Autor: admin

Endogenne kannabinoidy wiążą się i aktywują dwa receptory sprzężone z białkiem G, głównie centralny receptor kannabinoidowy typu 1 (CB1) i obwodowy receptor kannabinoidowy typu 2 (CB2). Podczas gdy CB1 pośredniczy w działaniu kannabinoidów psychotropowych, przeciwbólowych i orektycznych, CB2 ostatnio powiązano z regulacją zwłóknienia wątroby i miażdżycy. Tutaj pokazujemy, że myszy z niedoborem CB2 mają znacznie przyspieszoną związaną z wiekiem utratę kości beleczkowej i ekspansję kory, chociaż grubość kory pozostaje niezmieniona. Zmiany te przypominają ludzką osteoporozę i mogą wynikać ze zróżnicowanej regulacji przebudowy kości beleczkowej i korowej. Fenotyp CB2–/– charakteryzuje się także zwiększoną aktywnością osteoblastów beleczkowatych (komórek tworzących kość), zwiększoną liczbą osteoklastów (komórek resorbujących kość) i wyraźnie zmniejszoną liczbą prekursorów osteoblastów trzonu kości. CB2 ulega ekspresji w osteoblastach, osteocytach i osteoklastach. Agonista specyficzny dla CB2, który nie ma żadnego działania psychotropowego, zwiększa liczbę i aktywność osteoblastów wewnątrzkorowych oraz hamuje osteoklastogenezę beleczkową, najwyraźniej poprzez hamowanie proliferacji prekursorów osteoklastów i aktywatora receptora ekspresji ligandu NF-κB w osteoblastach/komórkach zrębowych pochodzących ze szpiku kostnego. Ten sam agonista łagodzi utratę masy kostnej wywołaną owariektomią i wyraźnie stymuluje grubość kory poprzez odpowiednie zmniejszenie liczby osteoklastów i stymulację tworzenia kości wewnątrzkorowej. Wyniki te pokazują, że układ endokannabinoidowy jest niezbędny do utrzymania prawidłowej masy kostnej poprzez sygnalizację osteoblastyczną i osteoklastyczną CB2. Dlatego CB2 stanowi cel molekularny w diagnostyce i leczeniu osteoporozy, najczęstszej choroby zwyrodnieniowej w krajach rozwiniętych.

Endogenne kannabinoidy wiążą się i aktywują receptory kannabinoidowe 1 i 2 (odpowiednio CB1 i CB2). Oba są receptorami z siedmioma domenami transbłonowymi i mają 44% identyczności. Są one sprzężone z hamującą podklasą białek regulatorowych wiążących nukleotydy guaninowe białek G i hamują stymulowaną aktywność cyklazy adenylowej (1). To, że CB1 i CB2 nie są funkcjonalnie identyczne, wykazano poprzez selektywną regulację kanałów jonowych tylko przez CB1 (2). CB1 jest obecny w mózgu i neuronach obwodowych i odpowiada za większość działań leków kannabinoidowych i endokannabinoidów na ośrodkowy układ nerwowy (3, 4). CB2 odnotowano w układzie odpornościowym (5), marskości wątroby (6) i blaszkach miażdżycowych (7).
U kręgowców masę i kształt kości determinuje ciągła przebudowa, na którą składa się skoordynowane i zrównoważone działanie osteoklastów, komórek resorbujących kość, i osteoblastów, komórek tworzących kości. Osteoporoza, najczęstsza choroba zwyrodnieniowa krajów rozwiniętych, wynika z zaburzenia tej równowagi, co prowadzi do utraty masy kostnej i zwiększonego ryzyka złamań. Niedawno doniesiono, że przebudowa kości podlega centralnej kontroli poprzez szlaki obejmujące przekazywanie sygnałów przez podwzgórzowe receptory dla leptyny i neuropeptydu Y (8, 9), które są również związane z regulacją poziomu endokannabinoidów w mózgu (10). Obserwacje te doprowadziły nas do oceny roli układu sygnalizacyjnego endokannabinoidów w regulacji masy kostnej. Rzeczywiście, wykazujemy tutaj fenotyp niskiej masy kostnej u myszy z niedoborem obwodowego receptora kannabinoidowego (CB2), który zwykle ulega ekspresji w osteoblastach, osteoklastach i ich prekursorach. Agonista specyficzny dla CB2, który nie ma działania psychotropowego ani innego działania ośrodkowego, reguluje aktywność tych komórek i łagodzi utratę masy kostnej wywołaną wycięciem jajników (OVX). Dane te sugerują ważną rolę regulacyjną układu endokannabinoidowego w kości i oferują cele molekularne dla rozwoju podejść diagnostycznych i terapeutycznych do osteoporozy.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0504187103

Endokannabinoid anandamid (arachidonoiloetanoloamid, AEA) to nienaładowany lipid neuromodulujący, który podobnie jak wiele neuroprzekaźników ulega inaktywacji w wyniku wychwytu komórkowego i późniejszego katabolizmu. AEA jest hydrolizowany przez hydrolazę amidu kwasu tłuszczowego (FAAH), enzym zlokalizowany w siateczce śródplazmatycznej. W przeciwieństwie do większości neuromodulatorów, hydrofilowy cytozol stanowi barierę dyfuzyjną dla skutecznego dostarczania AEA do miejsca katabolizmu. Dlatego AEA prawdopodobnie przechodzi przez cytozol przy pomocy nośnika wewnątrzkomórkowego, który zwiększa jego rozpuszczalność i szybkość dyfuzji. Aby zbadać ten proces, zbadano wychwyt i hydrolizę AEA w komórkach COS-7 wyrażających FAAH ograniczonych do retikulum endoplazmatycznego, mitochondriów lub aparatu Golgiego. Hydrolizę AEA można było wykryć w najwcześniejszym możliwym do zmierzenia punkcie czasowym (3 sekundy), co sugeruje, że komórki COS-7, zwykle pozbawione układu endokannabinoidowego, posiadają skuteczny mechanizm cytozolowego transportu AEA. Zbadano trzy białka wiążące kwasy tłuszczowe (FABP), o których wiadomo, że ulegają ekspresji w mózgu, jako możliwe wewnątrzkomórkowe nośniki AEA. Wychwyt i hydroliza AEA były znacząco zwiększone w komórkach nerwiaka niedojrzałego N18TG2 po nadekspresji FABP5 lub FABP7, ale nie FABP3. Podobne wyniki zaobserwowano w komórkach COS-7 trwale eksprymujących FAAH. Zgodnie z rolą FABP jako nośników AEA, podawanie konkurencyjnego ligandu FABP, kwasu oleinowego lub selektywnego nielipidowego inhibitora FABP BMS309403, osłabiało wychwyt i hydrolizę AEA o ≈50% w komórkach N18TG2 i COS-7. Podsumowując, FABP stanowią pierwsze białka, o których wiadomo, że transportują AEA z błony komórkowej do FAAH w celu inaktywacji, a zatem mogą stanowić nowe cele farmakologiczne.

