Angiotensyny jako neuromodulatory

Transkrypt

1 Angiotensyny jako neuromodulatory Kinga Kuśmirowska * Antoni Kowalski Elżbieta Rębas Zakład Neurochemii Molekularnej, Katedra Biochemii Medycznej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Łódź * Zakład Neurochemii Molekularnej, Katedra Biochemii Medycznej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, ul. Mazowiecka 6/8, Łódź; tel.: (42) , kinga.kusmirowska@e. umed.lodz.pl Artykuł otrzymano 30 lipca 2012 r. Artykuł zaakceptowano 24 września 2012 r. Słowa kluczowe: angiotensyna II, angiotensyna 1-7, GABA, receptor AT1, AT2 Wykaz skrótów: AGT angiotensynogen; Ang I angiotensyna I; Ang II angiotensyna II; Ang III angiotensyna III; Ang IV angiotensyna IV; Ang 1-7 angiotensyna 1-7; Ang 1-9 angiotensyna 1-9; GABA kwas γ-aminomasłowy; RAS system renina-angiotensyna Podziękowanie: Praca powstała w trakcie realizacji projektu badawczego nr / / Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. STRESZCZENIE Wyróżnia się dwa układy renina-angiotensyna: obwodowy (centralny) biorący udział w regulacji ciśnienia krwi oraz tkankowy, którego funkcje nie są jeszcze w pełni poznane. Wiadomo jednak, że układ ten uczestniczy w takich procesach jak wzrost, proliferacja i różnicowanie komórek. Tkankowy układ występuje m.in. w ośrodkowym układzie nerwowym, gdzie moduluje działanie niektórych neuroprzekaźników. Jednym z nich jest kwas γ-aminomasłowy (GABA). Obszarami mózgu, w których występują zarówno GABA jak i angiotensyny, są: jądro przykomorowe podwzgórza, jądro pasma samotnego oraz dogłowowy brzuszno-boczny obszar rdzenia przedłużonego, zaangażowane między innymi w regulację ciśnienia krwi. Innymi przekaźnikami, na działanie których wpływają angiotensyny są adenozyna i dopamina. Korzystne działanie adenozyny może być silniejsze dzięki obecności angiotensyn. Potwierdzać to może współwystępowanie receptorów dla obu związków. Angiotensyny wpływają również na działanie dopaminy (DA), m.in. pobudzając neurony ją syntetyzujące. W niniejszym artykule przedstawiono dostępne informacje dotyczące udziału angiotensyn w procesach zachodzących w komórkach mózgu i związanych z neuroprzekaźnictwem. Nie wszystkie mechanizmy można dokładnie opisać, ponieważ wiele kwestii pozostaje nadal niejasnych i wymagane są dalsze badania. WPROWADZENIE Angiotensyna II jako peptyd biologicznie aktywny została poznana pod koniec XIX wieku, natomiast cały układ renina-angiotensyna (RAS, ang. renin angiotensin system) bliżej zbadano dopiero w połowie XX wieku. RAS jest to enzymatyczna kaskada, dzięki której nieaktywny angiotensynogen przekształcany jest do angiotensyny II, a następnie do krótszych peptydów angiotensynowych [1-3]. Ostatnio do RAS zalicza się także receptory dla peptydów angiotensynowych. Podstawową funkcją obwodowego (centralnego) RAS jest regulacja ciśnienia krwi oraz gospodarki wodno-elektrolitowej. Jednak nie wszystkie funkcje i mechanizmy działania peptydów z rodziny angiotensyn zostały opisane. Wiadomo obecnie, że angiotensyny powstają w większości tkanek, w tzw. lokalnych (tkankowych) systemach RA, dzięki którym uczestniczą w takich procesach jak wzrost, proliferacja, różnicowanie, migracja i apoptoza. Istnieje zależność pomiędzy działaniem angiotensyn a hormonami, czynnikami wzrostu i związkami zaangażowanymi w procesy zapalne. Opisana też została rola tkankowych systemów renina-angiotensyna w procesie nowotworzenia [4]. Ustalono także, że angiotensyny wykazują aktywność m.in. w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), głównie dzięki występowaniu w mózgu tkankowego (lokalnego) układu renina-angiotensyna, który posiada wszystkie elementy występujące w obwodowym układzie [5,6]. Tkankowy i obwodowy RAS w mózgu są częściowo od siebie zależne. Krążące angiotensyny wpływają na OUN poprzez narządy okołokomorowe, do których zalicza się: pole najdalsze, narząd naczyniówkowy blaszki krańcowej, narząd podsklepieniowy. Wpływ ten jest możliwy dzięki występowaniu niepełnej bariery krew-mózg, co wynika z obecności naczyń włosowatych okienkowych. W narządach okołokomorowych występują w wysokim zagęszczeniu receptory AT1, co świadczyć może o integracji mózgowego systemu