Neuropeptida ialah pengutus kimia yang terdiri daripada rantaian kecil asid amino yang disintesis dan dikeluarkan oleh neuron. Neuropeptida biasanya mengikat reseptor gandingan protein G (GPCR) untuk memodulasi aktiviti saraf dan tisu lain seperti usus, otot dan jantung.
Terdapat lebih 100 neuropeptida yang diketahui, mewakili kelas molekul isyarat terbesar dan paling pelbagai dalam sistem saraf. Neuropeptida disintesis daripada protein pelopr besar yang dibelah dan diproses selepas translasi, kemudian dibungkus menjadi vesikel teras yang padat. Neuropeptida sering dikeluarkan bersama dengan neuropeptida dan neurotransmiter lain dalam satu neuron, menghasilkan pelbagai kesan. Setelah dilepaskan, neuropeptida boleh meresap secara meluas untuk menjejaskan julat sasaran yang luas.
Sintesis
Neuropeptida disintesis daripada protein pelopor besar dan tidak aktif yang dipanggil prepropeptida.[1] Prepropeptida mengandungi urutan keluarga peptida yang berbeza, dan selalunya mengandungi salinan berulang peptida sama, bergantung kepada organisma.[2] Sebagai tambahan kepada jujukan peptida pelopor, prepropeptida juga mengandungi peptida isyarat, peptida perantara dan tapak belahan.[3] Urutan peptida isyarat membimbing protein ke laluan rembesan, bermula di retikulum endoplasma. Urutan peptida isyarat dikeluarkan dalam retikulum endoplasma, menghasilkan propeptida. Propeptida bergerak ke jasad Golgi, di mana ia dibelah secara proteolitik dan diproses menjadi pelbagai peptida. Peptida dibungkus ke dalam vesikel teras padat, di mana pembelahan dan pemprosesan selanjutnya, seperti pengamidaan terminal-C, boleh berlaku. Vesikel teras padat diangkut ke seluruh neuron dan boleh melepaskan peptida pada celah sinaps, badan sel, dan sepanjang akson.[1][4][5][6]
Mekanisma
Neuropeptida dikeluarkan oleh vesikel teras padat selepas penyahkutuban sel. Berbanding dengan isyarat neurotransmiter klasik, isyarat neuropeptida adalah lebih sensitif. Perkaitan reseptor neuropeptida berada dalam julat nanomol ke mikromol, manakala pertalian neurotransmiter berada dalam julat mikromol ke milimol. Selain itu, vesikel teras padat mengandungi sejumlah kecil neuropeptida (3 - 10mM) berbanding vesikel sinaps yang mengandungi neurotransmiter (cth: 100 mM untuk asetilkolina).[7] Bukti menunjukkan bahawa neuropeptida dilepaskan selepas tembakan atau letupan frekuensi tinggi, membezakan vesikel teras padat daripada pelepasan vesikel sinaps.[4] Neuropeptida menggunakan penghantaran padu, dan tidak diambil semula dengan cepat, membenarkan resapan merentasi kawasan luas (nm hingga mm) untuk mencapai sasaran. Hampir semua neuropeptida mengikat kepada GPCR, mendorong lata utusan kedua untuk memodulasi aktiviti saraf pada skala masa yang panjang.[1][4][5]
Ekspresi neuropeptida dalam sistem saraf adalah pelbagai. Neuropeptida sering dikeluarkan bersama dengan neuropeptida dan neurotransmiter lain, menghasilkan kepelbagaian kesan bergantung pada gabungan pelepasan.[5][8] Sebagai contoh, peptida usus vasoaktif biasanya dikeluarkan bersama dengan asetilkolina.[9] Pelepasan neuropeptida juga boleh terkhusus. Dalam larva Drosophila, sebagai contoh, hormon eklosi dijelaskan hanya dalam dua neuron.[6]
Penemuan