Anandamid endokannabinoidowy (arachidonoiloetanoloamid, [AEA]) to lipid neuromodulujący należący do rodziny cząsteczek sygnalizacyjnych zwanych wspólnie endokannabinoidami (1). Biologiczne działanie AEA jest ściśle kontrolowane poprzez jego enzymatyczną syntezę i degradację (2). Podobnie jak Δ9-tetrahydrakannabinol, AEA aktywuje centralne i obwodowe receptory kannabinoidowe CB1 i CB2, a także jest ligandem dla receptora przejściowego potencjalnego receptora waniloidowego 1 (3–7). Receptory kannabinoidowe pośredniczą w wielu procesach fizjologicznych, w tym w działaniu przeciwbólowym, rozszerzeniu naczyń, neuroprotekcji, funkcjach poznawczych, ruchu i regulacji przyjmowania pokarmu (8, 9).
Większość neuroprzekaźników (np. katecholamin, glutaminianu i serotoniny) to cząsteczki hydrofilowe wymagające transportu białek przez błonę komórkową. Po wejściu do komórek swobodnie dyfundują przez cytozol do miejsc katabolizmu. Natomiast AEA jest nienaładowanym lipidem, który może samodzielnie przechodzić przez dwuwarstwę (10). W związku z tym w kilku badaniach stwierdzono, że wychwyt AEA zachodzi na drodze dyfuzji biernej (10–15), chociaż zaproponowano także dyfuzję ułatwioną i/lub endocytozę (16–20).
Niezależnie od mechanizmu wychwytu w błonie komórkowej, oczekuje się, że hydrofobowy charakter AEA ograniczy jego dyfuzję przez wodny cytozol. Ponieważ AEA jest hydrolizowany głównie przez FAAH, enzym zlokalizowany w siateczce śródplazmatycznej (ER) (21, 22), prawdopodobne jest, że mechanizm opiekuńczy szybko dostarcza AEA z błony komórkowej do FAAH. Do chwili obecnej nie zidentyfikowano żadnych wewnątrzkomórkowych nośników/opiekunów dla endokannabinoidów. Ponieważ AEA jest skutecznie metabolizowany przez wiele typów komórek, w tym komórki transfekowane FAAH, zwykle pozbawione funkcjonalnego układu endokannabinoidowego (23–25), musi istnieć wszechobecny mechanizm(y) transportujący AEA. W rezultacie potencjalne wewnątrzkomórkowe nośniki AEA prawdopodobnie ulegają szerokiej ekspresji i są zdolne do wiązania różnych ligandów lipofilowych. Rodzina nośników lipidowych FABP spełnia oba te kryteria (26). Białka te ulegają powszechnej ekspresji w tkankach ssaków, przy czym trzech ich członków, FABP3, FABP5 i FABP7, ulega ekspresji w mózgu (26–32). Oprócz kwasów tłuszczowych białka te zawierają inne ligandy lipofilowe, takie jak kwas retinowy (33). Tutaj przedstawiamy dowody na to, że FABP działają jako wewnątrzkomórkowe nośniki AEA.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0901515106

Starzenie się mózgu wiąże się z pogorszeniem funkcji poznawczych, któremu towarzyszą postępujące zmiany neurozapalne. Układ endokannabinoidowy (ECS) bierze udział w regulacji aktywności glejowej i wpływa na postęp deficytów uczenia się i pamięci związanych z wiekiem. Myszy pozbawione genu Cnr1 (Cnr1-/-), który koduje receptor kannabinoidowy 1 (CB1), wykazywały przyspieszony zależny od wieku deficyt uczenia się przestrzennego, któremu towarzyszyła utrata głównych neuronów w hipokampie. Zależny od wieku spadek liczby neuronów u myszy Cnr1-/- nie był powiązany ze zmniejszoną neurogenezą ani z napadami padaczkowymi. Jednakże w hipokampie myszy Cnr1-/- występowało wzmożone zapalenie układu nerwowego charakteryzujące się zwiększoną gęstością astrocytów i aktywowanym mikroglejem, a także zwiększoną ekspresją cytokiny zapalnej IL-6 podczas starzenia. Trwający proces zwyrodnienia komórek piramidowych i zapalenia układu nerwowego mogą się wzajemnie zaostrzać i przyczyniać się do deficytów poznawczych. Usunięcie receptorów CB1 z GABAergicznego przodomózgowia, ale nie z neuronów glutaminergicznych, doprowadziło do podobnej utraty neuronów i zwiększonego zapalenia układu nerwowego w hipokampie, jak zaobserwowano u zwierząt pozbawionych receptorów CB1 we wszystkich komórkach. Nasze wyniki sugerują, że aktywność receptora CB1 na neuronach GABAergicznych hipokampa chroni przed zależnym od wieku pogorszeniem funkcji poznawczych poprzez zmniejszenie zwyrodnienia komórek piramidowych i zapalenia układu nerwowego.

Proces komórkowy leżący u podstaw starzenia się pozostaje jedną z ostatnich granic biologii. Pytanie, dlaczego następuje starzenie się i co decyduje o szybkości starzenia, zdumiewa ludzkość od czasów starożytnych. Starzenie się mózgu wiąże się ze zwiększonym ryzykiem chorób neurodegeneracyjnych, a także pogorszeniem funkcji poznawczych, nawet u osób zdrowych. Chociaż początek i postęp deficytów uczenia się i pamięci znacznie się różni u poszczególnych osób, związane z wiekiem deficyty w uczeniu się są powszechnie obserwowanym zjawiskiem u wielu gatunków, od Caenorhabditis elegans (1) po ludzi (2). Nie wiadomo jeszcze, jakie czynniki wpływają na początek i postęp deficytów uczenia się i pamięci, ale przypuszcza się, że kluczową rolę odgrywa równowaga między fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi stresorami oraz reakcjami antystresowymi (3). Układ odpornościowy jest ważnym elementem układu antystresowego i uważa się, że wzmocniona odpowiedź immunologiczna odgrywa znaczącą rolę w procesie starzenia (4-6).
Oprócz kontrolowania mikrośrodowiska mózgu, astrocyty jako nieprofesjonalne komórki prezentujące antygen biorą udział w odpowiedziach immunologicznych, a także w naprawie komórkowej i tworzeniu blizn po urazie. Ekspresja kwaśnego białka włóknistego gleju (GFAP), szeroko stosowanego markera dojrzałych astrocytów, jest znacznie zwiększona po uszkodzeniu mózgu (7). Mikroglej, pierwotne komórki odpornościowe mózgu, stale badają centralny układ nerwowy. Są wyposażone w receptory, które umożliwiają im wykrywanie wzorców molekularnych związanych z patogenami lub zagrożeniami (4). W starzejącym się mózgu rosnące stężenie nieprawidłowych makrocząsteczek sprzyja aktywacji mikrogleju (8). Po aktywacji komórki mikrogleju zmieniają swoją morfologię z rozgałęzionej na ameboidalną, wykazują fenotyp podobny do makrofaga (9) i zwiększają ekspresję cząsteczki adaptorowej 1 wiążącej zjonizowany wapń (Iba1) (10), białka specyficznego dla mikrogleju w mózgu ( 11). Aktywowany mikroglej może działać wspomagająco lub toksycznie na sąsiednie neurony (9). Fenotyp aktywowanego mikrogleju jest w dużej mierze zdeterminowany równowagą między sygnałami prozapalnymi a hamującą kontrolą neuronów (4). W interakcjach neuron-glej pośredniczą pary białek powierzchniowych ligand-receptor, a także neuroprzekaźniki (9).