renina-angiotensyna z obwodowym [7,8]. Rolą Ang II w mózgu jest modulowanie aktywności neuronalnej, zapoczątkowanej zmianami w funkcjonowaniu kanałów błonowych i w przepływie jonów. Zmiany te odnoszą się do obszarów mózgu odpowiedzialnych za kontrolowanie ciśnienia krwi [6]. POWSTAWANIE ANGIOTENSYN Prekursorowym związkiem systemu renina-angiotensyna jest nieaktywny biologicznie angiotensynogen (AGT), globularna glikoproteina, której ludzka forma składa się z 452 reszt aminokwasowych [8,9]. Przez wiele lat uważano, że istnieje tylko jeden szlak przemiany AGT, który polega na przekształcaniu angiotensynogenu do angiotensyny I. Ustalono, że angiotensyny oprócz właściwości endokrynnych, wykazują działanie również para- i intrakrynne. Cały czas 478

2 dla Ang I i Ang II. Enzymami biorącymi udział w powstawaniu angiotensyn w tkankowych RAS mogą być chymaza lub katepsyny. Również inne angiotensyny mogą być wytwarzane z proang-12, produkt przemiany jest zależny od miejsca powstawania (tkanki) [3,8,9,12]. RECEPTORY ANGIOTENSYN RECEPTOR AT1 Rycina 1. Powstawanie angiotensyn z angiotensynogenu. Wg [5,11,13] zmodyfikowany. odkrywane są nie tylko nowe elementy systemów, ale także nowe funkcje już znanych [10]. W obu typach RAS z angiotensynogenu powstaje angiotensyna I (Ang I) (Ryc. 1). Reakcja jest katalizowana przez reninę, która od końca aminokwasowego odcina fragment składający się z 10 reszt aminokwasowych (Asp-Arg-Val- -Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu). Ang I jest prekursorem Ang II, powstającej wskutek odcięcia kolejnych dwóch reszt aminokwasowych (His-Leu) z końca karboksylowego, przez enzym konwertujący angiotensynę (ACE, ang. angiotensin- -converting enzyme). Ang II uważana jest za główny efektor całego systemu [10]. Kolejny związek to Ang III odpowiadająca między innymi za zwężenie naczyń krwionośnych oraz uwalnianie aldosteronu. Powstaje ona z Ang II poprzez odcięcie jednej reszty aminokwasowej (Asp) przez aminopeptydazę A (APA, ang. aminopeptidase A). Odcięcie kolejnej reszty (Arg) od Ang III prowadzi do powstania Ang IV. Enzymem katalizującym tę przemianę jest aminopeptydaza N [9-11]. Drugi enzym konwertujący angiotensynę (ACE2) przyczynia się do powstania dwóch metabolitów. Pierwszy, Ang 1-9, powstaje z angiotensyny I przez odcięcie jednej reszty aminokwasowej (Leu) z końca karboksylowego. Drugi związek, Ang 1-7, powstający z Ang II, wykazuje działania przeciwstawne do prekursora [12]. Ostatnią pochodną angiotensynogenu, o której na razie najmniej wiadomo, jest proangiotensyna 12 (proang-12). Jest to peptyd składający się z 12 reszt aminokwasowych powstający bezpośrednio z angiotensynogenu. Nie poznano jeszcze enzymu katalizującego tę reakcję. Wiadomo, że proang-12 może być niezależnym od reniny prekursorem Angiotensyny II i III działają głównie poprzez receptory AT1 i AT2, sprzężone z białkami G [1]. Prawdopodobnie istnieje jeszcze jeden receptor dla angiotensyny II, poprzez który może ona pełnić w mózgu jeszcze niepoznane funkcje [13]. Receptor AT1 jest siedmiotransbłonowym białkiem sprzężonym z białkiem G [1]. Cztery zewnątrzkomórkowe domeny zawierają reszty cysteinowe mogące tworzyć mostki dwusiarczkowe. Jest to ważne miejsce wiążące niebiałkowych antagonistów. Po stronie cytoplazmatycznej receptor jest bogaty w reszty seryny i treoniny, które są potencjalnym miejscem fosforylacji dla kilku kinaz (m. in. kinazy białkowej C). Receptor występuje w komórkach śródbłonka, mięśni gładkich, fibroblastach, monocytach. Obecny jest także w obszarach mózgu odpowiedzialnych za odczuwanie pragnienia i kontrolę sercowo-naczyniową [14]. Poprzez aktywację receptora AT1, angiotensyny wpływają na spożycie wody i soli, sekrecję wazopresyny i aldosteronu, wzrost ciśnienia krwi (poprzez skurcz i zwężenie naczyń krwionośnych) oraz modulują odruch baroreceptorów [1]. Aktywny receptor pobudza wzrost, proliferację oraz migrację komórek mięśni gładkich w stanach patologicznych działając szkodliwie [14]. Dzięki aktywacji AT1 uruchamiany jest szereg cytoplazmatycznych szlaków sygnałowych uzależnionych od typu białka G wiążącego się z receptorem np. G q/11, G i, G 12, G 13 [15]. U gryzoni zidentyfikowano