Mechanismus účinku aminokyselin

Principem léčeni pomocí aminokyselin je stimulace synaptogeneze neuronů, dle pokusu na potkanech se zvyšuje až o 30 %. Synaptogeneze probíhá v přítomnosti nervových růstových faktorů u elektricky aktivních neuronů. Mechanismus účinku aminokyselin prostřednictvím zvýšení hladiny nervových růstových faktorů byl objasněn v r. 1994 (Experimental Gerontology, 29:55-66:1994).

Dalším mechanismem prokázaným v poslední době je podpora na aktivitě závislé synaptogeneze prostřednictvím působení glycinu na NMDA receptory. Neuronová síť s vyšší konektivitou má vyšší kapacitu a schopnost učení, což je podkladem dlouhodobého efektu naší léčby.

Navíc je prokázán protektivní vliv některých aminokyselin ve vztahu k apoptóze, což má význam při dlouhodobé terapii neurodegenerativních onemocnění.

Dalším efektem je přímý vliv na tvorbu mediátorů - nabídkou prekursoru, negativní zpětnou vazbou při nabídce meziproduktu odbourávání a stimulací alternativních metabolických cest.

Už první práce věnované procesu učení a synaptické plasticity prokázaly, že zvířata žijící ve stimulujícím prostředí mají silnější mozkovou kůru a bohatější dendritické větvení než zvířata žijící v individuálně nebo v malých skupinách v laboratorních klecích (23,24,25). Nové dendritické trny vznikají nejen v průběhu vývoje ale také ve zralých neuronech.(8). Kleim (1) ukázal, že učení se pohybům vede ke zvýšení počtu synapsí na jeden neuron v motorické kůře. Tato synaptogeneze je spojena se zvýšenou hladinou transkripčního faktoru Fos. Expozice komplexnímu prostředí zvětšuje dendritické větvení (2). Současně se zvyšuje počet synaptických knoflíků na dendritech. (3). K podobným změnám v dendritické arborizaci dochází po poškození mozkové tkáně. Faktory, které potencují dendritické změny, např. růstové nervové faktory, urychlují zlepšování stavu po traumatickém a jiném postižení nervové tkáně. (4,5,6). Růstové faktory ovlivňují synaptogenezi v průběhu vývoje mozku, po traumatech mozku a při učení.

Současná představa o vlivu růstových faktorů na synaptogenezi.

A.
Vazba některých růstových faktorů (BDNF, NT-4/5,
v některých případech NGF) na TRK receptory
img 14
Aktivace TRK receptorů spouští RAS-map kinázovou
kaskádu ovlivňující expresi genů a translaci, včetně
syntézy podjednotek AMPA receptorů
img 13
Aktivace (fosforylace) presynaptickýchTrk B a Trk C
receptorů zesiluje uvolňování glutamátu. Tyto receptory
jsou nezbytné pro exocytózu a uvolňování mediátoru
do synaptické štěrbiny


B.
Stimulace glutamátového receptoru aktivuje
proteinkinázu C prostřednictvím fosfolipázy C.
img 11
Proteinkináza C stimuluje přesun multifunkční
kinázy p90rsk do polyzomů a tím zvyšuje
syntézu proteinů.
img 10
Jedním z produkovaných proteinů je FMRP (vážící se na
m-RNA). Zvýšená koncentrace tohoto proteinu
může vyvolat syntézu proteinů nezbytných pro
sprouting a synaptogenezi.


(Podle Synaptic plasticity in cortical systems. Anna Y Klintsova* and William T Greenough. Current Opinion in Neurobiology 1999, 9:203–208).