Kilka dowodów sugeruje, że układ endokannabinoidowy (ECS) może brać udział w regulacji aktywności glejowej. Astrocyty i komórki mikrogleju mogą syntetyzować endokannabinoidy, ponieważ wyrażają enzymy biorące udział w syntezie (12, 13) i degradacji (13, 14) endokannabinoidów. W ośrodkowym układzie nerwowym receptory kannabinoidowe typu 1 (CB1) znajdują się głównie na neuronach i na poziomie marginalnym na komórkach glejowych (15). Ekspresja receptorów CB1 różni się w zależności od obszarów mózgu i typów komórek neuronowych. W hipokampie komórki GABAergiczne wykazują wysoką, natomiast neurony glutaminergiczne niską ekspresję receptora CB1 (16). Ekspresja neuronalna receptorów CB2 w ośrodkowym układzie nerwowym jest bardzo niska i ograniczona do niektórych jąder pnia mózgu i prawdopodobnie do móżdżku (17). Ekspresja receptora CB2 w astrocytach i mikrogleju na ogół przewyższa ekspresję receptorów CB1 (18). Zatem głównymi receptorami sygnalizacji kannabinoidowej w mózgu są CB1 na neuronach i CB2 na komórkach glejowych.
Aktywacja receptora CB1 hamuje uwalnianie przekaźnika, a tym samym reguluje funkcje synaptyczne (19). W przypadku nadmiernego uwalniania glutaminianu, sygnalizacja endokannabinoidowa działa jak wyłącznik (20) i zapobiega ekscytotoksyczności glutaminianu w neuronach (21). Co więcej, układ kannabinoidowy pełni funkcję kontrolną nad układem odpornościowym. Aktywacja receptora CB2 i prawdopodobnie także CB1 wzmaga migrację i adhezję komórek odpornościowych, zmniejsza uwalnianie cytokin prozapalnych (22) i indukuje apoptozę w komórkach dendrytycznych (23). Dane te doprowadziły do założenia, że sygnalizacja endokannabinoidowa odgrywa rolę w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych (24) i może być potencjalnym celem nowych farmakoterapii (25). Wiadomo, że zarówno zmiany neurodegeneracyjne, jak i przewlekle nasilone zapalenie nerwów mogą przyczyniać się do starzenia się mózgu. Dlatego postawiliśmy hipotezę, że aktywność układu kannabinoidowego, poprzez regulację odpowiedzi glejowych, może wpływać na postęp starzenia się mózgu.
Analiza fenotypu konstytutywnych zwierząt Cnr1-/- ujawniła, że młode mutanty zerowe mają lepszą zdolność uczenia się, podczas gdy stare mają gorszą. Zinterpretowano to jako wczesny początek zaburzeń pamięci związanych z wiekiem (26). W niniejszym badaniu najpierw zadaliśmy pytanie, czy wczesnemu deficytowi funkcji poznawczych i utracie neuronów towarzyszy nasilone zapalenie nerwów. Ponadto zajęliśmy się również kwestią, czy receptor CB1 na neuronach GABAergicznych lub glutaminergicznych chroni przed zmianami w mózgu związanymi z wiekiem.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1016442108

Obszerne dowody wskazują, że podstawno-boczny kompleks ciała migdałowatego (BLA) moduluje konsolidację wspomnień w celu uzyskania emocjonalnie wzbudzających doświadczeń, co wiąże się z aktywacją układu glukokortykoidowego. Ponieważ BLA wyraża duże zagęszczenie receptorów kannabinoidowych CB1, w niniejszych eksperymentach zbadano, czy układ endokannabinoidowy w BLA wpływa na konsolidację pamięci i czy glukokortykoidy oddziałują z tym układem. Agonista receptora CB1 WIN55,212-2 (5–50 ng na 0,2 µl na stronę), podawany obustronnie do BLA samców szczurów Sprague-Dawley natychmiast po treningu unikania hamowania, indukował zależne od dawki wzmocnienie 48-godzinnej retencji. Odwrotnie, antagonista receptora CB1 AM251 (0,07–0,28 ng na 0,2 µl na stronę) podawany po szkoleniu w zakresie upośledzenia retencji wywołanego unikaniem hamowania indukowanego przez BLA. Co więcej, wlewy wewnątrz BLA niskiej i nieniszczącej dawki AM251 (0,14 ng na 0,2 µl na stronę) blokowały poprawę pamięci wywołaną równoczesnym podawaniem WIN55,212-2. Opóźnione wlewy WIN55,212-2 lub AM251 podawane do BLA 3 godziny po treningu lub bezpośrednie wlewy tych leków do sąsiedniego centralnego ciała migdałowatego bezpośrednio po treningu nie zmieniły znacząco wydajności retencji. Wreszcie, wlewy wewnątrz BLA niskiej i w inny sposób nieniszczącej dawki AM251 (0,14 ng na 0,2 µl na stronę) blokowały efekt wzmacniający pamięć wywołany ogólnoustrojowym podawaniem kortykosteronu (3 mg/kg, podskórnie). Odkrycia te wskazują, że endokannabinoidy w BLA zwiększają konsolidację pamięci i sugerują, że aktywność CB1 w tym obszarze mózgu jest wymagana, aby umożliwić działanie glukokortykoidów na poprawę konsolidacji pamięci.

Układ endokannabinoidowy odgrywa ważną rolę regulacyjną w kilku funkcjach mózgu, w tym w poruszaniu się, emocjonalności, karmieniu i kontroli bólu (1). Endokannabinoidy — czyli anandamid i 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) — są syntetyzowane na żądanie poprzez rozszczepienie prekursorów błonowych i służą jako przekaźniki wsteczne w synapsach centralnych (2). Wiążą się z receptorem kannabinoidowym podtypu 1 (receptor CB1) na zakończeniach aksonów, regulując aktywność kanałów jonowych i uwalnianie neuroprzekaźników (3). Dowody na to, że receptory CB1 ulegają silnej ekspresji w hipokampie, korze przedczołowej i ciele migdałowatym (4) sugerują, że układ endokannabinoidowy może brać udział w regulacji uczenia się i pamięci. Wiadomo, że osoby nadużywające marihuany doświadczają deficytów w pamięci roboczej i krótkotrwałej (5, 6), a efekty te zależą częściowo od zmienionej aktywności hipokampa i kory przedczołowej (5, 7, 8). Badania na zwierzętach, które umożliwiają bardziej kontrolowany schemat podawania leków i bardziej ciągłe testy behawioralne, potwierdziły ustalenia na ludziach i dodatkowo sugerują, że leczenie kannabinoidami wpływa na kodowanie i procesy konsolidacji pamięci (5, 9, 10).
Powszechnie wiadomo, że podstawno-boczny kompleks ciała migdałowatego (BLA; składający się z jąder podstawnych bocznego, podstawnego i dodatkowego) bierze udział w pośredniczeniu wpływu hormonu stresu na tworzenie pamięci o doświadczeniach wzbudzających emocje (11, 12). Receptory CB1 ulegają silnej ekspresji w BLA, gdzie modulują transmisję synaptyczną (13) i odpalanie neuronów (14). Takie modulujące wpływy w BLA mogą przyczyniać się do emocjonalnie istotnych skutków behawioralnych leków kannabinoidowych. Powszechnie wiadomo, że kannabinoidy podawane ogólnoustrojowo dwufazowo modulują stany emocjonalne i nastroju (15-17). Ponadto ostatnie odkrycia wskazują, że stymulacja receptora CB1 w BLA wywiera efekt podobny do lęku (18). Co więcej, endokannabinoidy w kompleksie ciała migdałowatego ułatwiają konsolidację pamięci związaną z uczeniem się strachu (19), a także wygaszanie wspomnień awersyjnych (20). Jednak w badaniach nie sprawdzano jeszcze, czy BLA jest krytycznym obszarem ciała migdałowatego zaangażowanym w pośredniczenie w działaniu kannabinoidów na konsolidację pamięci.
Niektóre odkrycia wskazują, że aktywność endokannabinoidów jest niezbędna do pośredniczenia w niektórych ośrodkowych efektach glukokortykoidów (21, 22). W szczególności wykazano, że w ciągu kilku minut po podaniu glukokortykoidy ułatwiają wytwarzanie i uwalnianie endokannabinoidów w określonych obszarach podwzgórza regulujących aktywność osi podwzgórze–przysadka–kora nadnerczy (23, 24). Takie interakcje są interesujące w świetle coraz większej liczby dowodów na to, że glukokortykoidy, oprócz powolnego wpływu na transkrypcję genów, wykazują także szereg szybkich działań fizjologicznych (25). Istnieją obszerne dowody na to, że hormony glukokortykoidowe nasilają długoterminową konsolidację emocjonalnie wzbudzających doświadczeń obejmujących szybkie działanie na wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne w BLA (26, 27). Dlatego możliwe jest, że układ endokannabinoidowy w BLA pośredniczy w działaniu stresu i glukokortykoidów na konsolidację pamięci.
W niniejszych eksperymentach zbadano, czy układ kannabinoidowy w BLA wpływa na konsolidację pamięci o doświadczeniach wzbudzających emocje i czy aktywność CB1 odgrywa ważną rolę w pośredniczeniu w działaniu glukokortykoidów na poprawę pamięci. W pierwszym eksperymencie różne dawki agonisty receptora CB1 WIN55,212-2 podawano BLA bezpośrednio po treningu unikania hamowania motywowanego awersyjnie. Retencję testowano 48 godzin po próbie treningowej. W drugim eksperymencie badano wpływ natychmiastowych potreningowych wlewów wewnątrz BLA antagonisty receptora CB1 AM251 w celu ustalenia, czy endogennie uwalniane kannabinoidy mogą odgrywać rolę w konsolidacji pamięci. Aby kontrolować specyficzność czasu i miejsca, inne grupy szczurów otrzymały infuzje WIN55,212-2 lub AM251 wewnątrz BLA 3 godziny po treningu lub infuzje tych leków do sąsiadującego centralnego jądra ciała migdałowatego (CeA). W trzecim eksperymencie wykorzystano jednoczesne wlewy WIN55,212-2 i niepowodującą upośledzenia dawkę antagonisty receptora CB1 AM251 w celu zbadania, czy działanie WIN55,212-2 wzmacniające pamięć wynika z selektywnej aktywacji receptorów CB1. Na koniec w ostatnim eksperymencie sprawdzano, czy aktywność CB1 w BLA jest wymagana do umożliwienia indukowanego glukokortykoidami wzmocnienia konsolidacji pamięci.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0900835106

