HC's week 10: De metabole thermostaat: hypothalamus – hypofyse – bijnier as Flashcards
Welke klassieke endocriene assen zijn er?
hersenen-hypothalamus-hypofyse-perifeer endocrien orgaan
Wat zijn de belangrijskte endocriene oorzaken van hypertensie?
Syndroom van Cushing, het syndroom van Conn (primair hyperaldosteronisme) en het pheochromocytoom (catcholamine-producerende bijniertumor)
Wat is het doel van het endocriene systeem?
Communicatie tussen cellen en celsystemen mogelijk maken d.m.v. hormonen
- Werkt samen met het zenuwstelsel
wat zijn hormonen?
Stoffen die circuleren in het bloed
- Kunnen eiwitten zijn maar hoeft niet altijd
- Oefenen een effect op bepaalde doelwitcellen uit –> hiervoor zijn receptoren cruciaal want doelwitcellen reageren alleen op hormonen waar zij receptoren voor hebben
- Effect afhankelijk van de geprogrammeerde respons van de doelwitcel
Welke 3 typen communicatie zijn er via hormonen?
Endocrien: hormoon wordt via de bloedbaan naar doelwitcellen vervoerd, specificiteit bepaald door andere cellen die receptoren voor andere hormonen hebben
Paracrien: signaalmoleculen bereiken via intercellulaire vloeistof de nabijgelegen cellen
Autocrien: hormoon uit de cel bindt op de receptor van diezelfde cel, zelfregulatie, bijv. voor negatieve terugkoppeling
Welke 2 belangrijke type receptoren heb je?
Kernreceptoren: receptoren die direct in de kern hun werking uitvoeren omdat ze bij de kern zitten, hormonen moeten zelf door het membraan kunnen, vooral schildklierhormoon en bijnierschorssteroïd hormonen
Membraanreceptoren: receptoren die zich bevinden op het membraan, voor hormonen die niet zelf door het membraan kunnen, receptor activeert intracellulaire processen na binding van het hormoon (vaak via G-eiwitten), vooral hypofyse en hypothalamus hormonen
Wat zijn de belangrijkste endocriene klieren?
(Hypothalamus): geen echt endocrien orgaan, het is zenuwweefsel, maar heel gespecialiseerd om de hypofyse aan te sturen
Hypofyse (pituitary gland/meesterklier): maakt veel hormonen die andere endocriene klieren aanstuurt
Schildklier (thyroid gland)
Bijschildklier (parathyroid glands)
Bijnieren (adrenal glands)
Testes
Ovaria
Pancreas
Wat is een endocriene as en waar zit de negatieve feedback?
- In hypothalamus wordt hypothalaam hormoon gemaakt
- Invloed op hormoonafgifte hypofyse voorkwab dus hypofyse voorkwab hormonen aanmaak
- Hormonen invloed op perifeer endocrien orgaan hierdoor perifeer hormoon aanmaak
- Perifere hormonen effect op doelwit orgaan
Negatieve feedback:
- Perifeer hormoon heeft invloed op hypofyse en hypothalamus
- Hypofyse koppelt ook terug naar de hypothalamus
Wat heb je bij een hormonaal evenwicht en wat bij een hormonale disbalans?