dwa podtypy AT1a i AT1b, czego nie stwierdzono u ludzi [16]. RECEPTOR AT2 Receptor AT2 jest w 34% homologiczny z receptorem AT1. Powszechnie występuje w tkankach płodowych, a jego zawartość spada po urodzeniu i ogranicza się do kilku organów (np. nadnerczy, mózgu, nerek). Receptor ten ma działanie przeciwstawne do AT1, co może zabezpieczać przed nadmierną stymulacją AT1. AT2 wpływa na ciśnienie krwi poprzez rozszerzanie naczyń krwionośnych. Działa także proapoptotycznie i hamuje wzrost komórek, np. w stanach patofizjologicznych (pełniąc funkcję ochronną) [14]. Obecnie prowadzone są badania, które mają potwierdzić udział tego receptora w naprawie i przebudowie tkanki nerwowej [17]. Ważną rolę odgrywa cytoplazmatyczna domena znajdująca się na karboksylowym końcu, ponieważ jej usunięcie obniża wysokie powinowactwo receptora do Ang II [18]. RECEPTOR AT4 Receptor dla angiotensyny IV jest peptydazą regulowaną insuliną (IRAP, ang. insulin-regulated aminopeptidase), która należy do rodziny metalopeptydaz cynkowych. Jest to białko zawierające część katalityczną po stronie zewnątrz- -komórkowej. Receptory AT4 znajdują się w sercu, nerkach, naczyniach krwionośnych, korze nadnerczy. Obecne są tak- Postępy Biochemii 58 (4)

3 ANGIOTENSYNY W MÓZGU Układ renina-angiotensyna pełni ważną rolę w kontrolowaniu współczulnego układu nerwowego. Angiotensyna II jest głównym peptydem z rodziny angiotensyn, który wykazuje aktywność w ośrodkowym układzie nerwowym. Poprzez aktywację receptorów, uruchamia wiele szlaków sygnałowych, w których biorą udział m.in. fosfolipazy C, D, A2 oraz kinaza białkowa C [22]. Receptory AT1 i AT2 występują powszechnie w różnych regionach mózgu (Tab. 1). Niezależnie od miejsca powstawania angiotensyna II działa poprzez receptory AT1 w narządach okołokomorowych i jest neuromodulatorem w kilku obszarach podwzgórza i rdzenia kręgowego, które są zaangażowane w regulację autonomiczną i endokrynną [1] oraz m.in. regulację ciśnienia krwi. Wiele z działań angiotensyn związane jest z obecnością neuroprzekaźników, takich jak GABA, dopamina czy adenozyna. ANGIOTENSYNA II A GABA Rycina 2. Wpływ toksyny krztuścowej na funkcjonowanie receptora AT1 sprzężonego z białkiem G i/o. a) Receptor AT1 funkcjonuje prawidłowo zwiększając uwalnianie GABA. Prowadzi to do zwiększenia częstotliwości IPSP. b) Zahamowanie uwalniania GABA w obecności toksyny krztuścowej. że w mózgu i występują w obszarach powiązanych z poznawaniem, funkcjami ruchowymi i zmysłami. Substratami dla IRAP poza oksytocyną i wazopresyną, są neuropeptydy takie jak dynorfina A, Met-enkefalina, neurokinina A i neuromedina. Związanie receptora AT4 z angiotensyną prowadzi do dezaktywacji aminopeptydazy i przedłużenia czasu życia tych peptydów [19]. Rozmieszczenie w OUN jest niemal identyczne u owiec, małp, świnek morskich i bardzo podobne do tego u ludzi [20]. RECEPTOR 1-7/MAS Receptor Mas jest siedmiotransbłonowym białkiem sprzężonym z białkiem G kodowanym przez protoonkogen Mas. W mózgu zlokalizowany jest w hipokampie, ciele migdałowym i korze gruszkowatej. Występuje również w nerkach, śródbłonku naczyń krwionośnych. Białko to może tworzyć heterodimery z receptorem AT1 i w ten sposób hamować działanie Ang II. Prawdopodobnie jest to fizjologiczny antagonista AT1 [5]. Ang 1-7 poprzez receptor Mas hamuje proliferację, obniża ciśnienie krwi. W nerkach zwiększa szybkość filtracji kłębuszkowej oraz indukuje natriurezę i diurezę hamując Na /K -ATPazę [12]. Angiotensyna 1-7 przy udziale receptora działa przeciwzakrzepowo redukując grubość skrzepu oraz zmniejszając adhezję płytek krwi do kolagenu włókienkowego. Jest to związane z metabolitami syntazy tlenku azotu (NOS, ang. nitric oxide synthase) i cyklooksygenaz (COX, ang. cyclooxygenases) [21]. Kwas g-aminomasłowy (GABA) jest głównym hamującym neuroprzekaźnikiem w ośrodkowym układzie nerwowym. GABA łączy się z trzema rodzajami receptorów. Jonotropowy receptor GABA A wrażliwy na bikukulinę, występuje powszechnie w OUN. Receptor GABA C również należy do receptorów jonotropowych i występuje przede wszystkim w siatkówce oka. Jest wrażliwy na bikukulinę i baklofen. Obydwa receptory są kanałami dla jonów chlorkowych i wywołują