Allosteryczna modulacja receptorów sprzężonych z białkiem G stanowi kluczowy cel obecnej farmakologii. W szczególności endogenne modulatory allosteryczne mogą stanowić ważne cele interwencji mających na celu maksymalizację skuteczności terapeutycznej i zmniejszenie skutków ubocznych leków. Tutaj pokazujemy, że przeciwzapalna lipoksyna lipidowa A4 jest endogennym allosterycznym wzmacniaczem receptora kannabinoidowego CB1. Lipoksyna A4 została wykryta w tkankach mózgu, nie konkurowała o ortosteryczne miejsce wiązania receptora CB1 (vs. 3H-SR141716A) i nie zmieniała metabolizmu endokannabinoidów (w przeciwieństwie do URB597 i MAFP), ale zwiększała powinowactwo anandamidu w receptor CB1, wzmacniając w ten sposób działanie tego endokannabinoidu zarówno in vitro, jak i in vivo. Ponadto lipoksyna A4 wykazywała zależne od receptora CB1 działanie ochronne przeciwko indukowanym przez β-amyloid (1–40) upośledzeniu pamięci przestrzennej u myszy. Odkrycie lipoksyn jako klasy endogennych allosterycznych modulatorów receptorów CB1 może sprzyjać terapeutycznemu wykorzystaniu układu endokannabinoidowego, w szczególności w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych.

Układ endokannabinoidowy, obejmujący metabotropowe receptory kannabinoidowe (CB1 i CB2), endogenne ligandy lipidowe (endokannabinoidy) oraz enzymy odpowiedzialne za ich syntezę i degradację, jest kluczowym regulatorem funkcji neuronów, proponowanym jako cel terapeutyczny w przypadku kilku chorób (1) . Aktywacja receptorów CB1 zmniejsza poziom cAMP, hamuje zależne od napięcia kanały Ca2+ i aktywuje prostownicze do wewnątrz kanały K+, co skutkuje zmniejszoną pobudliwością neuronów i presynaptycznym hamowaniem uwalniania neuroprzekaźników (1, 2). Skuteczność endogennych agonistów CB1 różni się w zależności od charakteru cząsteczki (3). Anandamid endokannabinoidowy (AEA) jest uważany za częściowego agonistę, podczas gdy 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) jest pełnym agonistą wywołującym maksymalne odpowiedzi (4, 5). Znane są co najmniej trzy inne endokannabinoidy (eter noladyny, wirodamina i N-arachidonoilodopamina) (1, 2). Każdy endokannabinoid ma inne powinowactwo, skuteczność, a czasami odmienny wpływ na receptor CB1, co może być również zależne od typu komórki (1, 2). Kannabinoidy mają wiele skutków dla zwierząt laboratoryjnych, ale najważniejsze z nich są znane jako tetrada kannabinoidów: analgezja, katalepsja, hipolokomocja i hipotermia.
Selektywność agonistów CB1 można wyjaśnić wieloma miejscami wiązania w receptorze CB1 (6), zgodnie z obecnym poglądem na receptory metabotropowe jako dynamiczne makrocząsteczki, a nie zwykłe włączniki/wyłączniki układu transdukcji (7). Modulatory allosteryczne wiążą się z dodatkowymi miejscami na receptorze, wpływając na powinowactwo i/lub skuteczność wiązania endogennych cząsteczek z miejscem ortosterycznym lub pierwotnym (miejsce ortosteryczne definiuje się jako miejsce wiązania znanego endogennego ligandu) (8). Dwa syntetyczne związki, Org27596 i Org29647, zwiększają powinowactwo i zmniejszają skuteczność agonistów CB1, co sugeruje istnienie allosterycznego miejsca wiązania na receptorze CB1 (9). Jednakże istnienie endogennych allosterycznych modulatorów kannabinoidów nie zostało jeszcze udowodnione.
Syntetyczne i metaboliczne szlaki eikozanoidów wpływają na poziom endokannabinoidów, co sugeruje funkcjonalne powiązania między endokannabinoidami, prostaglandynami (10) i lipoksynami (11). Lipoksyna A4 (LXA4), najlepiej zbadana endogenna lipoksyna (12), jest w dużym stopniu zaangażowana w regulację układu odpornościowego i jest powiązana z ustąpieniem stanu zapalnego (13). Metabotropowy receptor ALX (zwany także FPRL-1) jest odpowiedzialny za działanie immunologiczne LXA4 i ulega ekspresji w narządach obwodowych, ale jego występowanie w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) jest znikome (14). Niemniej jednak LXA4 jest uwalniany w tkankach mózgu podczas niedokrwienia (15), co sugeruje obecność w mózgu celów innych niż receptor ALX.
Wpływ LXA4 na mózg obejmuje modulację snu wolnofalowego (16), sygnalizację neuronalną (poprzez PKCγ) (17, 18) i plastyczność (19) poprzez nieznane mechanizmy. Co ciekawe, efekty te są podobne do efektów endokannabinoidu AEA (20, 21). Wcześniej wykazaliśmy, że zastrzyki do komór mózgowych (icv) wyzwalanego aspiryną LXA4 (15-Epi-LXA4) indukują katalepsję podobną do kannabinoidów u myszy, której zapobiegał antagonista CB1 SR141716A, a nie antagonista ALX. W sumie odkrycia te sugerują, że LXA4 może mieć działanie zależne od receptora CB1 w mózgu (22). Tutaj podajemy, że LXA4 nie tylko wiąże się z receptorami CB1, aby wywierać działanie kannabimimetyczne w mózgu, ale robi to poprzez allosteryczne wzmocnienie sygnalizacji AEA. Może to mieć ważne implikacje dla terapeutycznego wykorzystania układu endokannabinoidowego.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1202906109