Hormonaal evenwicht = gezond systeem, o.a. door negatieve terugkoppeling
Hormonale disbalans = endocriene ziekte, bijv. door een tumor of een niet werkende receptor, hierdoor werkt aansturing/terugkoppeling niet meer goed
wat zijn de kernmerken van de hypothalamus
- Bevat clusters met neuronen die hormonen produceren
- Heeft neuronen met grote cellichamen: axonen komen uit in hypofyseachterkwab en maken vasopressine en oxytocine (korte halfwaardetijd) die worden afgegeven aan bloedbaan via hypofyse
- Heeft neuronen met kleine cellichamen: korte axonen geven releasing factors af (aan plexus van bloedvaten boven hypofysesteel) die afgifte van hormonen door hypofysevoorkwab stimuleren/remmen; hypofyseotropische hormonen TRH, GnRH, somatostatine, GHR, dopamine en CRH
wat zijn de kenmerken van de hypofyse
- Slecht 1 cm groot en net boven de spheniodal sinus
- Achterkwab zelfde embryologische origine als de hypothalamus, dus bevat kleine kernen met zenuwcellen, geven oxytocine en ADH af
- Voorkwab andere origine, bevat endocriene hormoonproducerende cellen die lijken op eilandjes van Langerhans, geven TSH, ACTH, FSH, LH, GH, PRL en endorphines af
Welke hormoonproducerende cellen zitten er in de hypofysevoorkwab, wat maken ze, hoe worden ze gestimuleerd/geremd en hoeveel komen ze voor?
Somatotroop (50%): maakt groeihormoon, stimulatie door GHRH, remming door somatostatine
Corticotroop (20%): maakt ACTH, stimulatie door CRH (en AVP)
Lactotroop (15%): maakt prolactine (PRL), remming door dopamine
Gonadotroop (10%): maakt LH/FSH, stimulatie door GnRH (LHRH)
Thyreotroop (5%): maakt TSH, stimulatie door TRH
Hoe ziet de hypothalamus-hypofyse-bijnier as eruit?
- Hypothalamus maakt CRH (onder hoge stress ook vasopressine/AD)
- CRH bindt aan een G-eiwit gekoppelde receptor op de hypofysevoorkwab –> activatie adenylyl cyclase –> stijging intracellulair cAMP –> activatie proteïne kinase A –> opening Ca-kanalen –> [Ca2+] stijging intracellulair
- ACTH-afgifte wordt gestimuleerd en afgegeven aan het bloed
- ACTH stimuleert de bijnier tot aanmaak van bijnierandrogenen en cortisol door binding aan G-eiwit gekoppelde receptor (melanocortine-2- receptor) –> verhoging cAMP –> stimulatie proteïne kinase A –> activiteit P-450SCC omhoog en synthese van bepaalde enzymen omhoog
- Cortisol bindt door een kernreceptor (glucocorticoïd receptor) en beide hebben een negatieve feedback op hypothalamus en hypofyse
Hoe ziet de hypothalamus-hypofyse-schildklier as eruit?
- Hypothalamus maakt TRH
- TRH bindt aan receptor op de hypofysevoorkwab
- TSH-afgifte wordt gestimuleerd en afgegeven aan het bloed
- TSH stimuleert de schildklier tot aanmaak van schildklierhormoon (T4)
5a. T4 kan in de lever omgezet worden in het actieve T3 wat effect heeft op weefsels
5b. T4 heeft een negatieve feedback op hypothalamus en hypofyse
Hoe ziet de hypothalamus-hypofyse-groeihormoon as eruit?
(0). Ghreline wat in de maag wordt geproduceerd stimuleert de hypothalamus en hypofyse tot aanmaak van GHRH en GH
1. Hypothalamus maakt somatostatine en GHRH
2a. Somatostatine remt de hypofyse
2b. GHRH stimuleert de hypofyse
3. Bij stimulatie maakt de hypofyse groeihormoon (GH)
4. In de lever zorgt groeihormoon voor de aanmaak van IGF-I –> inhibitor effect op hypothalamus en hypofyse
Hoe ziet de hypothalamus-hypofyse-gonaden as eruit?
- Hypothalamus maakt GnRH
- GnRH bindt aan receptor op de hypofysevoorkwab
- LH- en FSH-afgifte wordt gestimuleerd en afgegeven aan het bloed
- Testes en ovaria maken steroïde hormonen bij stimulatie van LH/FSH: testosteron, oestradiol en progesteron
- Testes en ovaria maken ook Inhibine B wat negatief terugkoppelt aan hypothalamus en hypofyse
Hoe verloopt de prolactine afgifte?