szybką odpowiedź w wyniku hiperpolaryzacji błony. GABA B jest receptorem metabotropowym, wrażliwym na baklofen [23] i wytwarza wolną odpowiedź [7]. Receptor ten sprzężony jest z białkiem G, które ułatwia otwarcie kanałów potasowych, prowadząc do wypływu K, bądź do blokowania czynności kanałów wapniowych [24]. JĄDRO PRZYKOMOROWE PODWZGÓRZA Jądro przykomorowe podwzgórza (PVN, ang. paraventricular nucleus of the hypothalamus) składa się z trzech rejonów wielkokomórkowych i pięciu drobnokomórkowych. Neurony z rejonów wielkokomórkowych przekazują sygnał do płata tylnego przysadki mózgowej i są zaangażowane w produkcję hormonów [25]. Sygnał z neuronów PVN jest przesyłany do dogłowowego brzuszno-bocznego obszaru rdzenia przedłużonego (RVLM, ang. rostral ventrolateral medulla) i neuronów pośrednio-bocznych rdzenia kręgowego (IML, ang. intermediolateral cell column) [26]. Pobudzenie może powodować spadek ciśnienia krwi oraz spadek aktywności współczulnej nerwów nerkowych. Funkcje jądra przykomorowego podwzgórza zależą od oddziaływania między pobudzającymi i hamującymi neuroprzekaźnikami. Informacje dotyczące stanu sercowo-naczyniowego ciała docierają do PVN poprzez jądro pasma samotnego (NTS, ang. nucleus tractus solitarius), które jest miejscem zakończenia włókien nerwowych powstających z wielu receptorów sercowo-naczyniowych, np. sercowo-płucnych, baroreceptorów i chemoreceptorów. Dokładne miejsce przesyłania sygnału z NTS do PVN jest nieznane. Można przypuszczać, że są to presynaptyczne drobnokomórkowe neurony i/lub GABAergiczne interneurony, ponieważ badania wykazały ich obecność w głowach rogu tylnego i bocznych regionach 480

4 Rycina 3. Produkcja RFT pod wpływem Ang II. Wg [22] zmodyfikowane. drobnokomórkowych jądra przykomorowego podwzgórza. Aksony tych komórek przekazują sygnał do różnych tkanek końcowych i współczulnych zwojów nerwowych, np. rdzenia nadnerczy, nerek, zwoju szyjnego górnego oraz GABA- -ergicznych interneuronów otaczających te rejony [25]. GABA jest głównym neuroprzekaźnikiem w PVN, dlatego przypuszcza się, że zmniejszenie wpływu GABA na współczulne neurony regulujące w PVN, leży u podstaw wzrostu aktywności nerwów współczulnych (SNA, ang. sympathetic nerve activity) w nadciśnieniu i niewydolności serca [22]. Ang II pobudza neurony projektujące poprzez hamowanie napływu GABA, nie powoduje jednak zwiększenia poziomu glutaminianu [1,27]. Prawdopodobnym miejscem działania Ang II jest presynaptyczne zakończenie neuronów GABAergicznych. Podanie angiotensyny powoduje wzrost aktywności neuronów taki sam jak obserwowany po podaniu bikukuliny (antagonisty receptorów GABA). Jednak jednoczesne podanie obydwu związków nie doprowadza do pobudzenia neuronów [22,27]. Angiotensyna hamuje postsynaptyczne potencjały hamujące (IPSPs, ang. inhibitory postsynaptic potentials) kwasu γ-aminomasłowego, w sposób zależny od stężenia. Supresja ta jest całkowicie znoszona przez losartan, antagonistę receptora AT1. Natomiast nie ma na to wpływu antagonista receptora AT2 (PD123319), co sugeruje, że AT2 nie ma wpływu na działanie GABA [27]. Receptory angiotensyny II są sprzężone z różnymi białkami G. Zastosowanie toksyny krztuścowej (PTx, ang. pertussis toxin) spowodowało, że Ang II nie zmniejszyła częstotliwości IPSPs, co sugeruje, że z AT1 sprzężone jest białko G i/o wrażliwe na PTx (Ryc. 2) [1]. Ważną rolę w działaniu GABA odgrywają też reaktywne formy tlenu. Pobudzenie receptora AT1 stymuluje oksydazę NADPH tworzącej rodnik ponadtlenkowy. Zastosowanie mimetyku dysmutazy ponadtlenkowej (MnTBAP), powoduje całkowite zniesienie hamującego wpływu Ang II na presynaptyczne uwalnianie GABA. Sposób w jaki reaktywne formy tlenu (RFT) wpływają na uwalnianie GABA nie został jeszcze poznany. W proces ten mogą być zaangażowane różne białka. Przypuszcza się, że może to być białko SNAP- 25, które jest odpowiedzialne za endocytozę neurotransmiterów, bądź białko G i/o [1]. Nie można wykluczyć, że mechanizm jest podobny do zachodzącego w komórkach mięśni gładkich naczyń (VSMC, ang. vascular smooth muscle cells), gdzie jak wiadomo białka G biorą udział w produkcji reaktywnych form tlenu. W aktywację oksydazy przez Ang II zaangażowane