ORMONI IMPLICATI nella REGOLAZIONE del PESO

CORPOREO

TESSUTO ADIPOSO

INSULINA

GLUCOSIO

WELL-FED STATE

SANGUE

FEGATO

WELL-FED

TrigliceroliGLUCAGONE

Glicerolo

Acidi grassi

Molecole prodotte a livello deltessuto adiposo implicate nellaregolazione della massaadiposa, spesa energetica emetabolismo glucidico e lipidico

LeptinaResistinaAdiponectinaTumor necrosis factor (TNF-α) VisfatinaFasting-induced Adipose Factor (FIAF)Acylation-stimulating proteinMetallothioneinUncoupling proteins UCBIRS-1PPAR gamma/alfa

MOLECOLE IMPLICATE NELLA REGOLAZIONE DEL PESO CORPOREO

• LEPTINA

• INSULINA

• GRELINA

• PYY3-36

• NPY - NEUROPEPTIDE Y-

• AgRP -AGOUTI-RELATED PEPTIDE-

• POMC - PRO-OPIOMELANOCORTINA- (POMC)

• α- MSH -α-Melanocite Stimulating Hormone-

• ENDOCANNABINOIDI

•Proteina di 146 aa

scoperta nel 1994

•Struttura correlata alle

citochine

•Espressa dal tessuto

adiposo

•Sintesi e secrezione

dagli adipociti

LEPTINA

LEPTIN E100Zhang F, Basinski MB, et al. 1997. “Crystal structure of the obese protein leptin-E-100”.

Nature 387(8):206-209.

• X-RAY STRUCTURE OF LEPTIN E100

(WILD-TYPE HUMAN LEPTIN IS DIFFICULT TO CRYSTALLIZE BECAUSE IT AGGREGATES EXTENSIVELY. SUBSTITUTION OF Glu FOR Trp AT POSITION 100 RESULTS IN THE PROTEIN LEPTIN-E100 WHICH CRYSTALLIZES READILY AND HAS COMPARABLE BIOLOGIC ACTIVITY TO THE WILD-TYPE. ON A STRUCTURAL BASIS, LEPTIN BELONGS TO THE LONG-CHAIN HELICAL CYTOKINE FAMILY, OF WHICH HUMAN GROWTH HORMONE IS ANOTHER MEMBER.)

• SEE PDB 1AX8– A MONOMER, 146 RESIDUES, ONE DOMAIN– IDENTIFY THE FOUR-HELIX BUNDLE– ONE DISULFIDE BOND: IDENTIFY THE CYS

RESIDUES INVOLVED– IDENTIFY E100– IDENTIFY Tyr 61 WITHIN A HYDROPHOBIC

POCKET• A BURIED Tyr ON THIS HELIX IS

CONSERVED IN LONG-CHAIN HELICAL CYTOKINES

• WHAT ATOM H-BONDS TO THE –OH GROUP OF Tyr61

LEPTINA:

DISTRIBUTIONE TISSUTALE

Tessuto Adiposowhite adipose tissue (WAT)

Tessuti extra AdiposoStomaco

Ipofisi Anteriore (Uomo ,ratto)

Placenta (Uomo)

Cellule epiteliali della mammella (Uomo)

La LEPTINA

•INFORMA le strutturecentrali sulle riserve dienergia, induce sazietà eaumento della spesaenergetica attraverso unaumento dell’attivitàsimpatica.

•Nell’uomo: ritmo circadiano (+30% di notte). Il recettore solubile (binding protein) ha un ritmo circadiano opposto a quella di leptina

RECETTORI della LEPTINA (Ob-Rs)

Ob-RaOb-RcOb-Rd

Ob-Rb Ob-Re

Ob-Rb: forma lunga (Ipotalamo)

Ob-Ra, Ob-Rc, Ob-Rd: (forme tronche)

OB-Re: solubile (plasma binding protein)

Segnali intracellulari JAK STAT Attivaz. genica

ARC

2 tipi cellulari che secernono neuropeptidi

NPY/AgRP- NEUROPEPTIDE Y/AGOUTI-RELATED PEPTIDE

POMC/CART PRO-OPIOMELANOCORTIN/COCAINE AND

AMPHETAMINE-REGULATED TRANSCRIPT

–NPY e AgRP:• STIMOLANO L’APPETITO• INIBISCONO IL DISPENDIO ENERGETICO

–CART e αααα-MSH: POMC convertito in α-MSH• INIBISCONO FOOD INTAKE • STIMOLANO IL CONSUMO ENERGETICO