Receptory GABAA są głównymi jonotropowymi hamującymi receptorami neuroprzekaźników. Układ endokannabinoidowy to lipidowa sieć sygnalizacyjna, która moduluje różne funkcje mózgu. Tutaj pokazujemy bezpośrednią interakcję molekularną między dwoma systemami. Endokannabinoid 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) wzmacnia receptory GABAA przy niskich stężeniach GABA. Dwie reszty receptora zlokalizowane w segmencie transbłonowym M4 β2 zapewniają wiązanie 2-AG. 2-AG działa w sposób superaddytywny z neurosteroidem 3α, 21-dihydroksy-5α-pregnan-20-onem (THDOC) i moduluje receptory zawierające podjednostkę δ, o których wiadomo, że są zlokalizowane pozasynaptycznie i reagują na neurosteroidy. 2-AG hamuje ruchliwość receptora kannabinoidowego CB1/CB2 z podwójnym KO, podczas gdy myszy β2-KO wykazują nadmierną ruchliwość. Identyfikacja funkcjonalnego miejsca wiązania 2-AG w receptorze GABAA może mieć daleko idące konsekwencje w badaniach lokomocji i sedacji.

Receptory GABAA to kanały jonów chlorkowych złożone z pięciu podjednostek (1), pośredniczące w szybkim hamowaniu synaptycznym i tonicznym w mózgu ssaków. W sumie zidentyfikowano 19 różnych izoform podjednostek, przy czym główny typ receptora w mózgu dorosłych ssaków składa się z podjednostek α1, β2 i γ2 (1, 2). Receptory GABAA są celem wielu leków uspokajających i przeciwlękowych, takich jak benzodiazepiny (3). Obecnie znane endogenne ligandy obejmują GABA, neurosteroidy (4) i prawdopodobnie oleamid (5). Właściwości farmakologiczne tego kanału jonów chlorkowych ściśle zależą od składu podjednostki receptora (2) i układu (6).
Synaptyczne receptory GABAA pośredniczą w hamowaniu fazowym, podczas gdy receptory pozasynaptyczne pośredniczą w hamowaniu tonicznym (7, 8). Receptory GABAA zawierające podjednostkę δ występują wyłącznie pozasynaptycznie i są szczególnie wrażliwe na modulację przez neurosteroidy (4, 9, 10). Receptory GABAA zawierające podjednostkę δ powiązano ze zmianą podatności na napady padaczkowe i stanami lękowymi podczas cyklu jajnikowego (11) oraz z depresją poporodową (12).
Układ endokannabinoidowy (ECS) jest częścią złożonej sieci sygnalizacji lipidów obejmującej receptory CB1 i CB2 sprzężone z białkiem G (13, 14). Receptor CB1 ulega wszechobecnej ekspresji w ośrodkowym układzie nerwowym, podczas gdy receptor CB2 ulega ekspresji głównie w tkankach obwodowych (13, 15). Dwa najlepiej scharakteryzowane endogenne ligandy kannabinoidowe to anandamid (AEA) i 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) (15, 16). Endokannabinoidy są uwalniane postsynaptycznie i modulują neurotransmisję poprzez aktywację presynaptycznych receptorów CB1. Działają zatem jako sygnały wsteczne. 2-AG jest głównym agonistą receptora CB1 w mózgu, gdzie występuje w stężeniach mikromolowych (17). Badania fizjologiczne i farmakologiczne dostarczają dowodów na to, że ECS bierze udział w regulacji uwalniania GABA i glutaminianu (18, 19). Głównym centralnym działaniem endokannabinoidów jest działanie przeciwbólowe (20, 21), ale ECS powiązano także z zaburzeniami lękowymi i ruchowymi (22).

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1113444108

Odpowiednie narzędzia chemiczne odegrały kluczową rolę w odkryciu i scharakteryzowaniu układu endokannabinoidowego. Jednakże brak silnych i selektywnych inhibitorów transportu endokannabinoidów uniemożliwił molekularną charakterystykę tego procesu. Inhibitory wychwytu prądu są słabo biodostępne dla ośrodkowego układu nerwowego (OUN) i słabo selektywne, ponieważ hamują również hydrolazę amidów kwasów tłuszczowych (FAAH), główny enzym rozkładający anandamid. Niewiele badań dotyczyło hamowania wychwytu 2-arachidonoiloglicerolu (2-AG), który jest głównym endokannabinoidem. Tutaj opisujemy bardzo silny i selektywny inhibitor wychwytu zwrotnego endokannabinoidów. Nasze dane wskazują, że można ukierunkować transport endokannabinoidów przez błonę, co prowadzi do ogólnego działania przeciwzapalnego i przeciwlękowego u myszy.

Zewnątrzkomórkowe działanie endokannabinoidów, anandamidu i 2-arachidonoilogliceryny, kończy się w wyniku hydrolizy enzymatycznej po przejściu przez błony komórkowe w wyniku ułatwionej dyfuzji. Brak silnych i selektywnych inhibitorów transportu endokannabinoidów uniemożliwił molekularną charakterystykę tego procesu, utrudniając w ten sposób jego badania biochemiczne i wykorzystanie farmakologiczne. Tutaj przedstawiamy projekt, syntezę chemiczną i profilowanie biologiczne N-podstawionych 2,4-dodekadienamidów pochodzących z produktów naturalnych jako selektywnego inhibitora wychwytu endokannabinoidów. Bardzo silny (IC50 = 10 nM) inhibitor N-(3,4-dimetoksyfenylo)etyloamid (WOBE437) wywierał u myszy wyraźne, zależne od receptora kannabinoidowego działanie przeciwlękowe, przeciwzapalne i przeciwbólowe poprzez zwiększenie poziomu endokannabinoidów. Dostosowana sonda fotopowinowactwa zawierająca diazyrynę (RX-055) pochodząca z WOBE437 nieodwracalnie blokowała transport przez błonę obu endokannabinoidów, zapewniając mechanistyczny wgląd w ten złożony proces. Co więcej, RX-055 wywierał specyficzne dla miejsca działanie przeciwlękowe na fotoaktywację in situ w mózgu. Badanie to opisuje odpowiednie inhibitory ukierunkowane na transport błon endokannabinoidowych i odkrywa alternatywną farmakologię endokannabinoidów.