Neuropeptida pertama, Bahan P, ditemui oleh Ulf von Euler dan John Gaddum pada tahun 1931.[4][10] Pada awal 1900-an, utusan kimia telah diekstrak secara kasar daripada keseluruhan otak dan tisu haiwan dan dikaji kesan fisiologinya. Dalam usaha untuk mengasingkan dan mengkaji asetilkolina, von Euler dan Gaddum membuat ekstrak serbuk mentah dari seluruh otak dan usus kuda dan mendapati bahawa ia menyebabkan pengecutan otot dan tekanan darah menurun. Kesannya tidak dimansuhkan oleh atropin, dan oleh itu, tidak boleh dikaitkan dengan asetilkolin semata-mata.[10][11] Bahan P pertama kali diasingkan dan dijujukkan pada 1971 oleh Michael Chang dan Susan Leeman, mendedahkan susunan 11 asid amino rantainya.[11] Kaedah yang sama digunakan untuk mengenal pasti neuropeptida lain pada awal 1950-an, seperti vasopresin dan oksitosin.[12][13]
Dalam serangga, proktolin ialah neuropeptida pertama yang diasingkan dan dijujukkan.[14][15] Pada tahun 1975, Alvin Starratt dan Brian Brown mengekstrak pentapeptida daripada otot lipas dan mendapati penggunaannya meningkatkan pengecutan otot. Walaupun Starratt dan Brown pada mulanya menganggap proktolin sebagai neurotransmiter rangsangan, ia kemudiannya disahkan sebagai peptida neuromodulator.[16]
Sasaran reseptor
Kebanyakan neuropeptida bertindak pada reseptor bergandingan protein G (GPCR). Neuropeptida-GPCR dibahagikan kepada dua keluarga: kelas seperti rodopsin dan kelas sekretin.[17] Kebanyakan peptida mengaktifkan GPCR tunggal, manakala beberapa mengaktifkan berbilang GPCR (cth AstA, AstC, DTK).[8] Hubungan pengikatan peptida-GPCR sangat dipelihara merentas alam haiwan. Selain daripada hubungan struktur dipelihara, beberapa fungsi peptida-GPCR juga dipelihara di seluruh alam haiwan. Sebagai contoh, isyarat neuropeptida F/neuropeptida Y dipelihara secara struktur dan berfungsi antara serangga dan mamalia.[8]
Walaupun peptida kebanyakannya mensasarkan reseptor metabotropik, terdapat beberapa bukti bahawa neuropeptida mengikat kepada sasaran reseptor lain. Saluran ion berpagar peptida (saluran natrium berpagar FMRF-amida) telah ditemui dalam siput dan hidra. [18] Contoh lain sasaran bukan GPCR termasuk: peptida seperti insulin dan reseptor kinase tirosina dalam Drosophila dan peptida natriuretik atrium, dan hormon eklosi dengan reseptor guanilil siklase terikat membran dalam mamalia dan serangga.[19]
Tindakan
Neuropeptida adalah utusan kimia yang sangat kuno dan sangat pelbagai. Malah, plakozoa seperti Trichoplax, haiwan yang sangat ringkas yang belum mempunyai neuron, menggunakan peptida untuk komunikasi sel-ke-sel dengan cara yang serupa dengan neuropeptida haiwan yang lebih kompleks.
Oleh kerana sifat modulasi dan penyebarannya, neuropeptida boleh bertindak pada pelbagai masa dan skala ruang. Berikut adalah beberapa contoh tindakan neuropeptida:
Pelepasan bersama
Neuropeptida sering dikeluarkan bersama dengan neurotransmitter dan neuropeptida lain untuk memodulasi aktiviti sinaptik. Vesikel sinaps dan vesikel teras padat boleh mempunyai sifat pengaktifan pembezaan untuk pembebasan, menghasilkan gabungan pelepasan yang bergantung kepada konteks.[20][21][22] Sebagai contoh, neuron motor serangga adalah glutamatergik dan sesetengahnya mengandungi vesikel teras padat dengan proktolin. Dalam pengaktifan frekuensi rendah, hanya glutamat dibebaskan, menghasilkan pengujaan otot yang cepat dan pantas. Walau bagaimanapun, dalam pengaktifan frekuensi tinggi, vesikel teras padat melepaskan proktolin, mendorong penguncupan yang berpanjangan.[23] Oleh itu, pelepasan neuropeptida boleh diperhalusi untuk memodulasi aktiviti sinaptik dalam konteks tertentu.
