Войти
| Лептин | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура белка лептина-E100 при ожирении. | |||||||||||
| Идентификаторы | |||||||||||
| Символ | Лептин | ||||||||||
| Pfam | PF02024 | ||||||||||
| Pfam клан | CL0053 | ||||||||||
| InterPro | IPR000065 | ||||||||||
| SCOPe | 1ax8 / SUPFAM | ||||||||||
| |||||||||||
лептины костистости представляют собой семейство пептидных гормонов, обнаруженных у рыб (костистых ), которые являются ортологами гормона млекопитающих лептина. Костистые кости и лептины млекопитающих, по-видимому, имеют сходные функции, а именно регулирование потребления и расхода энергии.
Гормон лептин (LEP) долгое время считался специфичным для млекопитающих, но в последние годы ген (lep) был обнаружен у амфибий, таких как тигровая саламандра (Ambystoma tigrinum), и африканская когтистая лягушка (Xenopus laevi). Обнаружение лепа у рыбы иглобрюха (Takifugu rubripes) демонстрирует древнее происхождение этого гормона.
Рисунок 1. Филогенетическое дерево лептинов позвоночных Есть два близкородственных lep паралога в атлантическом лососе (Salmo salar). Один ген lep был зарегистрирован для иглобрюха с зелеными пятнами (Tetraodon nigroviridis), радужной форели (Oncorhynchus mykiss), арктического гольца (Salvelinus alpinus), толстолобик (Hypophthalmichthys molitrix) и белый амур (Ctenopharyngodon idellus). У других видов есть сообщения о двух тесно связанных паралогах леп, включая карпа (Cyprinus carpio) и атлантического лосося. Более отдаленно связанные гены lep были обнаружены у medaka (Oryzias latipes) и рыбок данио (Danio rerio). По крайней мере, 2 гена лептина (lepa и lepb) существуют в краун-кладе (рис. 1). Ранние открытия показали, что lepa и lepb имеют низкую межвидовую идентичность и, как утверждается, возникли в результате дупликации всего генома, которая произошла на ранней стадии развития костистых ветвей. Двойственность генов описана у атлантического лосося, японской медаки, карпа и рыбок данио. Оба lep-паралога объединяются с lepa и, следовательно, предполагают, что по крайней мере одна или несколько форм (lepb) могут существовать у этого вида, поскольку это тетраплоид. Однако предыдущие попытки использования геномной синтении обнаружили только предполагаемые геномные дубликаты в паралоге медака и рыбок данио. В настоящее время остается неясным, существует ли lepb при других костных костях из-за дегенеративной природы этого паралога.
Большие различия между эндотермическими (теплокровными) млекопитающими и эктотермическими (хладнокровными) лептинами костистых животных повысили вопрос о том, сохраняются ли энергетические гомеостатические функции костистых лептинов. Первоначальный филогенетический анализ показал, что аминокислотная консервация с другими ортологами Lep позвоночных является низкой, с идентичностью последовательностей торафугу и человеческого LEP только на 13,2%. Последующие исследования подтвердили низкую аминокислотную идентичность костистых лепсов по сравнению с LEP млекопитающих.
Трехмерное моделирование гомологии предсказывает сильную консервацию третичная структура между атлантическим лососем и другими костистыми Leps по сравнению с их ортологами из млекопитающих (рис. 2).
Рис. 2. Гомологические модели (созданные с использованием сервера моделирования гомологии SwissProt ProModII) лептинов атлантического лосося (lepa1, lepa2) по сравнению с кристаллографической структурой (PDB : 1AX8 ) лептина человека (LEP). В структуре лептина человека показаны четыре антипараллельные α-спирали (1, 2, 4, 5) с соответствующими доменами в белках атлантического лосося. C-концевой цистеин изображен в виде шарика и палочки. И lepa1, и lepa2 имеют два характерных остатка цистеина, которые предсказывают образование дисульфидной связи в Lep, что является предварительное условие для этой трехмерной конфигурации и биологической активности человеческого LEP. Модели предполагают, что связывание lepa2 может отличаться от lepa1. Есть несколько различий между трехмерными структурами lepa1 и lepa2; например α-спираль 5 значительно короче у lepa1, чем у lepa2. Более того, α-спираль 1 для lepa2, по-видимому, расщепляется короткой неупорядоченной областью и, следовательно, может иметь более низкое сродство. Однако, учитывая, что это прогнозируемая модель, основанная на структурной маске LEP человека, значимость этих предполагаемых конформационных корректировок еще предстоит проверить.
