Michalik J – pobierz
Transkrypt
Michalik J – pobierz
Owadzi hormon juwenilny. Synteza, degradacja oraz oddziaływanie na poziomie komórkowym i tkankowym Insect juvenile hormone. Synthesis, degradation and interaction on the cell and tissue level JOANNA MICHALIK1 Spis treści: I. W stęp I. W stęp II. B iosynteza i poziom J H w tkankach ow adzich III. S zlak i biosyntezy J H I I I -l. Szlak seskwiterpenoidowy biosyntezy J H III III-2. Szlak hom oizoprenoidowy III-3. Enzym y biosyntezy J H III-3.1. R eduktaza H M G -C o A III-3.2. E poksydaza (m onooksygenaza) III-3.3. o-m etylotransferaza IV. M etab olizm J H i produkty jego degradacji IV -1. H ydratacja reszty epoksydowej IV -2. H ydroliza estru IV -3. U tlenianie V. R ola J H w regulacji funkcji kom órkow ych V - l. Tkanki w rozwoju osobniczym V -2. D iapauza V -3. M etabolity V -4. M echanizm działania na poziom ie kom órkow ym H o rm o n ju w en iln y , ja k o je d e n z g łó w n y ch re g u la to ró w trze ch zasa d n icz y ch p ro cesó w w ro z w o ju o w a dów : ró ż n ico w an ia, m orfo g en ezy i w zro stu , sk u p ia uw agę b a d a c z y ró w n ież z p ra k ty c z n e g o p u n k tu w idze nia. S p o śró d 3 m ilio n ó w g a tu n k ó w o w a d ó w żyjących n a ziem i, o k o ło 0,1 % sta n o w ią sz k o d n ik i ro ślin u p ra w ny ch i d rz e w o sta n ó w , a ta k ż e nosiciele c h o ró b zw ierząt i ludzi. S tra ty żyw nościow e w ynikłe z niszczycielskiej d z iałaln o śc i o w ad ó w sięgają 2 0 % św iato w y ch z b io ró w C ontents: I. Introduction II. J H biosynthesis and J H level in insect tissues III. B iosynthetic pathways o f J H s I I I -l. Sesquiterpenoid pathway o f J H III synthesis III-2. H om o-isoprenoid pathway III-3. E nzym es o f J H biosynthesis III-3.1. H M G -C o A reductase III-3.2. E poxidase (m on ooxygen ase) III-3.3. o-m ethyl transferase IV. J H m etabolism and its degradation products IV -1. E poxide residue hydratation IV -2. Ester hydrolysis IV -3. O xidation V. J H as a regulator o f cell function V - l. T issue in developm ent V -2. D iapause V -3. M etabolites V -4. M echanism o f action on the cell level W yk az stosow anych skrótów: JH — horm on juwenilny; CA — corpora allata; RIA — test radioimmunologiczny; G C-M S — spektroskopia masowa sprzężona z chrom ato grafią gazową; HM G-CoA — 3-hydroksy-3-metyloglutarylo koenzym A; HEG-CoA-3-hydroksy-3-etyloglutarylo koen zym A; F P P — pirofosforan farnezylu; SAM — S-adenozylo metionina. 1 Dr, Zakład Biochemii Porównawczej, Instytut Biochemii i Biofizyki, PAN, Rakowiecka 36, 02-532 W arszawa 172 [1 ]. Z n a jo m o ść m e ch a n izm ó w k o n tro lu ją c y c h rozw ój o w a d a n a p o zio m ie k o m ó rk o w y m i tk a n k o w y m s ta n o wi szansę skutecznej w alki ze szk o d n ik a m i. N e g a ty w n e n a stę p stw a sto so w a n ia sy n tety czn y ch in sek ty cy d ó w sk ła n ia ją d o p o sz u k iw a n ia in n y ch re g u la to ró w p o p u lacji szk o d liw y ch o w ad