Is voor stimulatie van melkvorming
- Dopamine wordt gemaakt in de hypothalamus en probeert de prolactine-afgifte te onderdrukken
2a. Bij de zoogreflex wordt via lange uitlopers via het ruggenmerg de afgifte van dopamine onderdrukt
2b. In de hypothalamus worden neuronen met grote cellichamen gestimuleerd waardoor oxytocine wordt afgegeven –> zorgt voor samentrekking van spieren in de borst - Remming van de dopamine afgifte, waardoor prolactine afgegeven kan worden
Waarvoor zijn de hormonen oxytocine en vasopressine (ADH) die door de hypofyseachterkwab worden uitgescheiden?
Oxytocine: prikkelt borstklier bij zogen, zorgt voor baarmoedercontractie bij bevalling (partus), gemoedshormoon, bij de man is de rol verder niet helemaal duidelijk
Vasopressine/ADH: stimuleert de reabsorptie van water in de nier, reguleert hierdoor de bloeddruk
wat is een circadiaan ritme
Circulerende spiegels van hormonen zijn niet constant maar verschillen gedurende de dag
- GH, TSH en PRL zijn in hoge concentraties tijdens de slaap aanwezig
- ACTH en cortisol zijn laag tijdens middernacht en lopen in de vroege ochtend op
+ er zijn nog kleine fluctuaties (pulsatiel) zodat receptoren niet ongevoelig voor de hormonen worden
–> hierdoor geeft een eenmalige hormoonspiegel meting weinig informatie over de wisseling, dus moet je 24-uurs ritmes bepalen
Wat is de rol van bindende eiwitten?
Eiwitten in de circulatie die hormonen binden en ze zo inactief maken + zorgen voor een verminderde klaring/uitscheiding (verlagen de halfwaardetijd bij meer binding)
- Hierdoor kun je een reservoir van hormonen in de circulatie opbouwen
- Bij meer bindend eiwit in de circulatie veranderd het evenwicht –> hierdoor gaat hypofyse meer eiwitten produceren –> hierdoor ontstaat een nieuw evenwicht met evenveel vrije hormonen, maar totale hoeveelheid hormonen is sterk toegenomen (nog steeds steady state)
Hoe ziet de bijnier eruit en uit welke delen bestaat hij?
Ong. 3 cm groot en omringd door vet, bestaat uit:
- Donkere medulla: catecholamine productie ((nor)adrenaline), regulatie door sympathicus
- Lichte cortex: steroïdhormoon productie, 3 delen:
~ Zona glomerulosa (buisvormig): mineralocorticoïd productie (aldosteron), regulatie door AngII en K+
~ Zona fasciculata (paaltjes): glucocorticoïd productie (cortisol), regulatie door ACTH
~ Zona reticularis (netwerk): androgeen productie (DHEA), regulatie door ACTH
- Kapsel eromheen
Hoe verloopt de biosynthese van bijnier steroïden?
Cholesterol is de bouwsteen voor androgenen, cortisol en aldosteron –> omzetting door steroïdogene enzymen (sommige in mitochondriën, sommige in ER):
- CYP11A (cholesterol side-chain cleavage)
- HSD3 (3-bèta-hydroxysteroid dehydrogenase)
- CYP17 (17-hydroxylase/C17-20 desmolase)
- CYP21 (21-hydroxylase)
- CYP11B1 (11-bèta-hydroxylase)
- CYP11B2 (aldosteron synthase)
- B5 (cytochroom B5 (co-factor))
Waardoor wordt de cortisol afgifte gereguleerd?