Il controllo dell’ appetito a livello dell’Ipotalamo ARC

Neuroni POMC/CART

FATTORI CHE REGOLANO LA SECREZIONE DI LEPTINA

INDUTTORI EFFETTI SPECIE

Mangiare + roditori/uomoDigiuno - roditori/uomoGlucocorticoidi + roditori/uomo

Insulina =/+ uomoTestosterone - roditori/uomoEstradiolo =/+ roditori/uomoOrmoni tiroidei -/+ roditori/uomoBassa temperatura - roditori/uomoObesità + roditori/uomo

Genotipo: Mutazione nel gene della leptina

Fenotipo: Assenza di leptina circolante

ObesitàIperfagiaInfertilità

La somministrazione di leptina corregge eccessodi peso, iperfagia e infertilità

MODELLI ANIMALI TOPO ob/ob

Genotipo: recettore per la leptina non funzionante

Fenotipo: ObesitàDiabeteIperfagiaInfertilità

La somministrazione di leptina NON corregge eccesso di peso, iperfagia e infertilità

MODELLI ANIMALI TOPO db/db e RATTO Zucker

Testicoli e conta spermatica adeguati

Ovaio e utero adeguati

LEPTINA ESOGENA

Grasso inadeguato

Grasso adeguato

Alti livelli di leptina

Adeguata alimentazioneob/ob mouseNutrizione inadeguata

OBESI

MaschiFemmine

LH FSH

NO LEPTINA

RIPRODUZIONE

INADEQUATA STERILI

Ruolo della leptina nella fertilità

Bassi livelli di leptina

Leptin in Regulating Neuroendocrinefunction in Humans

• Leptin accelerates GnRH – pulsatility in arcuate

hypothalamic neurons regulating the release of

gonadotropin.

• Leptin acts as a permissive signal to activate the

reproductive axis.

1. Hypothalamic- Pituitary – gonadal axis:

• Direct effect- leptin and leptin receptors are expressed

in pituitary cells

2 . Hypothalamic – pituitary - thyroid axis:

Starvation

T3 - T4

Leptin

Regulation of neuroendocrine function by leptin(Blüher &Montozors, 2004)

ARC : arcuate nucleus of the hypothalamus

I livelli di leptina nel plasma sono diversi nei 2 sessi

Redrawn from Garcia-Mayor R. V. et al., 1997

10

age (years)

5-6 10 14-150

5

F

M

5-6 10 14-15

Redrawn from Rosenbaum M. et al., 1996

F (post-m)

fat mass (kg)

F (pre-m)

M

100

50

0

10 60 9030

Livelli di leptina nel plasma negli adulti

LEPTINA e PATOLOGIA

•Obesità e sindrome metabolicainsulina- e leptina- resistenza

(effetto saturante al SNC)

•Rischio cardiovascolare

•Disordini del comportamento alimentare (anoressia e bulimia nervosa)

•Alterazioni riproduttive

•Malattie tiroidee (ipo- e iper-funzione)

– Recettori OB periferici– Stimola la β-ossidazione nei diversi tessuti

NO ADIPOSO– Inibisce l’accumulo di lipidi nei diversi tessuti

NO ADIPOSO• ATTIVAZIONE di PKA e INATTIVAZIONE della

ACETYL-CoA CARBOXYLASE (per fosforilazione) �• ↓ [MALONYL-CoA] �• no INIBIZIONE di CPTI �• ↑↑↑↑ TRANSPORTO del ACYL-CoA nei MITOCONDRI

– MA NON PREVIENE L’ OBESITA’, AHIME!!!

LEPTINA effetti periferici

Colecistochinina (CCK)• Prodotta dall’intestino tenue

• Attiva i segnali di sazietà (forse inibendo la

produzione di β-endorfine)

• Riduce la motilità gastrica

• Attiva la contrazione della colecisti

• Attiva la secrezione pancreatica

• Aumenta la motilità del colon

• Favorisce la memoria (del cibo?)

CCKBULIMIA

MEMORIASAZIETA’

Motilità colon

Contrazione colecisti HCl

motilitàgastrica Secrezione

pancreas

AA+lipidi+

+

++

+

+

-

+

-

PYY3-36PEPTIDE SECRETO A LIVELLO GASTRO-INTESTINALE

•↑ AUMENTA PROPORZIONALMENTE AL CONTENUTO CALORICO DEL CIBO � ↓ FOOD INTAKE

•INIBISCE I NEURONI NPY/AgRP � BLOCCO DEL

L’APPETITO

•ATTIVA IL RILASCIO DI POMC (POMC/CART CELLS)