Важность консервативной третичной структуры Lep, скорее всего, объясняется требованиями к специфической аффинности связывания LepR и ограничивается структурой рецептор-связывающего кармана. Это также может объяснить некоторые результаты исследований костистости с использованием Lep гетерологичных млекопитающих. Например. Обработка гормоном млекопитающих вызывала анорексический эффект у золотой рыбки (Carassius auratus) и зеленой солнечной рыбы (Lepomis cyanellus), но не у кижуча (Oncorhynchus kisutch), канальный сом (Ictalurus punctatus) и зеленая солнечная рыба. Эти противоречивые результаты были объяснены относительно большими различиями в аминокислотных последовательностях, наблюдаемых у млекопитающих и рыб.
Рённестад и его коллеги недавно обнаружили пять изоформ рецептора лептина (lepr), которые имеют различия в 3'-конце последовательность мРНК. Из них только самая длинная форма сохраняла все функционально важные домены (такие как три домена фибронектина типа III, Ig C2-подобный домен, пара мотивов WSXWS, два JAK2 -связывающие блоки мотивов и STAT -связывающий домен), тогда как другие четыре формы имеют только внутриклеточную область. Длинная форма LepR млекопитающих выполняет функцию полной передачи сигнала через пути JAK / STAT, тогда как более короткие формы демонстрируют частичную сигнальную способность или ее отсутствие. Было продемонстрировано биологическое значение длинной формы LepR через путь JAK / STAT в поддержании массы тела и энергетического гомеостаза. Предыдущие исследования костистых животных идентифицировали только одного лепра. Rønnestad et al. Первыми сообщили о множественном числе транскриптов LepR у любых видов эктотерм. Глядя на доступный мотив для lepr, модель предполагает, что он легко связывается с lepa1, а не с lepa2 (Fig. 2). Кроме того, относительно повсеместная экспрессия лепр в тканях лосося поддерживает различные роли лепра в костистых костях.
Рис. 3. Краткое изложение тканевого распределения отдаленно связанных генов lep и более близких паралогов lep у костистых рыб. Исследование торафугу показало, что lep в основном экспрессируется в печени в отличие от жировой секреции у млекопитающих. Однако недавние исследования показали, что lep экспрессируется в нескольких периферических тканях, включая кишечник, почки, яичники, мышечную и жировую ткань. Множественность lep-генов и их низкая консервативность у Teleostei. предполагают, что их физиологические роли могут быть более разными, чем сообщается для млекопитающих.
Паттерн тканевой экспрессии паралогов атлантического лосося существенно различается (фиг.3) и, следовательно, указывает на возможное различие в функции. За исключением результатов, представленных здесь, а также для рыбок данио и японской медаки. Немногочисленные исследования изучали широкое распространение лепа в тканях костистых рыб. Более отдаленно связанные гены lep (lepa и lepb) показали явные различия в распределении тканей, как показано, например, на medaka, где lepa экспрессируется в печени и мышцах, а lepb более выражена в мозге и глазах. Однако эти различия также наблюдаются для более близких паралогов lep, таких как lepa1 у атлантического лосося, который более высоко экспрессируется в мозге, печени и белых мышцах, тогда как lepa2 в основном экспрессируется в желудке и средней кишке. (Рис. 3).