jest wiele szlaków. W VSMC angiotensyna II aktywuje kinazę białkową C (PKC, ang. protein kinase C), co wywołuje pobudzenie oksydazy i produkcję H 2 O 2 (Ryc. 3). Nadtlenek wodoru aktywuje kinazę tyrozynową Src, która prowadzi do transaktywacji receptora czynnika wzrostu naskórka (EGFR, ang. epidermal growth factor receptor). Następnie dochodzi po pobudzenia kinazy 3-fosfatydyloinozytolu (PI3-K, ang. phosphoinositide 3-kinase), która wytwarza fosfatydyloinozytolo- 3,4,5-trójfosforan (PIP3, ang. phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate). PIP3 przekształca Rac do jego formy wiążącej GTP. Białko Rac wiążące GTP najprawdopodobniej wiąże się z oksydazą NADPH powodując powstawanie RFT [28]. JĄDRO PASMA SAMOTNEGO Jądro pasma samotnego (NTS, ang. nucleus tractus solitarius) uważane jest za ważne centrum integrujące wiele informacji docierających do mózgu z całego organizmu [29]. Jest regionem mózgu kontrolującym m.in. ciśnienie tętnicze i aktywność współczulnego systemu nerwowego. W jądrze pasma samotnego, w którym GABA jest silnym modulatorem neuronów, obserwuje się dużą gęstość receptorów GABA A i GABA B. Receptor GABA B odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu baroreceptorów. Długotrwałe podawanie angiotensyny II selektywnie zwiększa syntezę receptora GA- BA B, co może przyczyniać się do rozwoju nadciśnienia poprzez hamowanie odruchów baroreceptorów [30]. Wzrost ekspresji genu gbr 1 (gen receptora GABA B ) wywołany obecnością Ang II, potwierdzono zarówno poprzez ciągłe podawanie in vivo, jak i przez traktowanie hodowli komórkowej neuronów NTS [31]. Region promotorowy genu gbr 1 zawiera kilka sekwencji wiążących czynniki transkrypcyjne, m.in. białko wiążące się z elementem odpowiedzi na camp (CREB, ang. camp-response element binding protein), czynnik transkrypcyjny USF (ang. depolarization-sensitive upstream stimulatory factor), czynnik aktywujący czynnik transkrypcyjny 4 związany z CREB ATF 4 (ang. CREB-related factor activating transcription factor-4). Wykazano, że angiotensyna zwiększa aktywność PI-3K, która jest zaangażowana w regulację ekspresji kilku genów w neuronach poprzez fosforylację CREB. Dlatego możliwe jest, że wzrost ekspresji genu receptora GABA B jest związany z aktywacją PI- -3K. Z drugiej strony podobne działanie regulujące aktywność genów na drodze fosforylacji wykazuje białko Rho, również podlegające wpływom angiotensyny [31]. Postępy Biochemii 58 (4)

5 Tabela 1. Występowanie receptorów Ang II w mózgu (na postawie [5] zmodyfikowane). Obszar mózgu Hipokamp Zakręt zębaty Podkładka Pole CA1 Pole CA2 Pole CA3 Ciało migdałowate Jądro środkowe Jądro przyśrodkowe Jądro podstawnoboczne Jądro podstawnoprzyśrodkowe Jądro boczne Pole przejściowe migdałowatogruszkowate Pole przejściowe migdałowatohipokampowe DOGŁOWOWY BRZUSZNO-BOCZNY OBSZAR RDZENIA PRZEDŁUŻONEGO Receptor AT1 AT2 Jądro ogoniaste Organy okołokomorowe Jądro przegrodowe boczne Jądro przegrodowe środkowe Wzgórze Uzdeczka Wzgórze przednie Wzgórze przyśrodkowogrzbietowe Wzgórze brzusznotylne Wzgórze środkowoprzyśrodkowe Jądro kolankowate przyśrodkowe Jądro siatkowate Podwzgórze Guz popielaty Jądro przykomorowe Jądro okołokomorowe Jądro nadwzrokowe Jądro nadskrzyżowaniowe Jądro przedwzrokowe Podwzgórze grzbietowopośrednie Jądro łukowate Śródmózgowie Wzgórek górny Wzgórek dolny Istota szara środkowa Pole pokrezywowe brzuszne Istota czarna Miejsce sinawe Jądro siatkowate mostu Móżdżek Pole najdalsze Jadro pasma samotnego Narząd naczyniowy blaszki krańcowej Oliwka Jadro podjęzykowe Jądro ruchowe nerwu trójdzielnego Kolejnym obszarem mózgu odpowiedzialnym za kontrolę współczulnej aktywności naczynioruchowej oraz ciśnienia krwi jest dogłowowy brzuszno-boczny obszar rdzenia przedłużonego (RVLM, ang. rostral ventrolateral medulla). Neurony RVLM przesyłają sygnał bezpośrednio do neuronów przedzwojowych w rdzeniu kręgowym. Są także ważnym składnikiem centralnej ścieżki pośredniczącej w odpowiedzi odruchowej na pobudzenie m.in. chemoreceptorów i baroreceptorów [32,33]. Na funkcjonowanie neuronów RVLM wpływają neuroprzekaźniki, takie jak glutaminian i GABA. Również angiotensyna II oddziałuje na tą część mózgu, dowodem