Sesetengah kawasan sistem saraf dikhususkan untuk melepaskan set peptida yang tersendiri. Contohnya, hipotalamus dan kelenjar pituitari mengeluarkan peptida (cth. TRH, GnRH, CRH, SST) yang bertindak sebagai hormon.[24][25] Dalam satu subpoplasi nukleus arkuat hipotalamus, tiga peptida anorektik diekspresikan bersama: hormon penstimulasi α-melanosit (α-MSH), peptida seperti galanin, dan transkrip terkawal kokain dan amfetamina (CART), dan dalam subpopulasi lain dua peptida oreksigenik diekspresikan bersama: neuropeptida Y dan peptida berkaitan agouti (AGRP).[26] Peptida ini semuanya dikeluarkan dalam kombinasi yang berbeza untuk memberi isyarat kelaparan dan isyarat kenyang.[27]
Berikut ialah senarai peptida neuroaktif yang dikeluarkan bersama dengan neurotransmitter lain. Nama transmiter ditunjukkan dalam huruf tebal.
Norepinefrina (noradrenalin). Dalam neuron kumpulan sel A2 dalam nukleus saluran solitari), norepinefrina wujud bersama:
- Somatostatin (dalam hipokampus)
- Kolesistokinin
- Neuropeptida Y (dalam nukleus arkuat)
Epinefrina (adrenalin)
Serotonin (5-HT)
Sesetengah neuron menghasilkan beberapa peptida yang berbeza. Sebagai contoh, vasopresin wujud bersama dengan dinorfin dan galanin dalam neuron magnoselular nukleus supraoptik dan nukleus paraventrikular, dan dengan CRF (dalam neuron parvoselular nukleus paraventrikular).
Oksitosin dalam nukleus supraoptik wujud bersama enkefalin, dinorfin, transkrip terkawal kokain dan amphetamine (CART) dan kolesistokinin.
Evolusi isyarat neuropeptida
Peptida ialah sistem isyarat purba yang terdapat pada hampir semua haiwan di Bumi (kecuali span).[28][29] Penjujukan genom mendedahkan bukti gen neuropeptida dalam Cnidaria, Ctenophora, dan Placozoa, beberapa haiwan hidup tertua dengan sistem saraf atau tisu seperti saraf.[30][31][32][33] Kajian terbaru juga menunjukkan bukti genomik jentera pemprosesan neuropeptida dalam metazoa dan koanoflagelat, menunjukkan bahawa isyarat neuropeptida mungkin mendahului perkembangan tisu saraf.[34] Selain itu, isyarat saraf Ctenophora dan Placozoa adalah peptidergik sepenuhnya dan tidak mempunyai neurotransmiter amina utama seperti asetilkolina, dopamina dan serotonin.[35][28] Ini juga menunjukkan bahawa isyarat neuropeptida berkembang sebelum neurotransmiter amina.
Contoh
Isyarat peptida memainkan peranan dalam pemprosesan maklumat yang berbeza daripada neurotransmiter konvensional, dan kebanyakannya nampaknya dikaitkan terutamanya dengan tingkah laku tertentu. Sebagai contoh, oksitosin dan vasopresin mempunyai kesan yang ketara dan khusus terhadap tingkah laku sosial, termasuk tingkah laku keibuan dan hubungan pasangan. CCAP mempunyai beberapa fungsi termasuk mengawal kadar denyutan jantung, alatostatin dan proktolin mengawal pengambilan dan pertumbuhan makanan, bursikon mengawal penyamakan kutikula dan korazonin mempunyai peranan dalam pigmentasi dan penyalinan kutikula.