ACTH, stress en biochemische stress
wat is stress en welke functie heeft het
Glucocorticoïd; voor 95% gebonden aan transcortine (CBG) en albumine, in lever en nier vooral gemetaboliseerd
Beïnvloed glucose, eiwit en vet metabolisme
- Remming eiwitsynthese in weefsels
- Stimulering gebruik van vetzuren als energie en glucose als verlaging
- Stimulering van de lever tot glucose aanmaak (gluconeogenese) en verhoging bloedsuikerspiegel
- brengt ongevoeligheid van de insuline receptor met zich mee door meer glucose aanmaak wat in het bloed terecht komt
Hoe wordt de aldosteron afgifte gereguleerd en waar zorgt aldosteron voor?
- Nier produceert renine
2 M.b.v. renine wordt angiotensinogeen omgezet in angiotensine I (AngI) - M.b.v. ACE (vooral in longepitheel) wordt AngI omgezet in AngII
- AngII zorgt voor vasoconstrictie en stimuleert de zona glomerulosa tot productie van aldosteron (door binding met G-eiwit gekoppelde receptor in de bijnierschors)
- Aldosteron zorgt voor meer Na+ reabsorptie en meer K+ excretie, hierdoor meer H2O reabsorptie en een stijging van de bloeddruk
6a. Stijging van de bloeddruk zorgt voor minder renine afgifte door de nier
6b. Verhoogde [K+]plasma stimuleert de afgifte van aldosteron
Wat is aldosteron en welke functie heeft het?
Mineralocorticoïd
- Reguleert concentratie van Na+ (vasthouden) en K+ (uitscheiden)
- Reageert op veranderingen in de samenstelling van plasma (extracellulair K+)
- Gekoppeld aan RAS systeem van de nier
Waarom moet cortisol snel worden afgebroken in de nier?
Cortisol is een glucocorticoïd, maar kan ook aan de mineralocorticoïd-receptor binden
Cortisol heeft een hogere potency (bepaald door biologische halfwaardetijd en affiniteit voor de receptor) dan aldosteron en hierdoor een sterker effect –> dus afbraak om onbedoelde mineralocorticoïde effecten te voorkomen
Welke medicijnen zijn gericht op de glucocorticoïde of mineralocorticoïde receptoren?
Prednison/methylprednison/dexamethason: sterker glucocorticoïd effect dan cortisol, minder mineralocorticoïd effect
Fludrocortisone: sterker mineralocorticoïd effect en minder glucocorticoïd effect (hetzelfde als cortisol)
Waarom hebben cortisol en aldosteron geen effect op elkaars receptoren?
Aldosteron circuleert in zeer lage concentraties in het bloed, cortisol in veel hogere
In de nier een systeem aanwezig waarbij actief cortisol wordt omgezet in inactief cortison (door enzym HSDI en II) en later HSDI het weer in de actieve vorm kan omzetten –> shuttle van actief naar inactief –> in de nier is HSDII dus van groot belang
Welk effect heeft prednison op de bijnierschors?
Synthetisch glucocorticoïd met een hogere potency voor glucocorticoïd receptor dan cortisol zelf
- Remming ACTH-afgifte –> [cortisol] omlaag + [androgenen-/androsteendion] omlaag –> [aldosteron] gelijk, want synthese androgenen wordt gereguleerd door ACTH en glomerulosa staat niet onder invloed van ACTH
Hoe vindt de catecholamine synthese in de bijnier merg/medulla plaats?
Ontstaat uit bouwsteen tyrosine
1. Tyrosine wordt door thyroïd hormoon (TH) omgezet in L-DOPA
2. L-DOPA wordt omgezet in dopamine
3. Dopamine wordt opgenomen in de granula en omgezet tot noradrenaline –> kan worden opgeslagen, uitgescheiden of uit de granula worden gepompt
4. Enzym PNMT kan noradrenaline omzetten in adrenaline –> kan worden uitgescheiden
–> bijnier medulla o.i.v. sympathisch zenuwstelsel –> metabolisme verhogen, hartslag omhoog, meer zuurstofopname, bloedsuikerspiegel omhoog, etc.
–> afgifte adrenaline/noradrenaline o.i.v. angst, boosheid, stress, bloeding, hypoxie of hypoglycemie
Wat is een G-eiwit gekoppelde receptor/GPCR?