Układ endokannabinoidowy (ECS) to ogólnonarządowa lipidowa sieć sygnalizacyjna, która moduluje liczne procesy biologiczne, w tym neurotransmisję i funkcje odpornościowe (1, 2). Głównymi endogennymi agonistami [tj. endokannabinoidami (EC)] receptorów kannabinoidowych CB1 i CB2 są lipidy pochodzące z kwasu arachidonowego (AA), 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) i N-arachidonoiloetanoloamina [anandamid (AEA)]. Zmienioną sygnalizację EC w mózgu powiązano z nocycepcją (3), uczeniem się i pamięcią (4), stanami lękowymi (5) i depresją (6). Pośrednia modulacja poziomów EC może prowadzić do mniejszej liczby skutków ubocznych niż bezpośrednia aktywacja receptorów CB1 w zakresie neurotransmisji, metabolizmu i immunomodulacji (7).
Agoniści receptora CB1 są nieodłącznie powiązani z silnymi ośrodkowymi skutkami ubocznymi, które są znacznie mniej wyraźne w przypadku zwiększania poziomów EC po zablokowaniu głównych enzymów hydrolitycznych EC, hydrolazy amidu kwasu tłuszczowego (FAAH) i lipazy monoacyloglicerolowej (MAGL). Oprócz ogólnego działania przeciwzapalnego i przeciwbólowego, modulacja stężenia EC w tkankach jest obiecującym podejściem terapeutycznym w leczeniu chorób związanych z ośrodkowym układem nerwowym (OUN) (8, 9). Farmakologiczne strategie leczenia zaburzeń neuropsychiatrycznych skupiają się obecnie na hamowaniu degradacji EC (10). Inhibitory FAAH i MAGL, takie jak odpowiednio URB597 (11) i JZL184 (12), odegrały kluczową rolę w wyjaśnieniu roli AEA i 2-AG w modelach lęku i depresji u gryzoni (6, 12–14). Chociaż AEA i 2-AG mają różne losy wewnątrzkomórkowe, mogą mieć wspólny mechanizm przemieszczania się przez błonę, który jest selektywny dla EC w porównaniu z arachidonianem i innymi N-acyloetanoloaminami (NAE) (15.19). Jednakże, chociaż dla większości celów w ramach ECS dostępne są odpowiednie inhibitory (20), istniejącym inhibitorom wychwytu AEA brakuje siły działania i wykazują słabą selektywność w porównaniu z innymi składnikami ECS, w szczególności FAAH (21, 22).
Biorąc pod uwagę brak odpowiednich inhibitorów, nie jest niespodzianką, że proces wychwytu EC przez komórki pozostał w dużej mierze niescharakteryzowany na poziomie biochemicznym i dlatego jest również przedmiotem dyskusji (21). Tutaj, opierając się na wcześniejszych pracach nad N-alkilo-2,4-dodekadienamidami z Echinacea purpurea (L.) Moench, które, jak wykazano, oddziałują z ECS (22, 23), szereg pochodnych i analogów tych naturalnych nienasyconych kwasów tłuszczowych Zsyntetyzowano amidy kwasów tłuszczowych i zbadano ich wpływ na transport EC. Praca ta zaowocowała identyfikacją (2E,4E)-N-[2-(3,4-dimetoksyfenylo)etylo]dodeka-2,4-dienamidu (WOBE437; 1) jako bardzo silnego i selektywnego inhibitora wychwytu EC, który był szeroko profilowany. Ponadto zaprojektowaliśmy i zsyntetyzowaliśmy sondę fotopowinowactwa RX-055 (2) pochodzącą z WOBE437 jako silny i nieodwracalny inhibitor wychwytu EC, co umożliwiło jednoznaczny wgląd w proces wychwytu.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1704065114
​

Przedstawiamy dowody na to, że mechanizm sygnalizacji zależny od endokannabinoidów przyczynia się do hipofagicznego działania leptyny. W szczególności leptyna zwiększa aktywność hydrolazy amidów kwasów tłuszczowych (FAAH) i zmniejsza sygnalizację N-arachidonoiloetanoloaminy (anandamid; AEA), szczególnie w podwzgórzu, w celu promowania tłumienia przyjmowania pokarmu. Mechanizm ten zanika w przypadku otyłości wywołanej dietą i jest ponadto modulowany przez ludzki wariant genetyczny (C385A) genu FAAH. W związku z tym zmniejszona wrażliwość na leptynę u nosicieli allelu FAAH 385A może przyczyniać się do wyższego ryzyka rozwoju otyłości i powiązanych powikłań metabolicznych.

Sygnalizacja endokannabinoidowa reguluje procesy odżywiania i metabolizmu i została powiązana z rozwojem otyłości. Kilka sygnałów hormonalnych, takich jak glukokortykoidy i grelina, reguluje odżywianie i metabolizm poprzez zaangażowanie układu endokannabinoidowego. Podobnie badania sugerują, że leptyna oddziałuje z układem endokannabinoidowym, jednak mechanizm i znaczenie funkcjonalne tej interakcji pozostają nieuchwytne. Dlatego zbadaliśmy interakcję między leptyną a sygnalizacją endokannabinoidową, koncentrując się na hydrolazie amidu kwasu tłuszczowego (FAAH), głównym enzymie rozkładającym endokannabinoidową N-arachidonoiloetanoloaminę (anandamid; AEA). Myszy z niedoborem leptyny wykazywały podwyższony poziom AEA w podwzgórzu i zmniejszenie aktywności FAAH, podczas gdy podawanie leptyny myszom WT zmniejszało zawartość AEA i zwiększało aktywność FAAH. Po ekspozycji na dietę wysokotłuszczową u myszy rozwinęła się oporność na wpływ podawania leptyny na zawartość AEA w podwzgórzu i aktywność FAAH. Na poziomie funkcjonalnym farmakologiczne hamowanie FAAH było wystarczające, aby zapobiec wpływowi leptyny na masę ciała i spożycie pokarmu. Korzystając z nowego mysiego modelu typu knock-in podsumowującego powszechny ludzki polimorfizm (FAAH C385A; rs324420), który zmniejsza aktywność FAAH, zbadaliśmy, czy ludzka zmienność genetyczna w FAAH wpływa na wrażliwość na leptynę. Podczas gdy myszy WT (CC) były wrażliwe na wywołane leptyną zmniejszenie spożycia pokarmu i przyrost masy ciała, myszy FAAH (AA) o niskiej ekspresji nie reagowały. Dane te pokazują, że do hipofagicznego działania leptyny wymagana jest aktywność FAAH, a na poziomie translacyjnym sugerują, że wariant genetyczny genu FAAH przyczynia się do różnic we wrażliwości na leptynę w populacjach ludzkich.