Rujukan
- ^ a b c Mains RE, Eipper BA (1999). "The Neuropeptides". Basic Neurochemistry (ed. 6th). Lippincott-Raven. ISBN 978-0-397-51820-3.
- ^ "Evolution of neuropeptide signalling systems". The Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 3): jeb151092. February 2018. doi:10.1242/jeb.151092. PMC 5818035. PMID 29440283.
- ^ "nEUROSTRESSPEP: Insect Neuropeptides". www.neurostresspep.eu. Dicapai pada 2021-08-25.
- ^ a b c d "Neuropeptides: opportunities for drug discovery". The Lancet. Neurology. 2 (8): 463–472. August 2003. doi:10.1016/S1474-4422(03)00482-4. PMID 12878434.
- ^ a b c "Overview of Neuropeptides: Awakening the Senses?". Headache. 57 (Suppl 2): 37–46. May 2017. doi:10.1111/head.13084. PMC 5424629. PMID 28485842.
- ^ a b "Recent advances in neuropeptide signaling in Drosophila, from genes to physiology and behavior". Progress in Neurobiology. 179: 101607. August 2019. doi:10.1016/j.pneurobio.2019.02.003. PMID 30905728.
- ^ Mains RE, Eipper BA (1999). "The Neuropeptides". Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. 6th edition (dalam bahasa Inggeris).
- ^ a b c "Drosophila neuropeptides in regulation of physiology and behavior". Progress in Neurobiology. 92 (1): 42–104. September 2010. doi:10.1016/j.pneurobio.2010.04.010. PMID 20447440.
- ^ "The cholinergic innervation of the rat cerebral cortex shows two distinct phases in development". Experimental Brain Research. 76 (2): 417–423. July 1989. doi:10.1007/BF00247899. PMID 2767193.
- ^ a b "An unidentified depressor substance in certain tissue extracts". The Journal of Physiology. 72 (1): 74–87. June 1931. doi:10.1113/jphysiol.1931.sp002763. PMC 1403098. PMID 16994201.
- ^ a b "Amino-acid sequence of substance P". Nature. 232 (29): 86–87. July 1971. doi:10.1038/newbio232086a0. PMID 5285346.
- ^ "The sequence of amino acids in oxytocin, with a proposal for the structure of oxytocin". The Journal of Biological Chemistry. 205 (2): 949–957. December 1953. doi:10.1016/S0021-9258(18)49238-1. PMID 13129273.
- ^ "The purification and the amino acid content of vasopressin preparations". The Journal of Biological Chemistry. 191 (1): 21–28. July 1951. doi:10.1016/S0021-9258(18)50947-9. PMID 14850440.
- ^ Lange AB, Orchard I (2006). "Proctolin in Insects". Handbook of Biologically Active Peptides. m/s. 177–181. doi:10.1016/B978-012369442-3/50030-1. ISBN 9780123694423.
- ^ "Structure of the pentapeptide proctolin, a proposed neurotransmitter in insects". Life Sciences. 17 (8): 1253–1256. October 1975. doi:10.1016/0024-3205(75)90134-4. PMID 576.
- ^ Tanaka Y (2016). "Proctolin". Handbook of Hormones. doi:10.1016/B978-0-12-801028-0.00067-2. ISBN 9780128010280.
- ^ "Drosophila melanogaster G protein-coupled receptors". The Journal of Cell Biology. 150 (2): F83–F88. July 2000. doi:10.1083/jcb.150.2.f83. PMC 2180217. PMID 10908591.
- ^ "Three homologous subunits form a high affinity peptide-gated ion channel in Hydra". The Journal of Biological Chemistry. 285 (16): 11958–11965. April 2010. doi:10.1074/jbc.M109.059998. PMC 2852933. PMID 20159980. Unknown parameter
|displayauthors=ignored (bantuan) - ^ "Receptor guanylyl cyclases in Inka cells targeted by eclosion hormone". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (32): 13371–13376. August 2009. Bibcode:2009PNAS..10613371C. doi:10.1073/pnas.0812593106. PMC 2726410. PMID 19666575.