czego jest duża gęstość receptorów AT1 i AT2 [34]. Angiotensyna II może wykazywać przeciwstawne działanie zależne od warunków fizjologicznych. Przy niedotlenieniu powoduje zahamowanie współczulnych neuronów RVLM. Podanie kandesartanu (antagonisty receptora AT1) wywołuje wzrost aktywności współczulnych nerwów nerkowych (RSNA, ang. renal sympathetic nerve activity) i średniego ciśnienia tętniczego (MAP, ang. mean arterial pressure). Natomiast zablokowanie receptorów GABA A bikukuliną i podanie kandesartanu wywołuje spadek RSNA i MAP. Oznacza to, że w warunkach niedotlenienia GABA maskuje pobudzające działanie Ang II. Dokładny mechanizm działania nie jest znany [35,36]. Przypuszcza się jednakże, że podobnie jak w innych częściach mózgu, pomocny może tu być tlenek azotu. Zaobserwowano, że przy niedotlenieniu dochodzi do zwiększonej aktywacji receptora AT1, co podnosi produkcję NO. Powoduje to mniejsze pobudzenie neuronów na skutek większego wypływu GABA. Aktywacja receptora AT1 i uwolnienie NO może poważnie wpływać na limitowanie współczulnie pobudliwej odpowiedzi na niedotlenienie [33]. Neurony GABAergiczne mogą znacząco wpływać na angiotensynę II, równoważąc jej działanie pobudzające. Świadczy o tym fakt, że angiotensyna zmniejsza ciśnienie krwi i aktywność neuronów współczulnych u szczurów z prawidłowym ciśnieniem, dopiero po podaniu antagonisty receptorów GABA A [34]. ANGIOTENSYNA 1-7 A GABA Angiotensyna 1-7 (Ang 1-7) powstaje na skutek przecięcia angiotensyny I przez endopeptydazę prolinową, bądź przez odcięcie reszty fenyloalaninowej z angiotensyny II przez karboksypeptydazę P. Na początku XXI wieku odkryto jeszcze jeden enzym biorący udział w przekształcaniu angiotensyny II do angiotensyny 1-7, mianowicie enzym konwertujący angiotensyny ACE2 [5,6]. W mózgu Ang 1-7 pełni funkcje związane z kontrolą sercowo-naczyniową, dlatego też występuje w PVN, RVLM i NTS. Jej stężenie w podwzgórzu jest porównywalne do Ang I i Ang II. Angiotensyna 1-7 posiada własny receptor Mas, również należący do receptorów związanych z białkiem G [4,37]. Jak do tej pory pojawiło się niewiele doniesień opisujących wzajemne oddziaływania pomiędzy Ang1-7 a GABA. Wiadomo jednak, że Ang 1-7 podwyższa wypływ GABA z komórek prążkowia. Stragier i wsp. [38], na podstawie przeprowadzonych badań, odkrył, że wpływ angiotensyny 1-7 nie zachodził przy udziale receptorów AT1 i AT2, ponieważ obecność ich antagonistów nie blokowała wzrastania poziomu GABA. Prawdopodobnie odbywało się to poprzez receptor Mas. Dokładny mechanizm nie jest jeszcze poznany

6 ANGIOTENSYNA A INNE NEUROTRANSMITERY ADENOZYNA Adenozyna jest hamującym neuroprzekaźnikiem, który wpływa na uwalnianie przekaźników pobudzających w różnych rodzajach padaczki. Wykazuje działanie przeciwdrgawkowe, a jej stężenie gwałtownie rośnie podczas epilepsji. Działa przez receptor A1 [39]. Wielokrotne podawanie substancji prodrgawkowej (np. pentylenetetrazolu, PTZ) powoduje trwałe obniżanie progu drgawkowego i w efekcie atak epilepsji. Jednoczesne podanie analogów adenozyny oraz antagonistów receptorów AT1 i AT2, powoduje wzrost progu drgawkowego i obniżenie wrażliwości na pentylenetetrazol. Podanie natomiast Ang IV i agonisty receptora A1 łagodzi napady drgawkowe oraz blokuje występowanie wtórnych napadów padaczkowych w obecności PTZ. Być może Ang IV wpływa pośrednio na wiązanie się adenozyny z receptorem A1, a co za tym idzie także na hamowanie aktywności neuronów w obszarach mózgu ważnych pod względem ataków padaczkowych. Warto dodać, że w tych częściach mózgu występowanie receptorów AT4 i A1 pokrywa się [39]. DOPAMINA Wiele dowodów potwierdza silny związek pomiędzy działaniem Ang II i dopaminy w mózgu. Jednym z nich jest powszechne występowanie receptorów AT1 w obszarach mózgu bogatych w dopaminę. RAS pełni funkcje regulacyjne w różnych procesach fizjologicznych poprzez wpływ na główne szlaki dopaminy. Badania in vitro i in vivo wykazały, że pobudzenie receptorów AT1 przez Ang II zwiększa uwalnianie dopaminy u szczurów. Neurony wazopresynoergiczne, które syntetyzują dopaminę mogą być pobudzane przez Ang II. Odkryto również, że mieszanka agonistów receptorów D1 i D2 powoduje wzmocnienie