Wytwarzana i wydzielana z adipocytów w proporcji do masy tłuszczowej, leptyna działa jako sygnał obwodowy, który przekazuje centralny układ nerwowy (OUN) stan energetyczny organizmu (1). Leptyna hamuje przyjmowanie pokarmu i zwiększa wydatek energetyczny poprzez receptory leptyny, które ulegają silnej ekspresji w obszarach mózgu, o których wiadomo, że regulują metabolizm energetyczny całego organizmu, w tym między innymi w podwzgórzu, brzusznym obszarze nakrywkowym i ogonowym pniu mózgu (2–10). . O znaczeniu leptyny w regulacji masy ciała świadczy fakt, że utrata leptyny prowadzi do ciężkiej otyłości u gryzoni (11) i ludzi (12). Co więcej, leptynooporność, definiowana tutaj jako stan hiperleptynemii ze zmniejszoną reakcją OUN na leptynę farmakologiczną, jest częstą cechą otyłości u ludzi i jest również obserwowana w zwierzęcych modelach otyłości wywołanej dietą (13, 14). W związku z tym interwencje mające na celu zwiększenie poziomu samej leptyny są w dużej mierze nieskutecznymi metodami leczenia otyłości. Lepsze zrozumienie dalszych mediatorów działania leptyny może pomóc w zidentyfikowaniu alternatywnych celów leków w leczeniu otyłości.
Układ endokannabinoidowy (eCB) jest powszechnie uznawany za ważny regulator żywienia, wydatku energetycznego i magazynowania energii (15). Stwierdzono, że przekazując sygnał poprzez receptor kannabinoidowy typu 1 (CB1), cząsteczki eCB N-arachidonoiloetanoloamina (anandamid; AEA) i 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) wywierają silną regulację wydatku energetycznego, spożycia pokarmu i masy ciała poprzez oba mechanizmy ośrodkowe i peryferyjne (16). Globalne znaczenie systemu eCB (ECS) podkreśla fakt, że genetyczne lub farmakologiczne zaburzenie aktywacji receptora CB1 skutkuje zmniejszeniem przyrostu masy ciała i otyłości, zwiększeniem masy beztłuszczowej, hipofagią i odpornością na otyłość spowodowaną zarówno dietą, jak i hormonami u kobiet. modele zwierzęce (16–22). Zgodnie z tym farmakologiczne zakłócenie sygnalizacji eCB u ludzi skutecznie zmniejsza masę ciała i spożycie pokarmu, jednocześnie promując wydatek energetyczny (23, 24). Natomiast podwyższony poziom eCB w krążeniu i tkankach jest charakterystyczny zarówno dla stanów otyłości gryzoni, jak i ludzi (25).
Wiele skutków sygnalizacji eCB na karmienie i wydatek energetyczny odbywa się za pośrednictwem jej działania w podwzgórzu. Sygnalizacja podwzgórza eCB jest wyjątkowo wrażliwa na stan karmienia, gdzie post powoduje podwyższenie poziomów zarówno AEA, jak i 2-AG (26), a blokada sygnalizacji receptora CB1 hamuje karmienie odbicia i przyrost masy ciała po pozbawieniu pożywienia (16, 27, 28). Jest zatem oczywiste, że działanie leptyny i eCB w podwzgórzu ma w dużej mierze przeciwstawny wpływ na metabolizm energetyczny całego organizmu. Podczas gdy aktywacja sygnalizacji eCB ogólnie sprzyja przyrostowi masy ciała, aktywacja szlaków sygnałowych leptyny sprzyja utracie masy ciała. W związku z tym nie jest zaskakujące, że badania wykazały, że leptyna tłumi sygnalizację eCB w podwzgórzu. Pierwsze badanie dokumentujące związek między leptyną a ECS wykazało, że ostre podanie leptyny hamuje wytwarzanie eCB w podwzgórzu i że myszy z niedoborem leptyny (ob/ob) wykazują głęboki wzrost konstytutywnej sygnalizacji eCB podwzgórza (29). Od czasu tego wstępnego badania wiele badań potwierdziło i rozszerzyło te wyniki. Na przykład, wywołane przez wirusy obniżenie poziomu genu receptora CB1 w podwzgórzu powoduje niewrażliwość na leptynę (30). Co więcej, wywołane leptyną zmniejszenie zawartości eCB leży u podstaw zmian w aktywności synaptycznej w bocznych neuronach podwzgórza (31). Co ciekawe, podczas gdy interwencje przeciwdziałające otyłości ukierunkowane na sygnalizację leptyny są w dużej mierze nieskuteczne, te mające na celu tłumienie sygnalizacji eCB powodują znaczne ograniczenie żywienia i zwiększone wydatek energetyczny. Jednakże nie wiadomo, czy oporność na leptynę w otyłości rozciąga się na regulację ECS.
Pomimo wyraźnej interakcji między sygnalizacją leptyny podwzgórza a ECS, powiązanie molekularne pozostaje nieuchwytne. Istnieją dowody sugerujące, że hydrolaza amidu kwasu tłuszczowego (FAAH), główny enzym odpowiedzialny za inaktywację AEA, łączy szlaki sygnałowe leptyny i eCB. W szczególności w ludzkich limfocytach T leptyna w sposób zależny od dawki obniża poziom AEA poprzez zwiększenie aktywności i ekspresji FAAH (32). Nie wiadomo, czy mechanizm ten ma znaczenie dla regulacji metabolizmu energetycznego. Niemniej jednak wiadomo, że FAAH jest ważnym regulatorem bilansu energetycznego poprzez swoją zdolność do regulowania poziomu AEA. W szczególności myszy z nokautem FAAH są podatne na przyrost masy ciała i insulinooporność z powodu zmniejszonego wydatku energetycznego i zwiększonego spożycia pokarmu (33–35). Co więcej, u ludzi powszechną mutację zmiany sensu (C385A; rs324420) w genie FAAH, prowadzącą do zmniejszenia aktywności FAAH i zwiększenia poziomu AEA, powiązano ze zwiększonym ryzykiem otyłości (36–40). Dlatego w niniejszym badaniu sprawdziliśmy znaczenie FAAH w regulacji sygnalizacji leptyny-eCB w regulacji żywienia i masy ciała w warunkach otyłości podstawowej i spowodowanej dietą (DIO) przy użyciu kombinacji manipulacji farmakologicznych i genetycznych.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1802251115

Doustne sygnały sensoryczne kierują spożyciem tłuszczu w diecie, ale mechanizmy neuronowe leżące u podstaw tego procesu są w dużej mierze nieznane. Układ endokannabinoidowy zyskał ostatnio uwagę ze względu na swoją centralną i peryferyjną rolę w regulacji przyjmowania pokarmu, bilansu energetycznego i nagrody. Tutaj zastosowaliśmy paradygmat pozornego karmienia, który izoluje orosensoryczny od postestywnych wpływów żywności, aby sprawdzić, czy sygnalizacja endokannabinoidowa uczestniczy w kontroli dodatniego sprzężenia zwrotnego spożycia tłuszczu. Pozorne podawanie posiłku na bazie lipidów stymulowało mobilizację endokannabinoidów w proksymalnej części jelita cienkiego szczura poprzez zmianę aktywności enzymatycznej kontrolującej metabolizm endokannabinoidów. Efekt ten został zniesiony przez chirurgiczne przecięcie nerwu błędnego i nie zaobserwowano go w innych narządach obwodowych ani w obszarach mózgu kontrolujących karmienie. Pozorne karmienie kompletnym pod względem odżywczym płynnym posiłkiem wywołało reakcję podobną do reakcji spożywania tłuszczu, podczas gdy samo białko lub węglowodany nie miały takiego efektu. Miejscowy wlew antagonisty receptora kannabinoidowego CB1, rimonabantu, do dwunastnicy znacznie zmniejszył pozorne karmienie tłuszczami. Podobnie jak rymonabant, ogólnoustrojowe podawanie ograniczonego obwodowo antagonisty receptora CB1, URB 447, osłabiało pozorowane dostarczanie lipidów. Łącznie wyniki sugerują, że układ endokannabinoidowy w jelitach sprawuje silną kontrolę regulacyjną nad spożyciem tłuszczu i może być celem leków przeciw otyłości.
Ssaki mają przewagę adaptacyjną w poszukiwaniu pokarmów bogatych w tłuszcze, które są niezbędne pod względem odżywczym, ale są rzadkie w większości naturalnych siedlisk. Ta wrodzona preferencja może jednak stać się nieprzystosowawcza, jeśli nie jest ograniczona ograniczeniami środowiskowymi. Rzeczywiście, nieograniczona dostępność tłustych potraw, charakteryzująca dietę społeczeństw uprzemysłowionych, jest uważana za kluczowy czynnik przyczyniający się do otyłości, cukrzycy i chorób układu krążenia (1). Pomimo swojego teoretycznego i praktycznego znaczenia, preferencje dotyczące tłuszczu nie są w pełni poznane.
W niniejszym badaniu sprawdziliśmy, czy endogenne substancje kannabinoidowe uczestniczą w kontroli spożycia tłuszczów w diecie. Endokannabinoidy to rodzina biologicznie aktywnych lipidów, które wiążą się i aktywują receptory kannabinoidowe CB1 i CB2, receptory sprzężone z białkiem G, na które ukierunkowany jest Δ9-tetrahydrokannabinol zawarty w konopiach indyjskich. Należą do nich kilka pochodnych kwasu arachidonowego, które są wytwarzane na żądanie przez neurony i inne komórki w odpowiedzi na bodźce fizjologiczne lub patologiczne. Dwa najlepiej scharakteryzowane endokannabinoidy to 2-arachidonoilo-sn-glicerol (2-AG) i anandamid (2). 2-AG wytwarzany jest w wyniku dwuetapowego mechanizmu, w którym aktywacja fosfolipazy C-β powoduje wytworzenie 1,2-diacyloglicerolu, który jest następnie rozszczepiany przez lipazę diacyloglicerolową-α, dając 2-AG (3). Uważa się jednak, że wytwarzanie anandamidu zachodzi poprzez hydrolizę N-arachidonoilofosfatydyloetanoloaminy za pośrednictwem fosfolipazy D (4, 5), chociaż zaproponowano alternatywne szlaki (6). Biologiczne działanie 2-AG i anandamidu kończy się połączeniem ułatwionej dyfuzji do komórek, po której następuje wewnątrzkomórkowa hydroliza za pośrednictwem enzymów (2).
Proponowana rola endokannabinoidów w ocenie hedonicznej („lubienia”) smacznej żywności (7, 8) skłoniła nas do zadania pytania, czy te mediatory lipidowe mogą być zaangażowane w mechanizm pozytywnego sprzężenia zwrotnego zapoczątkowanego w jamie ustnej, który utrzymuje spożycie tłuszczu po jego spożyciu. rozpoczęte (9). Na przykład ostatnie prace sugerują, że receptory kannabinoidowe CB1 na języku modulują aktywność nerwową wywoływaną przez smaczny słodki smak (10). Gustowe sygnały nerwowe pochodzące od składników odżywczych, w tym tłuszczów i cukrów, są przekazywane z jamy ustnej do mózgu za pośrednictwem nerwów czaszkowych V, VII, IX i X (11). W szczególności nerw czaszkowy X, nazywany także nerwem błędnym, zawiera gałęzie przekazujące między mózgiem a jelitami odprowadzające i doprowadzające sygnały związane z pokarmem (12). Aby wyizolować wczesne sygnały orosensoryczne z kolejnych wpływów postestywnych, zastosowaliśmy pozorowane karmienie u szczurów, dobrze scharakteryzowany model eksperymentalny, w którym płynna dieta jest odprowadzana z żołądka przez chronicznie wszczepioną kaniulę żołądkową (ref. 9; ryc. S1).