- ^ "Substrates for Neuronal Cotransmission With Neuropeptides and Small Molecule Neurotransmitters in Drosophila". Frontiers in Cellular Neuroscience. 12: 83. 2018-03-23. doi:10.3389/fncel.2018.00083. PMC 5885757. PMID 29651236.
- ^ "Neuropeptide transmission in brain circuits". Neuron. 76 (1): 98–115. October 2012. doi:10.1016/j.neuron.2012.09.014. PMC 3918222. PMID 23040809.
- ^ "The roles of co-transmission in neural network modulation". Trends in Neurosciences (dalam bahasa English). 24 (3): 146–154. March 2001. doi:10.1016/S0166-2236(00)01723-9. PMID 11182454.CS1 maint: unrecognized language (link)
- ^ "Peptide cotransmitter at a neuromuscular junction". Science. 221 (4607): 286–289. July 1983. Bibcode:1983Sci...221..286A. doi:10.1126/science.6134339. PMID 6134339.
- ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1977". NobelPrize.org (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-12-15.
- ^ "Hypothalamic regulatory peptides and their receptors: cytochemical studies of their role in regulation at the adenohypophyseal level". Journal of Electron Microscopy Technique. 19 (1): 21–41. September 1991. doi:10.1002/jemt.1060190104. PMID 1660066.
- ^ "CART neurons in the arcuate nucleus and lateral hypothalamic area exert differential controls on energy homeostasis". Molecular Metabolism. 7: 102–118. January 2018. doi:10.1016/j.molmet.2017.10.015. PMC 5784325. PMID 29146410.
- ^ "Anorectic brainstem peptides: more pieces to the puzzle". Trends in Endocrinology and Metabolism. 14 (2): 60–65. March 2003. doi:10.1016/S1043-2760(02)00033-4. PMID 12591175.
- ^ a b "Neuropeptides as Regulators of Behavior in Insects". Annual Review of Entomology. 62: 35–52. January 2017. doi:10.1146/annurev-ento-031616-035500. PMID 27813667.
- ^ "The chemical brain hypothesis for the origin of nervous systems". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 376 (1821): 20190761. March 2021. doi:10.1098/rstb.2019.0761. PMC 7935135. PMID 33550946.
- ^ "Neuropeptide repertoire and 3D anatomy of the ctenophore nervous system". Current Biology. 31 (23): 5274–5285.e6. December 2021. doi:10.1016/j.cub.2021.09.005. PMID 34587474 Check
|pmid=value (bantuan). Unknown parameter|displayauthors=ignored (bantuan) - ^ "Insight into the molecular and functional diversity of cnidarian neuropeptides". International Journal of Molecular Sciences. 16 (2): 2610–2625. January 2015. doi:10.3390/ijms16022610. PMC 4346854. PMID 25625515.
- ^ "Molecular evolution of peptidergic signaling systems in bilaterians". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (22): E2028–E2037. May 2013. Bibcode:2013PNAS..110E2028M. doi:10.1073/pnas.1219956110. PMC 3670399. PMID 23671109.
- ^ "Evolution of neuropeptide signalling systems". The Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 3): jeb151092. February 2018. doi:10.1242/jeb.151092. PMC 5818035. PMID 29440283.
- ^ "Premetazoan Origin of Neuropeptide Signaling". Molecular Biology and Evolution. 39 (4): msac051. April 2022. doi:10.1093/molbev/msac051. PMC 9004410 Check
|pmc=value (bantuan). PMID 35277960 Check|pmid=value (bantuan). - ^ "High Cell Diversity and Complex Peptidergic Signaling Underlie Placozoan Behavior". Current Biology. 28 (21): 3495–3501.e2. November 2018. doi:10.1016/j.cub.2018.08.067. PMID 30344118. Unknown parameter
|displayauthors=ignored (bantuan)