�IPOTALAMO � α-MSH � INIBIZIONE FOOD

INTAKE; ↑ DISPENDIO ENERGETICO

INSULINA SEGNALE ORMONALE A LIVELLO CEREBRALE

• STIMOLA LE CELLULE POMC/CART

• � SENSO DI SAZIETA’ – INCREMENTO DEL DISPENDIO ENERGETICO

• INBISCE LE CELLULE NPY/AgRP CELLS– DIMINUZIONE APPETTITO (SAZIETA’)

�GRELINA• PEPTIDE SECRETO dalla MUCOSA GASTRICA

QUANDO LO STOMACO é VUOTO (DIGIUNO �

↑ LIVELLI di GRELINA )

• 28 RESIDUI- Ser 3 INDISPENSABILE PER

L’ATTIVITA’

• GRELINA ↑ DURANTE IL DIGIUNO

���� ↑↑↑↑APPETITO ���� ↑↑↑↑ FOOD INTAKE���� ↓↓↓↓ UTILIZZAZIONE dei GRASSI

• ATTIVA I NEURONI NPY/AgRP A LIVELLO DEL

NUCLEO ARCUATO DELL’IPOTALAMO

• � LIBERAZIONE DI NPY

���� STIMOLAZIONE dell’ APPETITO

• I LIVELLI DI GRELINA SONO più ALTI NEGLI

OBESI RISPETTO AI NON-OBESI

�GRELINA

Peptide di 94 aminoacidi, prodotta e secreta dagli adipociti

Aumenta la resistenza all’ insulina

Tessuti bersaglio: adiposo, muscolo, fegato, cervello?

L’obesità è associata all’aumento di espressione e secrezione di resistina

RESISTINA

• Aumenta la produzione di VLDL

• Aumenta la degradazione dei recettori scavenger nel fegato

• Accelera l’accumulo di colesterolo nelle arterie

Aumenta il rischio di patologie cardiache

( Rashid et al, 2012 –McMaster University di Hamilton)

RESISTINA

Prodotta in condizioni di scarsa adiposità

Riduce l’insulino-resistenza e impedisce l’adesione dei monociti all’endotelio

È ridotta nelle persone obese o con diabete di Tipo 2

ADIPONECTINA

VISFATINA prodotta e secreta dagli adipociti

UCP2 UCP3

FOX1 e FOX2 (1.2)Fattori di trascrizione espresso in adipocitiRegolatore chiave del metabolismo adipocitario

FOX1 inibisce l’espressione di POMC

Nel topo transgenico con over-espressione di FOX2 si ha un effetto pleiotropico sulla espressione di vari geni, con fenotipo magro e migliore sensibilità all’insulina

FOX2 aumenta la sensibilità della via beta-adrenergica-cAMP-PKA

FOX2 viene indotto da dieta ricca di grassi

FOX2 contrasta una serie di condizioni legate a obesità e diabete (ipertrigliceridemia e insulino-resistenza indotta dalla dieta)

FUNZIONE RIPRODUTTIVA

FUNZIONE RIPRODUTTIVA

V VV

IPOTESI DELLA MASSA ADIPOSA CRITICA

LEPTINA

PESO CORPOREO % MASSA GRASSA

2 tipi cellulari che secernono neuropeptidi

NPY/AgRP- NEUROPEPTIDE Y/AGOUTI-RELATED PEPTIDE

POMC/CART PRO-OPIOMELANOCORTIN/COCAINE AND

AMPHETAMINE-REGULATED TRANSCRIPT

–NPY e AgRP:• STIMOLANO L’APPETITO• INIBISCONO IL DISPENDIO ENERGETICO

–CART e αααα-MSH: POMC convertito in α-MSH• INIBISCONO FOOD INTAKE • STIMOLANO IL CONSUMO ENERGETICO

Il controllo dell’ appetito a livello dell’Ipotalamo ARC

Nucleo Arcuato Ipotalamico

•LEPTINA e INSULINA:STIMOLANO i NEURONI POMC/CART � ↑ CART e α-MSH INIBISCONO i NEURONI NPY/AgRP� ↓ NPY e AgRP

SAZIETA’ e ↓↓↓↓ APPETITO

•GRELINA STIMOLA i NEURONI NPY/AgRP• � ↑ NPY AND AgRP SECRETION � ↑↑↑↑ APPETITO

•PYY3-36 omologo del NPY–LEGA E BLOCCA I RECETTORI per NPY/AgRP � ↓SECREZIONE di NPY e AgRP � ↓↓↓↓ APPETITO

