A kokain- és amfetamin-regulált transzkript

Az elmúlt évtizedekben vált ismerté, és azóta egyre inkább a figyelem központjába kerül a CART peptid, mely neurotranszmitterként vagy hormonként számos élettani folyamat szabályozásában vesz részt. Többek között a táplálkozásban, energiaháztartásban, szorongásban, stressz reakciók illetve függőség kialakulásában. Befolyásolja a csontanyagcserét, valamint antioxidáns hatású. A legújabb tanulmányokban rengeteg információt találunk a szervezetbeli helyéről, szabályozásáról, feldolgozásáról és funkcióiról, de további vizsgálatok folynak, annak érdekében, hogy felhasználhassák terápiás célokra.

Felfedezése

Douglass és mtsai kísérleteik során (1995) próbálták megfejteni, hogy a pszichostimuláns hatású kábítószerek használata alkalmával, a különböző agyi területeken mely gének lépnek működésbe. Kísérleteik során patkányokban egy új mRNS-t fedeztek fel, melynek koncentrációja akut kokain és amfetamin bevitel után a bázisérték 3-4-szeresére emelkedett. Ezen kísérletek alapján kapta az új mRNS a Kokain- és amfetamin-regulált transzkript (CART), az általa kódolt fehérjék pedig, a CART peptidek elnevezést. Mindazonáltal kétségtelenné vált, hogy a központi idegrendszeren kívül a perifériás idegrendszer számos területén, valamint a gastrointestinalis rendszer egyes részein is megtalálható, és számtalan élettani folyamat koordinálásában fontos, szabályzó funkciója van. Mindezek ellenére, nem Douglass volt az első, akinek sikerült kimutatni a CART peptidet. Spiess és mtsai már 1981-ben találtak egy "szomatosztatin szerű fehérjét" egy juh hypotalamusában, mely akkor még nem keltett nagy érdeklődést. Csaknem 15 évvel később vált ismerté, mint Kokain- és amfetamin-regulált transzkript.

A CART mRNS és fehérjék

A CART mRNS szekvencia nem homológ egy másik mRNS-sel sem. Rágcsálóknál alternatív splicing eredményeként két egymástól 39 nukleotidban különböző mRNS-variáns képződik a CART génről. Az mRNS hosszabb és rövidebb variánsa közül, csak az utóbbi jelenik meg az ember esetében is. (Kuhar és mtsai (2000)) Az eltérő mRNS-variánsoknak eredményeként egy 129 és egy 116 aminosavból álló fehérje termelődik. A 27 aminosavból álló szignál szekvencia lehasadásával jön létre a 102 valamint a 89 aminosavat tartalmazó proCART. A hosszabb változat az rlCART ( rat long form CART), a rövidebb az rsCART (rat short form CART). (Stanek (2006))

CART szintézis, kialakulásának helyei a szervezetben

A CART 1995-ös, Doulgass és mtsi. által történt felfedezése után 1999-ben Thim és munkatársai patkány szövetből nyert mintákból azonosították a CART peptid szekvenciáját (Thim és mtsi,1999). A kutatás két különböző CART peptidet mutatott ki, a CART 55-102-t és a CART 62-102-t. Mindkét peptidről megállapították, hogy aktívak. Érdekes módon patkányban mindkét peptid kimutatható, míg az emberi szövetekben csak a kisebb, CART 1-89-t tudták kimutatni.

A gén szabályozása és termelése

Az emberi CART gén nagyjából 2.5 kb.ból áll, amely tartalmaz egy kb. 340 nukleotid hosszú promoter régiót, két intront és három exont.. A gén transzkripciójának eredményeként két, különböző hosszúságú mRNS keletkezik, amelyek két, különböző méretű propeptidet, a proCART 1-89-t és a proCART 1-102-t szintetizálnak. A proCART peptideken többhasítási hely található, amelyek lehetővé teszik a transzláció utáni prohormon konvertázok általi feldolgozást és így a peptidek kialakulását. (Rogge, G., és mtsi (2008)) Szekvencia összehasonlító tanulmányok kimutatták, hogy a CART peptidek evolúciósan konzerváltak. Például az ember és a patkány génszekvenciája 91%-os azonosságot mutat, míg az egér és a patkány kódoló régiójának nukleotidjai 98%-ban megegyeznek. CART termelődés helye (Dominguez, G.(2005))