ó w . Z a sto so w a n ie h o rm o n ó w w zro sto w y ch , głów nie a n a lo g ó w h o rm o n ó w ju w e n ilnych o w ysokiej selektyw ności g a tu n k o w e j i n ie to k sycznych d la zw ierząt i ludzi sta n o w i in n e pod ejście m eto d y c zn e d o p ró b w p ły w a n ia n a liczeb n o ść p o p u la cji o w a d ó w szk o d liw y ch i p aso ży tn iczy ch . H o rm o n y ju w e n iln e (JH ) w y stęp u jące u o w a d ó w w y o d rę b n io n o i sc h a ra k te ry z o w a n o ja k o zw iązki o c h a ra k te rz e sesk w iterp en ó w . P o ja w ia ją się w p ra w dzie sp o ra d y c z n e d o n iesien ia o ich o b ec n o śc i u s k o ru p ia k ó w [2 ] czy ro ślin [3 ], lecz ich z n aczen ie i funkcje p o z o sta ją n iew yjaśnione. O p isa n o pięć h o m o lo g ó w h o rm o n ó w ju w en iln y ch : JH I (C 18JH ). JH II (C 17JH ), J H III (C 16JH ), J H 0 o ra z 4 -m e ty lo -JH I (izo- JH 0), p rz e d sta w io n y c h n a rycinie 1. T rzy pierw sze form y sy n te ty z o w a n e w cor por a allata o w ad ó w w y stę p u ją w sta d iu m larw y, p o c z w a rk i i im a go, n a to m ia s t dw ie o sta tn ie w y izo lo w an o o s ta tn io z z a ro d k ó w M . sexta. II. B iosyn teza i poziom J H w tkankach ow adzich P ierw sze b a d a n ia in vivo n a d b io sy n te z ą JH p rz e p ro w a d z o n o n a p o c z ą tk u la t sied em d ziesiąty ch , w strz y k u ją c ra d io a k ty w n e p re k u rs o ry d o ro sły m sam i- http://rcin.org.pl POSTĘPY BIOCHEMII 3 7 (3 -4 ), 1991 com H. cecropia. U z y sk a n o tą d ro g ą cenne in fo rm acje n a te m a t b iogenezy m etylow ej g ru p y e stru J H . D o św iadczenia in vivo n a strę c z a ją je d n a k k ło p o ty ze w zględu n a b a rd z o m a łą w ielkość CA w s to s u n k u d o ciała o w ad a. U sam icy M . se x ta p ro p o rc ja ta k sz ta łtu je się ja k 1:250000, co u tru d n ia u zy sk an ie r a d io a k ty w nego p ro d u k tu p rzy p o d a n iu p re k u rs o ró w z n a k o w a nych [ 3H ] lu b [ 14C ] [4 ]. P o n a d to p o d a n y s u b s tra t je st w y k o rz y sty w a n y w in n y c h szlak ach , z a ró w n o a n a b o li cznych ja k i k a ta b o lic z n y c h , co p o w ażn ie k o m p lik u je in te rp re ta c ję w yników . Pierw sze b a d a n ia n a d b io sy n te z ą JH in vitro p rz e p ro w a d z o n o an a lo g ic z n ie d o d o św iad czeń in vivo. B adacze sto so w ali d łu g ie czasy in k u b a c ji C A , w y izo lo w anych z d o ro słej sam icy M . sexta , w o b ecn o ści m etio n in y , z n a k o w a n e j w g ru p ie m etylow ej. W y k a z a no w ten sp o só b sy ntezę JH III o ra z JH II. W d alszy ch b a d a n ia c h w y k o rz y sta n o tech n ik i in vitro d o b a d a n ia syntezy J H u S. gregoriana i w k ró tc e u d o s k o n a lo n a m e to d a ra d io c h e m ic z n a p o słu ży ła d o b a d a n ia zależ ności m ięd zy sy n te z ą JH a w zro stem o o c y tu [5 ], o ra z d y n a m ik i u w a ln ia n ia JH d o hem olim fy, ja k ró w n ież