GPCR = Guanine nucleotide binding Protein Coupled Receptor –> er vindt uitwisseling van GTP en GDP
Grootste, veelvoorkomende en meest veelzijdige familie van membraan receptoren –> belangrijk doelwit voor medicijn ontwikkeling
Hoe ziet een G-eiwit gekoppelde receptor eruit?
Bestaat uit 7 transmembraandomeinen (TMD), 3 intracellulaire en 3 extracellulaire loops ontstaan en een N- (extracellulair) en C-terminaal (intracellulair) deel, heeft 3 receptordomeinen:
- Hormoonbindingsdomein: zorgt voor affiniteit en specificiteit hormoon, N-terminale deel met 3 extracellulaire loops
- Transmembraandomein: verankering van receptor in membraan, 7 transmembraandomeinen
- Transductiedomein: geeft het signaal door, door 2e en 3e intracellulaire loop
Door welke soorten dingen kunnen G-eiwit gekoppelde receptoren geactiveerd worden?
Licht, Calcium, Reuk en smaakstoffen, Kleine moleculen (aminozuren, peptiden, etc.) en Hormooneiwitten (LH, FSH, etc.)
–> verschil in grootte van liganden bepaald hoe zo’n receptor gaat werken
wat zijn de eigenschappen van ACTH
Peptide geproduceerd door klieving uit pro-opio-melanocortine (POMC), kleine peptide van zo’n 3 kDa
- Productie in de hypofysevoorkwab
- POMC wordt ook geproduceerd in de tussenkwab van de hypofyse; ontstaat als PC1 tot expressie komt en kan meerdere hormonen worden, bij PC1 ACTH, bij PC2 MSH, etc.
Wat zijn de eigenschappen van TSH?
Glycoproteïne hormoon dat wordt gemaakt in de hypofysevoorkwab, geglycosyleerd 30 kDa groot, familie van FSH, LH en hCG, alfa (gemeenschappelijk) en bèta (hormoon-specifiek) subunit
Hoe worden GPCR/G-eiwit gekoppelde receptoren geclassificeerd?
Op basis van sequentie homologie; plek waar ze kunnen binden is aangepast op de grootte van het ligand
Kleinste hebben een binding in de receptor, echt in de pocket, de iets grotere binden al wat meer aan de buitenkant (ACTH) en de nog grotere zitten bijna niet tussen de membranen (bijv. TSH) want er is een extracellulair deel nodig voor de binding
Waar zit de diversiteit bij een G-eiwit gekoppelde overdracht?
Verschillende liganden: binden op verschillende plekken in de GPCR en leiden tot verschillende reacties
Verschillende receptoren: zorgen voor een andere activatie van G-eiwitten
Verschillende G-eiwitten: G-eiwitten bestaan uit een alfa, bèta en gamma subunit en de alfa-subunit heeft meerdere soorten;
Alfa_i: remming van adenylyl cyclase –> cAMP daling en remming van PkA
Alfa_q: Cq koppelt aan fosfolipase C (PLC) –> Ca2+ en DAG stijging –> activering van PkC
Alfa_s: stimulering van adenylyl cyclase –> cAMP stijging en activering van PkA
Alfa_12/13: PhoGEF –> Rho actief en ROK activatie
Hoe ziet de ACTH en TSH signaaltransductie eruit?
ACTH –> MC2R activatie –> Gs –> Adenylyl cyclase –> cAMP –> PkA –> fosforylatie en genregulatie –> cortisol
TSH –> TSH receptor activatie –> Gs –> Adenylyl cyclase –> cAMP –> PkA –> fosforylatie en genregulatie –> T4
–> hetzelfde proces, alleen toch een andere werking omdat het op een andere plaats gebeurd
Hoe werkt de activatie en inactivatie van GPCR?
