropavze) ne vpliva na vse moške enako.

Estrogeni uravnavajo zorenje foliklov (jajčec)

Število jajčec pri ženski v različnih življenjskih obdobjih

Število jajčec se tekom življenja ženske ves čas manjša. Največje je pred rojstvom. V puberteti vsak mesec v cikel dozorevanja vstopi več foliklov, a eden običajno prevlada (dominantni folikel), drugi pa ne dozorijo do konca in odmrejo. Menopavza – menstruacijski cikel popolnoma preneha – jajčec ni več.

Hormonske spremembe med menstruacijskim ciklusom

Povečana koncentracija estradiola (E2) povzroči hitrejše pulze GnRH, kar poveča izločanje LH in povzroči ovulacijo.

Hormonske spremembe med menstruacijskim

ciklusom

http://www.womentowomen.com/menopause/fshtests.aspx

Hormonske spremembe lahko opazujemo tudi z brisom cervikalne mukoze

Sinteza estrogenov je uravnavana preko osi hipotalamus-hipofiza-jajčniki

http://www.mhhe.com/socscience/sex/common/ibank/set-4.htm

Sinteza estrogenov pri ženskah v različnih obdobjih življenja

Med nosečnostjo se proizvodnja steroidnih hormonov močno poveča.

Steroidni hormoni med nosečnostjo

http://flipper.diff.org/app/items/info/3763

Fertility and Sterility 84: 701–710, 2005

Progesteron Estradiol 17-OH-progesteron DHEA androstendion

DHEAS kortizol

Koncentracije steroidnih hormonov med nosečnostjo

Estradiol (serum) pg/mL

Otroci pred puberteto <10

Moški < 60 Ženske v rodni dobi 30 – 100

Zgodnja folikularna faza 100 – 40 Pozna folikularna faza 60 - 150

Faza rumenega telesca

Nosečnice 1. trimester 188 - 2497

2. trimester 1278 - 7192 3. trimester 6137 - 3460

Po menopavzi < 18

Referenčne vrednosti estradiola

http://www.perinatology.com/Reference/Reference%20Ranges/Estradiol.htm

Simptomi menopavze se lahko pojavijo pri različnih starostih

Težave so običajno večje pri ženskah, ki menopavzo doživijo pred 45. letom.

http://www.menopause-faq.com/early-menopause.htm

Nalaganje maščobnega tkiva v trebušnem predelu je po menopavzi odziv organizma na pomanjkanje estrogenov