Наблюдения, согласно которым долгосрочное ограничение корма не оказывает значительного влияния на экспрессию лепешек у атлантического лосося, также были отмечены у других костистых рыб. Однако вполне вероятно, что длительное ограничение корма может повлиять на несколько эндокринных параметров, чтобы адаптироваться к условиям питания. Например, у обыкновенного карпа быстрый ответ в экспрессии гена ob в печеночной ткани обыкновенного карпа вскоре после кормления не наблюдался, но изменений в экспрессии в ответ на другой режим длительного кормления не наблюдалось. Эти авторы предположили, что этот эффект можно объяснить тем фактом, что голодные рыбы не теряют в весе так быстро, как млекопитающие, вследствие того, что они экзотермичны и обладают гораздо более низкой стандартной скоростью метаболизма, и поэтому могут выдерживать более длительные периоды голодания. Аналогичное исследование белого амура показало, что хроническая инъекция видоспецифичного Lep не влияет на длительное потребление пищи и массу тела, тогда как острая инъекция снижает потребление пищи. Напротив, Murashita et al. (Неопубликованные результаты) наблюдали повышенные уровни проопиомеланокортина a1 (pomca1) после хронической инъекции Lep атлантическому лососю, что предполагает, что хроническое воздействие повышенных уровней Lep может снизить потребление пищи через Pomc. путь у этого вида. Недавние исследования на атлантическом лососе не выявили каких-либо различий в ограничении корма в уровнях циркулирующей плазмы, что контрастирует с недавними результатами для радужной форели и предполагает, что связь между уровнем циркулирующих лепов и энергетическим статусом отличается от таковой у млекопитающих. Тем не менее, RIA лосося, по-видимому, позволяет проводить межвидовую оценку уровней lep в плазме. Это только подтверждает, что для окончательной интерпретации данных необходимы более подробные исследования. Исследования радужной форели также показали, что Леп является аноректическим гормоном, как и у млекопитающих. Инъекция радужной форели рекомбинантным форелевым лептином (rt-лептин) привела к значительному снижению аппетита в течение двух дней, что совпало со снижением экспрессии гипоталамической мРНК нейропептида Y (npy) и увеличение мРНК pomc, соответственно. Неизвестно, связаны ли эти наблюдения с видоспецифичными различиями в долгосрочной лептиновой регуляции аппетита или роста, однако консенсусные данные показывают, что эффекты Lep на регуляцию аппетита могут быть краткосрочными у костистых рыб.
Недавние исследования краткосрочных эффектов еды или отсутствия еды показали, что экспрессия lepa1 специфически достигает пика в периферических тканях через 6-9 часов голодная рыба. Это говорит о том, что специфическая реакция на транскрипт может быть связана с отсутствием пищи. И наоборот, поскольку голодная рыба не получала корма в течение 33 часов (24 + 9 часов), пики могли отражать несвязанный эффект. Каждый пик lepa1 происходил во время фазы падения Lep в плазме, и, поскольку это происходило как у накормленной, так и у голодной рыбы, временная активация lepa1 на самом деле, по-видимому, не связана конкретно с отсутствием пищи.
Самый ранний пик lepa1 произошел в белой мышце, которая представляет собой важный резервуар липидов атлантического лосося. В отличие от рыбы-иглобрюха, которая использует печень в качестве основного хранилища липидов, атлантический лосось показывает, что, несмотря на высокое содержание висцеральных липидов, гепатоциты содержат мало липидных капель по сравнению с другими видами рыб, но являются важным местом для экспрессии лептина. Моен и его коллеги сообщили, что как lepa1, так и lepa2 достигают максимума через 9 часов в печени голодной рыбы. В отличие от этого, исследования на карпе продемонстрировали пик содержания лептина-I (lepa1) и лептина-II (lepa2) в печени через 3 и 6 часов после кормления соответственно. Более ранняя реакция экспрессии лептинов у карпа, вероятно, отражает более высокую температуру, при которой проводились эксперименты, но контрастирует с данными об усилении активности лептинов из-за отсутствия пищи. Точно так же у мышей также сообщалось о постпрандиальном повышении экспрессии лептина в печени. Однако у амура внутрибрюшинная инъекция рекомбинантного лептина изменяет аппетит только в первый день и не влияет на потребление пищи в течение последующих 12 дней. Таким образом, в настоящее время данные для атлантического лосося совершенно разные и предполагают, что экспрессия лептина у этого вида может иметь сложную липостатическую функцию.