Inactieve receptor: als GDP gebonden is aan de alfa-subunit
Receptor activeren: als het hormoon bindt vindt er een reactie plaats, hierdoor zal GDP uitwisselen voor GTP, hierna is het geactiveerd en kan verdere transductie plaatsvinden
Receptor deactiveren: kan het G-eiwit zelf door GTPase activiteit waarbij GTP wordt gehydrolyseerd en GDP overblijft (fosfaatgroep komt vrij)
–> bèta- en gamma-subunit kunnen ook geactiveerd worden en een signaaltransductie in gang zetten, maar nog niet veel over bekend
Hoe vindt de GPCR signaaltransductie na activatie plaats?
Amplificatie stap: actieve alfa-subunit gaat binden met een volgende effector enzym, hierdoor vindt productie van second messengers plaats
- Bij een Gs-eiwit is dit enzym adenylyl cyclase
Gevormde second messengers zijn meerdere ATP dat wordt omgezet in cAMP
- Snelle afbraak van cAMP door fosfodiesterases, signaal dooft snel uit, Gs stimuleert cAMP productie en Gi remt cAMP productie
cAMP zorgt ervoor dat inactief proteïne kinase A (PkA) wordt omgezet in actief PkA d.m.v. fosforylatie (hierbij komen de katalytische subunits van de regulatoire subunits vrij), de katalytische migreren naar de kern
In de kern vormt actief PkA samen met andere eiwitten een transcriptiecomplex dat voor genregulatie zorgt –> dit bij genen die cAMP gevoelig zijn, want door de cAMP respons eiwit bindt CREB, dat op een specifieke base volgorde kan binden wat voor specifieke gen activatie zorgt
Hoe verloopt TRH signalering via Gq?
TRH activeert het G-eiwit -> Activatie van het G-eiwit door uitwisseling van GDP voor GTP -> Fosfolipase C wordt geactiveerd door alfa-q-subunit -> Fosfolipase C activeert inositol fosfolipide waardoor diacylglycerol vrijkomt en IP3 wordt geproduceerd -> IP3 zorgt dat calcium in de cel vrijkomt ->
Calcium en diacylglycerol zorgen dat PKC geactiveerd wordt
Welke mutaties kunnen er in de TSH receptor zijn en wat hebben deze tot gevolg?
Inactiverende mutatie: route staat altijd uit en ongevoelig voor het hormoon, ontstaan van hypothyreoïdie want geen schildklierhormoon productie
Activerende mutatie: route staat altijd aan, hyperthyreoïdie, adenoom vorming en constitutief actieve TSH receptor (het staat continu aan)
Welke mutaties kunnen er in de MC2R receptor zijn en wat hebben deze tot gevolg?
Inactiverende mutatie: familiaire cortisol deficiëntie
Activerende mutatie: niet bekend
Alternatief gen: MRAP (co-factor)
Welke mutaties kunnen er in het Gs eiwit zijn en wat hebben deze tot gevolg?
Inactiverende mutatie: activatie door receptor kan niet plaatsvinden (uitwisseling van GDP naar GTP) wat tot algemene hormoonresistentie leidt (bijv. pseudo-hypoparathyroïdie)
Activerende mutatie: McCune-Albright syndroom, wat leidt tot bot dystrofie en endocriene tumoren in schildklier en bijnier
Welke mutaties kunnen er in de cAMP en proteïn kinase A zijn en wat hebben deze tot gevolg?
In cAMP en PKA zelf kunnen geen mutaties zitten, wel in de enzymen die cAMP en PKA reguleren
- Carney complex: regulatoire subunit van PKA doet het niet waardoor de katalytische subunit altijd actief is –> bijniertumor vorming
- Activerende mutatie in katalytische subunit van PKA: katalytische subunit is altijd actief en er is geen cAMP nodig
- Inactiverende mutatie in fosfodiesterase: afbraakeiwit van cAMP werkt niet goed –> hoge dosis cAMP en continue activering van PKA