NGF asi trojnásobně zvyšuje počet receptorů p75 čímž reguluje přenos signálů neurotrofiny(11). RAS/MAP kinázová kaskáda je nezbytná pro mechanismy učení a paměti(9). Synaptická aktivita způsobuje pravděpodobně cestou RAS/MAP kinázové kaskády rychlé přemístění kalmodulinu do buněčného jádra. Tato signalizace je důležitá pro některé formy synaptické plasticity spojené s učením (10). Endogenní autofosforylace CaMKII-alpha genu je nezbytná pro jeho funkci při dlouhodobé potenciaci a učení (11). Fosforylace proteinů glycinových, GABA a glutamátových receptorů krátkodobě i dlouhodobě moduluje jejich aktivitu. Dochází při ní k vazbě fosfátové skupiny z ATP na serinová, threoninová a tyrosinová vazebná místa receptorových komplexů. Tato fosforylace vede ke změnám funkce příslušných receptorů. Tuto fosforylaci umožňují protein-kinázy, např. proteinkinaza C a serin/threonin kináza. Dlouhodobá potenciace vede k tyrosinové fosforylaci (13). Správná funkce synapsí zabezpečuje při zvýšení vstupu informací do sítě korových neuronů zvýšení váhy jednotlivých synapsí(14). Zatímco synaptogeneze jako podklad dlouhodobé paměti je stále předmětem studia, byly nalezeny i jiné mechanismy podílející se na plasticitě mozku, zahrnující restrukturalizaci synapsí a zvýšení jejich efektivity. Příkladem restrukturalizace synapsí je klatrování receptorů vyvolané aktivací glycinových receptorů glycinem, které vede v míše k přestupu Ca2+ do buňky a k postsynaptické akumulaci glycinových receptorů. Toto klastrování je zprostředkováno neurofilamenty(15,16). Aktin, který je součástí cytoskeletu nerovové buňky dokáže v několika sekundách výrazně změnit tvar synapse. Tím se může podílet na rychlé synaptické plasticitě(17). Podobným způsobem prostřednictvím cytoskeletu dochází i k postsynaptické akumulaci NMDA a AMPA receptorů. Správná funkce NMDA receptoru je nezbytná pro prostorovou orientaci a tvorbu prostorových map (18). Dalším možným mechanismem je aktivace tzv. "němých synapsí" (7).

Efekt aminokyselin na potenciaci reparace postižené tkáně centrálního nervového systému předpokládáme na několika úrovních:
1. Působením na glycinový receptor
Glycinový receptor má klíčovou úlohu v rozvoji mozkové kůry. To lze prokázat jeho stimulací aminokyselinou taurinem. Mutace glycinového receptoru vede k dominantně dědičnému lidskému onemocnění hyperekplexii, charakterizovanému zvýšeným svalovým napětím. Jiná mutace vede u myší k vysoké spasticitě. Klastrování glycinových receptorů způsobené zvýšením synaptického přenosu při podávání glycinu je pravděpodobně podkladem snížení spasticity při podávání některých preparátů se zvýšeným obsahem glycinu (např. Glucaprim) (15,16).

2. Působením glycinu na strychnin insenzitivní místo NMDA receptoru
Aktivace NMDA receptoru je nezbytná pro plasticitu (26) a reparaci CNS (viz výše). Stejně důležitá je pro prostorovou orientaci a tvorbu prostorových map (18). Stimulace NMDA receptoru způsobuje v průběhu vývoje zrání synapsí a pravděpodobně i ve zralém CNS aktivaci „spících synapsí“. Otázku, zda podávání glycinu může stimulací NMDA receptoru vést k úpravě klinických symptomů postižení centrálního nervového systému kladně vyřešilo několik dvojitě slepých studií (např. 21).

3. Zvýšením hladiny nervových růstových faktorů
Zvýšená hladina některých nervových růstových faktorů zahajuje proces reparace a zvyšuje plasticitu postižené nervové tkáně (viz výše). Podávání Acetyl-L-karnitinu zvyšuje hladinu nervových růstových faktorů v centrálním nervovém systému až o 40%. Příznivě také působilo na projevy kognitivního deficitu u Alzheimerovy demence (22).