Termelődesi helyek

A CART legfontosabb termelődési helye a központi idegrendszer, illetve néhány belső elválasztású mirigy, ezenkívül a keringési rendszerben is megtalálható. A központi idegrendszerben csak a neuronokban termelődik, jelentős előfordulási helyük a dense core vesicles az agyi területeken belül pedig a nucleus accumbens a legjelentősebb termelődési területe (ez az agy jutalmazásért felelős régiója). Ezen kívül a hypothalamus, a hypophysis, a mellékvese velő és a pancreas Langerhans- szigetei szekretálják. A termelődés helyeivel összefüggésbe hozható, hogy a CART, mint neurontranszmitter is fontos szerepet játszik. A peptid neurontranszmitterek általános jellemzője, hogy szövetekben termelődnek, biológiailag aktívak, felszabadulásuk pedig Ca 2+ függő. Ezeknek a feltételeknek a CART peptid mind megfelel.

CART receptorok

Nem sokkal a Douglass és munkatársai által leírt, a CART mRNS és peptid kutatásban mérföldkőnek számító tanulmány után sok laboratórium próbálta bizonyítani egy CART receptornak a létezését. Kísérleteikhez a megszokott receptor-bining technikát használták, amely módszer nem vezetett a várt eredményekhez. És bár ezek a korai próbálkozások kudarccal végződtek, nem-specifikus receptor kötések kimutathatóak voltak agyhomogenátumból és agyszeletekből. Ezek az okok vezettek el a feltételezéshez, amely szerint egy alacsony affinitású receptor kötőhelynek kell léteznie, amely nem kimutatható az előbb említett eljárással, de magas koncentrációjú, nem specifikus kötőhely analízissel sem. Évekig nem volt fejlődés a CART-receptor kutatás eredményeiben, de az a tény, hogy a CART peptid különböző kísérleti körülmények között is aktívan működik, megfelelő bizonyíték a receptor létezésére. Több laboratórium egyesített eredményei, bizonyítékai utalnak arra, hogy a CART peptid képes aktiválni a G-protein szignál-utat, amely erősen valószínűvé teszi egy G-protein függő CART receptor létezését. Ezzel együtt nehéz magyarázatot találni arra, hogy hogyan képes a peptid kifejteni a hatását egy releváns receptor nélkül.

A CART szerepe

Táplálkozás

Antioxidáns

2012 januárjában a Mao, P. és munkatársai által publikált eredmények új fordulatot hoztak a CART peptid kutatásban. Munkájuk során először lokalizáltak CART-ot mitokondriumban, illetve a peptid egy új tulajdonságát, antioxidáns funkcióját is felfedezték. (Mao, P. Meshul, Ch. K. és mtsi, 2012)

Kísérleteik során először azonosítottak egy mitokondruim protein szukcinát dehidrogenáz B-t (SDHB), mint CART-kötő egységet. Ennek jelentőssége, hogy az SDHB a Crebs-ciklus és a mitokondrium elektrontraszport lánc (komplex II néven is ismert) meghatározó enzime is, a CART pedig mindkét folyamatot képes stimulálni. Újabb kutatások kimutatták, hogy csupán egyetlen SDHB gén módosulás is súlyos fenotípusos változásokat okoz, úgy mint a paraganglioma, II-típusú diabetes, ischemiás stroke, veseelégtelenség (Kim MS és munkatársai 2009). Továbbá ezeknek a betegségeknek közös patalógiai jellemzője az oxidatív károsodás. Ennek fényében különösen fontossá válik az SDHB és a CART szerepe az öröklődő genetikai betegségekben, illetve a CART-nak, mint antioxidánsnak a működése. A CART antioxidáns hatásának/hatásosságának megértésére Mao, P. és mtsi először emberi lymhocytákban megmérték a malondialdehid (MDA) és a 4-HNF koncentrációt. Ez a két molekula markere a lipid peroxidációnak. A kísérlet következő lépésében H₂O₂-t adtak a rendszerhez, amely jelentősen indukálta az MDA és 4-HNF produkciót (a H₂O₂ a szervezet egyik legjelentősebb oxidálószere). A kísérlet utolsó lépéseként TAT-EGFP-CART-tal kezelték a rendszert, amely ekkor jelentős MDA és 4-HNF koncentráció csökkenést mutatott. A CART azonban nem csak az előbb leírt közvetett úton képes antioxidánsként hatni, hanem közvetlenül is. Ekkor a mitochondriumban közvetlenül az SDH-val lép reakcióba a CART. (Mao, P. és mtsi 2007)