działania angiotensyny II na dopaminę [39]. PODSUMOWANIE Zebrane w niniejszym artykule przeglądowym informacje wskazują na istnienie zależności pomiędzy RAS a działaniem GABA, dopaminy oraz adenozyny. Wpływ angiotensyn na działanie GABA obserwuje się w rejonach mózgu związanych z regulacją ciśnienia krwi. Efekty ich działania są różne i zależą od obszaru mózgu oraz warunków fizjologicznych. Peptydy angiotensynowe korzystnie wpływają na działanie dopaminy i adenozyny. Dokładne poznanie zależności pomiędzy angiotensynami a neuroprzekaźnikami może pomóc w opracowaniu nowych, bardziej efektywnych sposobów leczenia epilepsji oraz zaburzeń ciśnienia krwi i pracy serca. Niezbędne są jednak dalsze badania, które umożliwią dokładniejsze poznanie mechanizmów i skutków tych oddziaływań. PIŚMIENNICTWO 1. Chen Q, Pan H (2007) Signaling mechanisms of angiotensin II-induced attenuation of GABAergic input to hypothalamic presympathetic neurons. J Neurophysiol 97: Kozieradzka A, Kamiński K, Musiał WJ (2005) Rozwój niewydolności serca w przebiegu choroby wieńcowej - rola czynników genetycznych. Kardiol Pol 63: Kumar R, Singh VP, Baker KM (2007) The intracellular renin-angiotensin system: a new paradigm. TRENDS Endocrinol Metab 18: Domińska K, Lachowicz-Ochędalska A (2008) Zaangażowanie układu renina-angiotensyna (RAS) w proces kancerogenezy. Postepy Biochem 54: Andrzejczak D (2009) Angiotensyna (1-7) - nowe ogniwo układu renina-angiotensyna-aldosteron (RAA). Postepy Hig Med Dosw 63: von Bohlen und Halbach O, Albrecht D (2006) The CNS renin-angiotensin system. Cell Tissue Res 326: Gaiarsa J, Kuczewski N, Porcher C (2011) Contribution of metabotropic GABAB receptors to neuronal network construction. Pharmacol Ther 132: Nagata S (2006) Isolation and identification of proangiotensin-12, a possible component of the renin-angiotensin system. Biochem Biophys Res Commun 350: Marc Y, Llorens-Cortes C (2011) The role of the brain reninangiotensin system in hypertension: Implications for new treatment. Prog Neurobiol 95: Fyhrquist F, Saijonmaa O (2008) Renin-angiotensin system revisited. J Intern Med 264: Feng CH, Chou CH, Chuang LY, Lu CY (2011) Identification of the metabolites of angiotensinii (1-8) in mes-13 cells by a simple nanolcms-ms system: a preliminary platform. Anal Lett 44: Varagic J, Trask AJ, Jessup JA, Chappell MC, Ferrario MC (2008) New angiotensins. J Mol Med 86: Karamyan VT, Stockmeier CA, Speth RC (2008) Human brain contains a novel non-at1, non-at2 binding site for active angiotensin peptides. Life Sci 83: Dasgupta C, Zhang L (2011) Angiotensin II recptors and drug Angiotensin II receptors and drug discovery in cardiovascular disease. Drug Disc Tod 16: Higuchi S, Ohtsu H, Suzuki H (2007) Angiotensin II signal transduction through the AT1 receptor: novel insights into mechanisms and pathophysiology. Clin Sci 112: Saavedra JM, Ando H, Armando I, Baiardi G, Bregonzio C, Juorio A, Macova M (2005) Anti-stress and anti-anxiety effects of centrally acting angiotensin II AT1 receptor antagonists. Regul Pept 128: Steckelings UM, Kaschina E, Unger T (2005) The AT2 receptor - a matter of love and hate. Peptides 26: Pulakat L, Gray A, Johnson J, Knowle D, Burns V, Gavini N (2002) Role of C-terminal cytoplasmic domain of the AT2 receptor in ligand binding and signaling. FEBS Lett 524: Herbst JJ, Ross SA, Scott HM, Bobin SA, Morris NJ (1997) Insulin stimulates cell surface aminopeptydase activity toward vasopressin in adipocytes. Am J Physiol 272: E600- E Albiston AL, Mustafa T, McDowall SG, Mendelsohn F, Lee J, Chai SY (2003) AT4 receptor is insulin-regulated membrane aminopeptidase: potential mechanisms of memory enhancement. Trends Endocrinol Metab 14: Fressatto de Godoy MA, Pernomian L, de Oliveira AM, Rattan S (2012) Biosynthetic pathways and the role of the Mas receptor in the effects of angiotensin-(1-7) in smooth muscles. Int J Hypertens, w druku, doi: /2012/ Li D, Pan H (2005) Angiotensin II attenuates synaptic GABA release and excites paraventricular-rostral ventrolateral medulla output neurons. J Pharmacol Exp Ther 313: Allain AE, Le Corronc H, Delpy A (2011) Maturation of the GABAergic transmission in normal and pathologic motoneurons. Neural Plast, w druku, doi: /2011/ Maity B, Stewart A, Yang J (2012) Regulator of G Protein Signaling 6 (RGS6) ensures coordination of motor movement by modulating GA- BAB receptor signaling. J Biol Chem 287: Pyner S (2009) Neurochemistry of the paraventricular nucleus of the hypothalamus: Implications for cardiovascular regulation. J Chem Neuroanat 38: Postępy Biochemii 58 (4)