1. Kleim JA, Lussnig E, Schwarz ER, Comery TA, Greenough WT: Synaptogenesis and Fos expression in the motor cortex of the adult rat following motor skill learning. J Neurosci 1996, 16:4529-4535
2. Comery TA, Stamoudis CX, Irwin SA, Greenough WT: Increased density of multiple-head dendritic spines on medium-sized spiny neurons of the striatum in rats reared in a complex environment. Neurobiol Learn Mem 1996, 66:93-96.
3. Jones TA, Klintsova AY, Kilman VL, Sirevaag AM, Greenough WT: Induction of multiple synapses by experience in the visual cortex of adult rats. Neurobiol Learn Mem 1997, 68:13-20. 92:8856-8860
4. Kolb B, Cote S, Ribeiro-da-Silva A, Cuello AC: NGF stimulates recovery of function and dendritic growth after unilateral motor cortex lesions in rats. Neuroscience 1997, 76:1139-1151.
5. Kolb B, Stewart J, Sutherland RJ: Recovery of function is associated with increased spine density in cortical pyramidal cells after frontal lesions or noradrenaline depletion in neonatal rats. Behav Brain Res 1997, 89:61-70.
6. Rowntree S, Kolb B: Antibodies to bFGF block functional recovery and dendritic compensation after motor cortex lesions. Eur J Neurosci 1997, 9:2432-2442.
7. Sorra KE, Harris KM: Stability in synapse number and size at 2 hr after long-term potentiation in hippocampal area CA1. J Neurosci 1998, 18:658-671.
8. Structure, development, and plasticity of dendritic spines. Kristen M Harris. Current Opinion in Neurobiology 1999, 9:343–348
9. Brambilla R, Gnesutta N, Minichiello L, White G, Roylance AJ, Herron CE, Ramsey M, Wolfer DP, Cestari V, Rossi-Arnaud C, Grant SGN, Chapman PF, Lipp H, Sturani E, Klein R: A role for the Ras signaling pathway in synaptic trans-mission and long-term memory. Nature 1997, 390:281-286.
10. Deisseroth K, Heist EK, Tsien RW: Translocation of calmodulin to the nucleus supports CREB phosphorylation in hippocampal neurons. Nature 1998, 392:198-202.
11. Kitzman PH, Perrone TN, LeMaster AM, Davis BM, Albers KM: Level of p75 receptor expression in sensory ganglia is modulated by NGF level in the target tissue. J Neurobiol 1998, 35(3):258-270.
12. Giese KP, Fedorov NB, Filipkowski RK, Silva AJ: Autophosphorylation at thr286 of the alpha calcium-calmodulin kinase II in LTP and learning. Science 1998, 279:870-873.
13. Trevor G Smart: Regulation of excitatory and inhibitory neurotransmitter-gated ion channels by protein phosphorylation. Current Opinion in Neurobiology 1997, 7:358–367
14. Turrigiano GG, Leslie KR, Desai NS, Rutherford LC, Nelson SB: Activity-dependent scaling of quantal amplitude in neocortical neurons. Nature 1998, 391:892-896.
15. Allison DW, Gelfand VI, Spector I, Craig AM: Role of actin in anchoring postsynaptic receptors in cultured hippocampal neurons: differential attachment of NMDA versus AMPA receptors. J Neurosci 1998, 18:2423-2436.
16. Kirsch J, Betz H: Glycine-receptor activation is required for receptor clustering in spinal neurons. Nature 1998, 392:717-720.
17. Fischer M, Kaech S, Knutti D, Matus A: Rapid actin-based plasticity in dendritic spines. Neuron 1998, 20:847-854.
18. Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Muller RV: Abolition of long-term stability of new place cell maps by NMDA receptor blockade. Science 1998, 280:2121-2126.
19. Flint AC, Liu X, Kriegstein AR: Nonsynaptic glycine receptor activation during early neo-cortical development. Neuron 1998, 20:43-53.
20. Jochen Kuhse, Heinrich Betz, Joachim Kirsch: The inhibitory glycine receptor: architecture, synaptic localization and molecular pathology of a postsynaptic ion-channel complex Current Opinion in Neurobiology 1995, 5:318-323.
21. Uriel Heresco-Levy, MD; Daniel C. Javitt, MD, PhD; Marina Ermilov, MD; Clara Mordel, MD; Gail Silipo, MA; Michael Lichtenstein, MA: Efficacy of High-Dose Glycine in the Treatment of Enduring Negative Symptoms of Schizophrenia. Arch Gen Psychiatry. 1999;56:29-36
22. Experimental Gerontology, 29:55-66:1994
23. Rosenzweig MR, Bennett EL, Diamond MC: Chemical and anatomical plasticity of brain: replications and extentions. In Macromolecules and Behavior. Edited by Gaito J. New York: Appleton-Century-Croits; 1972:205-278.
24. Volkmar FR, Greenough WT: Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science 1972, 176:1445-1447.
25. Turner AM, Greenough WT: Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res 1985, 329:195-203.
26. Panteliadis ChP, Darras BT: Encyclopaedia of paediatric neurology. Theory and Practice. 1999, 23.