Bár a CART peptid sok hasonló vonást mutat a hormonokkal, mégis valószínűleg egy új fajta peptid hormonról van szó, mivel elsődleges antioxidáns tulajdonsággal bír. Ezt korábban más peptid hormonoknál nem írták le. Ezért célszerűbb antioxidáns peptidenek vagy antioxidáns hormonnak (AOH) nevezni, de nem csak funkciójában, hanem szerkezetében is újdonságokat mutat, mivel a fehérje három diszulfid-hidat tartalmaz a C-terminális részen, illetve citozin tartalma is egyedülálló.

A CART-peptidnek, mint antioxidáns szernek meghatározó szerepe lehet az olyan betegségekben, amelyek a neuronok degenerációjával és oxidációs stresszel járnak, mint pl. a Parkinson-kór vagy az Alzheimer-kór. (Jenner, P. 2007)

Szorongás

Függőség

A CART pszichostimulánsok jutalmazó-megerősítő hatását szabályozó szerepével több tanulmány is foglalkozik. A CART és a drogfüggőség kapcsolatát bizonyítja, hogy a nucleus accumbensben a CART mRNS szint a kokain túladagolásban elhunyt emberek esetében megnövekedett, továbbá vizsgálatok szerint az alkoholbetegek egy részénél a CART gén mutációi mutathatók ki. A kokain mellett, metamfetamin, ecstasy vagy etanol hatására is megemelkedik a nucleus accumbens-ben a CART mRNS szint. A pszichostimulánsok aktiválják a CART fehérjét tartalmazó neuronokat a nucleus accumbensben. (Rogge és mtsai, (2008))

A CART mRNS és fehérjék a jutalom-asszociált régiók nagy részében jelen vannak. Talán a két legfontosabb olyan terület, ami a CART drog-mediált jutalmazó, megerősítő és viselkedési szerepéhez kapcsolódik a mesolimbikus dopamin pálya része, a ventrális-tegmentális area (VTA), valamint a nucleus accumbens (NAc). A VTA-ban a CART mRNS-t és peptideket tartalmazó idegvégződések kapcsolatban állnak dopamin (DA) és gamma-amino-vajsav (GABA) szintetizáló neuronokkal is. A nucleus accumbens-ben főleg az accumbens kábítószer használat hatásaira fokozottan érzékeny, héji részen található CART mRNS és peptid. Továbbá megemlítendő még két másik agyi régió, az amygdala és a cortex, amelyek szintén fontos szerepet játszanak a kábítószer használat akut megerősítő hatásában és a hosszútávú következményeiben. Rendszeres kokain használat megemeli az amygdala CART mRNS szintjét, ami arra utal, hogy a kokain jutalmazó hatásának mediátora lehet a CART rendszer. Az amygdala környezeti stresszor mediáló szerepének következtében, a CART egyébként semleges környezeti ingereket társíthat a drogok jelenlétével. (Vicentic és Jones (2006))

Irodalomjegyzék

• Kuhar MJ, Adams LD, Hunter RG, Vechia SD, Smith Y. (2000): CART peptides. Regulatory Peptides 89: (1-3) 1-6

• Rogge, G., Jones, D., Hubert, G. W., Lin, Y., & Kuhar, M. J. (2008). CART peptides: Regulators of body weight, reward and other functions. Nature Reviews Neuroscience 9: (10) 747-758