7 26. Pan H (2004) Brain angiotensin II and synaptic transmission. Neuroscientist 10: Li P, Chen S, Pan H (2003) Angiotensin II stimulates spinally projecting paraventricular neurons through presynaptic disinhibition. J Neurosci 23: Seshiah PN, Weber DS, Rocic P (2002) Angiotensin II stimulation of NAD(P)H oxidase activity: upstream mediators. Circ Res 91: Dufour A, Tell A, Kessler JP, Baude A (2010) Mixed GABA-glycine synapses delineate a specific topography in the nucleus tractus solitarii of adult rat. J Physiol 588: Yao F, sumners F, O Rourke ST (2008) Angiotensin II increases GAB- AB receptor expression in nucleus tractus solitarii of rats. Am J Physiol Heart Circ Physio 294: H2712-H Zhang Q, Yao F, O Rourke ST (2009) Angiotensin II enhances GABAB receptor-mediated responses and expression in nucleus tractus solitarii of rats. Am J Physiol Heart Circ Physiol 297: H1837-H Horiuchi J, Killinger S, Dampney RA (2004) Contribution to sympathetic vasomotor tone of tonic glutamatergic inputs to neurons in the RVLM. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 287: R1335-R Sheriff MJ, Fontes MAP, Killinger S (2006) Blockade of AT1 receptors in the rostral ventrolateral medulla increases sympathetic activity under hypoxic conditions. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 290: R733-R Dupont AG, Brouwers S (2010) Brain angiotensin peptides regulate sympathetic tone and blood pressure. J Hypertens 28: Sheriff MJ, Fontes M, Killinger S, Horiuchi J, Dampney R (2006) Blockade of AT1 receptors in the rostral ventrolateral medulla increases sympathetic activity under hypoxic conditions. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 290: R733-R Dampney R, Tan P, Sheriff MJ (2007) Cardiovascular Effects of AngiotensinII in the Rostral Ventrolateral Medulla: The Push-pull Hypothesis. Curr Hypertens Rep 9: Da Silva A, Dos Santos R, Fontes M (2005) Blockade of Endogenous Angiotensin-(1-7) in the Hypothalamic Paraventricular Nucleus Reduces Renal Sympathetic Tone. Hypertension 46: Stragier B, Hristova I, Sarre S (2005) In vivo characterization of the angiotensin-(1-7)-induced dopamine and g-aminobutyric acid release in the striatum of the rat. Eur J Neurosci 22: Tchekalarova J, Georgiev V (2005) Angiotensin peptides modulatory system: how is it implicated in the control of seizure susceptibility? Life Sci 76: Angiotensins as neuromodulators Kinga Kuśmirowska *, Antoni Kowalski, Elżbieta Rębas Department of Molecular Neurochemistry, Medical University of Lodz, 6/8 Mazowiecka St., Lodz, Poland * kinga.kusmirowska@e.umed.lodz.pl Key words: angiotensin II, angiotensin 1-7, GABA, receptor AT1, AT2 ABSTRACT The primary function of angiotensin II, the main peptide of central renin-angiotensin system (RAS), is regulation of blood pressure. Recently, new functions of so-called local (or tissue) RAS have been discovered in brain. AT1 and AT2 angiotensin receptors, found in many parts of central nervous system (CNS), stimulate various signalling pathways. γ-amniobutyric acid (GABA), which acts by three types of receptors, is the crucial inhibitory neurotransmitter. GABA and angiotensins are found in brain regions like paraventricular nucleus of hypothalamus, nucleus tractus solitari and rostral ventrolateral medulla, all involved in blood pressure regulation. The influence of angiotensin II on GABA action is different in various CNS regions, but mainly it is associated with cardiovascular neurons activity. There are other neurotransmitters which may interact with angiotensins action. Adenosine has inhibitory effect and play important role in epilepsy. Its beneficial influence may be stronger in presence of angiotensin. Angiotensins also interact with dopamine (DA) activity by stimulation of DA-synthesizing nerves