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1104675108

U większości ssaków łożysko ma kluczowe znaczenie dla rozwoju płodu i powodzenia ciąży. Narażenie na marihuanę podczas ciąży ma niekorzystne skutki, ale nie wiadomo, czy łożysko jest celem sygnalizacji kannabinoidowej/endokannabinoidowej. Używając myszy jako układu modelowego, odkryliśmy, że układ endokannabinoidowy jest obecny w komórkach stożka ektołożyskowego i gąbczastych komórek. Zaobserwowaliśmy również, że nieprawidłowa sygnalizacja endokannabinoidowa powoduje przedwczesne różnicowanie komórek macierzystych trofoblastu oraz wadliwy rozwój i inwazję trofoblastów. Wady te przekładają się na opóźnienie rozwoju płodu i pogorszenie przebiegu ciąży. Ponieważ układ endokannabinoidowy jest zachowany u myszy i ludzi, nasze badanie sugeruje, że sygnalizacja endokannabinoidowa ma kluczowe znaczenie dla zajścia w łożysko i powodzenia ciąży u ludzi oraz sugeruje jej potencjalne znaczenie w biologii komórek macierzystych.

U eutherianów łożysko jest jedynym pomostem między matką a płodem. Chociaż zasoby matki przenikają przez selektywną barierę łożyska, odżywiają i chronią zarodek, łożysko zmienia również fizjologię matki, ułatwiając przeżycie płodu. Większość funkcji łożyska przypisuje się różnym liniom trofoblastów: komórkom olbrzymim, spongiotrofoblastowi, syncytiotrofoblastowi i komórkom trofoblastu (1). Fakt, że wszystkie typy komórek trofoblastu pochodzą z komórek macierzystych trofoblastu (TS), sugeruje, że różnicowanie komórek TS jest procesem ściśle regulowanym (2). Odpowiedni stosunek różnych typów komórek trofoblastu jest warunkiem prawidłowego łożyska; jakakolwiek aberracja w różnicowaniu trofoblastów zakłóca normalne łożysko.
U myszy bezpośrednio po wszczepieniu trofektoderma przyścienna przenika do zrębu macicy, tworząc pierwotne komórki olbrzymie trofoblastu (TGC). Polarna trofektoderma, sąsiadująca z wewnętrzną masą komórkową (ICM), tworzy pozazarodkową ektodermę i stożek ektołożyskowy (EPC), w którym znajdują się komórki progenitorowe różnicujące się we wtórne TGC. Zarówno pierwotne, jak i wtórne komórki olbrzymie przechodzą wiele rund endoreduplikacji, w wyniku czego powstają komórki poliploidalne (3). EPC i pozazarodkowe komórki ektodermy dają początek spongiotrofoblastowi (SPT) i warstwom labiryntowym łożyska (2). In vivo komórki progenitorowe w pozazarodkowej ektodermie i EPC wytwarzają trofoblasty kosmówkowe, czyli SPT. Jednakże komórki TS w hodowli różnicują się przede wszystkim w TGC, co prowadzi do koncepcji, że podczas gdy różnicowanie do linii komórek olbrzymich jest ścieżką domyślną, różnicowanie do innych linii wymaga odrębnych wskazówek sygnalizacyjnych (4).
W sygnalizacji endokannabinoidowej pośredniczą dwa receptory sprzężone z białkiem G, CNR1 (5) i CNR2 (6), powszechnie znane odpowiednio jako CB1 i CB2. Endokannabinoidy są bioaktywnymi mediatorami lipidowymi, które aktywują te receptory. Dwa najczęściej badane endokannabinoidy to N-arachidonoiloetanoloamina, czyli anandamid (AEA) i 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) (7, 8). Poziom AEA regulowany jest poprzez równowagę pomiędzy szybkością jego syntezy i degradacji. Zidentyfikowano kilka szlaków syntezy AEA (9–11), co dostarcza dowodów na to, że biosynteza AEA jest złożona. AEA jest rozkładany do etanoloaminy i kwasu arachidonowego przez związaną z błoną hydrolazę amidu kwasu tłuszczowego (FAAH) (12). Chociaż FAAH może hydrolizować inne endokannabinoidy, w tym 2-AG, badania na myszach Faah-/- pokazują, że FAAH jest głównym czynnikiem regulującym wielkość i czas trwania sygnalizacji AEA (10, 13).
Ewolucyjnie konserwatywny charakter układu endokannabinoidowego u różnych gatunków, od bezkręgowców po kręgowce, sugeruje jego ważne funkcje biologiczne (14). Niektóre aspekty sygnalizacji endokannabinoidowej w czasie ciąży wykazują podobieństwa u myszy i ludzi. Na przykład powodzenie ciąży zarówno u myszy, jak i u ludzi wymaga regulowanej sygnalizacji AEA (15–17). Podczas gdy myszy Cnr1-/- wykazują zatrzymanie zarodków w jajowodzie (18), kobiety w ciąży pozamacicznej mają zmniejszoną ekspresję CNR1 w jajowodach (19).
U ludzi i szczurów układ endokannabinoidowy jest powiązany z nawracającymi poronieniami (20), porodami (21), a także wytwarzaniem przez łożysko PGE2 (22) i tlenku azotu (23). Jednakże rola sygnalizacji endokannabinoidowej w różnicowaniu i wzroście komórek TS, które zachodzą na początku łożyska, pozostaje nieokreślona. W tym badaniu zastosowaliśmy podejście genetyczne, aby odpowiedzieć na to pytanie. Stwierdziliśmy utratę płodu w połowie ciąży u samic Cnr1−/−. Dalsze badania in vivo i in vitro pokazują, że komórki TS, którym brakuje Cnr1, nie przechodzą odpowiedniej proliferacji i różnicowania wymaganej do prawidłowego łożyska, co prowadzi do obumarcia płodu w połowie ciąży i pogorszenia wyniku ciąży.

źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1010892107