Il controllo dell’appetito a livello dell’Ipotalamo

Il controllo dell’ appetito a livellodell’Ipotalamo ARC

HYPOTHALAMUS

ARCUATE NUCLEUS

NPY/AgRP

POMC/CART

LEPTIN AND INSULIN

+-PYY3-36

GRELINA

+

-

INSULIN ORLEPTIN

RECEPTORGHRELINRECEPTOR

Y2R(AN NPY RECEPTOR

SUBTYPE)

OTHERNEURONS

-

MSHRECEPTOR

Leptin and insulin pathways in POMC and AgRP neurons that modulate energybalance and glucose homeostasis

Luis Varela & Tamas L Horvath EMBO reports (2012) 13, 1079 - 1086 doi:10.1038/embor.2012.174

V VV

neuroni POMCneuroni POMC

neuroniNPYneuroniNPY

NE

NO

Leptina (OB)Leptina (OB)

OB-ROB-R

OB-ROB-R

-MSH

LHLHFSHFSH

OVAIOOVAIO

IPOFISIANTERIORE

IPOFISIANTERIORE

IPOTALAMOIPOTALAMOLA LEPTINA MODULAIL COMPORTAMENTOALIMENTARE, IL BILANCIO ENERGETICO E LA FUNZIONE RIPRODUTTIVA

LA LEPTINA MODULAIL COMPORTAMENTOALIMENTARE, IL BILANCIO ENERGETICO E LA FUNZIONE RIPRODUTTIVA

ADIPOCITIADIPOCITI

neuroniLHRHneuroniLHRH

COMPORTAMENTOALIMENTARE

COMPORTAMENTOALIMENTARE

SEGNALI FISIOLOGICI IMPLICATI NELLA REGOLAZIONE DELLA BILANCIA

ENERGETICA

ARC

SNS

FAME/SAZIETA’

External cues

IntestinoBAT Pancreas

ACTH

InsulinaGlucocorticoidi

CCK

Leptina

Higher brain centers

Long termsignal

Short termsignals

ADIPOSO

Caldo

NPYCRH

Surrene

Ghrelina

ResistinaAdiponectina

Tessuto adiposo

Stomaco

ARC

POMC=pro-opiomelanocortinCART=cocaine and amphetamine-related transcriptNPY =neuropeptide YAGRP=agouti gene-related peptide

Nervovago

-

+

LEPTINA +

-

GHRELINAInsulinaGH

GC

-

+Digiuno

POMC\CART

NPY\AGRP

Endocannabinoidi

2AG

AEATHC

•Le strutture chimiche del THC e dell’AEA sono molto diverse

•L’AEA è una molecola molto flessibile

•In ambiente acquoso essa assume un ripiegamento ad U

•In tali condizioni la distribuzione di carica delle due molecole è molto simile

• SINTESI ENDOCANNABINOIDI

( McAllister e coll ,Journal of Medicinal Chemistry 46 (24), 5139-5152, 2003)

CB1, CB2E’ accoppiato alla modulazione dell’ Adenilato Ciclasi ed è coinvolto nella

regolazione di diversi tipi di canali per il Ca2+ (tipo N, tipo P/Q, tipo L )

ed il K+

Endocannabinoidi

• Cannabinoidi e CB1• Regolano i neuroni

POMC/CART• Diminuisce la produzione

di α-MSH

• ↑↑↑↑ APPETITO

Rimonabant, è un antagonista del

recettore dei cannabinoidi CB1

• Il 23 ottobre 2008 dopo solo 5 mesi dalla messa in commercio , l'Agenzia Europea per i Medicinali (EMEA) ha sospeso l'autorizzazione al commercio di rimonabant (Acomplia Sanofi-Aventis).

• Comitato scientifico dell'EMEA, il CHMP (Committee for MedicinalProducts for Human Use) ha adottato il provvedimento di sospensione dopo una rivalutazione di tutti i dati disponibili, confermando che nei pazienti che assumono Rimonabant il rischio di gravi effetti indesiderati di tipo psichiatrico, inclusi i disturbi depressivi e gli eventi correlabili al rischio di suicidio, l'ansia e l'aggressività, è molto più alto rispetto a quelli che assumono placebo.

• Tra giugno e agosto 2008, durante gli studi in corso su circa 36.000 pazienti ci sono stati 5 casi di suicidio nei pazienti trattati con Rimonabantcontro uno solo nei pazienti trattati con placebo1.

• A conclusione di questa breve nota, merita di essere sottolineato il fatto che la FDA sulla base dei soli dati registrativi aveva negato l'autorizzazione al commercio del farmaco proprio per lo sfavorevole profilo di sicurezza e per i limiti metodologici degli studi