zależności m iędzy w ielk o ścią CA a sy n te z ą JH [6 ]. T e c h n ik a b a d a ń in vitro s to so w a n a je st p o w szech n ie d o b a d a n ia syntezy J H u ró żn y ch o w a d ó w w ró żn y ch sta d ia c h ro zw o ju . Z a sto so w a n ie k ró tk ic h czasó w in k u b ac ji in vitro um o żliw iło w y o d rę b n ie n ie i id e n ty fik a cję zw iązk ó w p o śre d n ic h szlak ó w b io sy n tezy JH [7 ]. J H o b e c n y je st u o w a d ó w w w iększości o k resó w sta d ió w larw aln y ch . Z reguły stężen ia J H w p o c z ą t k o w y m o k re sie s ta d iu m la rw a ln e g o są w yższe niż w k o ń co w ej fazie te g o sam eg o sta d iu m , n a to m ia s t w o s ta tn im o k resie sta d iu m la rw a ln e g o JH z a n ik a zu p ełn ie, co u m o żliw ia m etam o rfo zę. W tra k c ie ro z w o ju o so b n ic z e g o o b serw u je się z a ró w n o zm ian y ilościow e, ja k i ja k o śc io w e ; tzn. z a ró w n o zm ian y b e z w zg lęd n eg o stężen ia J H , ja k i z m ia n y w ilości ró ż n y c h h o m o lo g ó w JH w zględem siebie. Z a o b s e r w o w a n o zn aczn e ró żn ice (p o n a d d w a rzęd y w ielkości) w b ezw zględ n y m stężen iu k rą ż ą c eg o h o r m o n u w ciele ró ż n y c h o w a d ó w w ta k im sam y m s ta d iu m ro zw o ju [ 8]. Stężenie h o rm o n u o k reślić m o ż n a je d n ą z trzech m e to d . Są to: — m e to d a testu b io lo g iczn eg o [9 ] — m e to d a ra d io im m u n o lo g ic z n a (R IA ), [1 0 ] — s p e k tro sk o p ia m a so w a sp rz ę ż o n a z c h r o m a to grafią g azo w ą (G C -M S ), [1 1 ] D a n e d o ty c z ą c e m ia n a JH , u z y sk a n e p rzy użyciu ró ż n y c h m e to d w y k a z u ją z a d a w a la ją c ą zg o d n o ść: np. w p rz y p a d k u z a sto so w a n ia m e to d y te s tu b io lo g icz n e g o i m e to d y G C -M S u N . cineraria [1 2 ] o ra z m e to d y R IA i m e to d y G C -M S u L. decem lineata [1 3 ]. W in n y c h p rz y p a d k a c h , ja k u G. m ellonella d a n e d o ty czące p o z io m u JH w y k a z u ją znaczn e ro z b ie ż n o śc i [9, 14]. POSTĘPY BIOCHEMII 3 7 (3 -4 ), 1991 0 ^ J H I ( C 18JH) ) / J H I I ( C 17JH) / J H 0 ) o 4 - M e t y lo JH 0^ Ryc. 1 H om ologi horm onów u ow adów . juw enilnych, (izo - JH 0) zidentyfikow anych III. Szlaki biosyntezy J H W ia d o m o , że corpora allata są je d y n y m o rg a n e m ow ad zim sy n te ty zu jąc y m JH i że sy n tez a teg o h o r m o n u p rzeb ieg a p o d k o n tro lą z a ró w n o h u m o ra ln ą ja k i nerw ow ą. B ad an ie szlaków b io sy n te zy h o rm o n ó w ju w en iln y ch o p a rto n a śledzeniu losów z n a k o w a n y c h p re k u rso ró w i identyfikacji p r o d u k tó w p o śre d n ic h w u k ła d a c h in vivo ja k ró w nież in vitro w w y iz o lo w a nych g ru c zo ła ch CA. JH III sy n tety zo w an y je st w sz lak u sy n tezy sesk w iterp en ó w z o c ta n u ja k o p re k u rs o ra i z je d n o s tk ą iz o p re n o id o w ą ja k o sta d iu m p o śre d n im , w y k o rzy s ty w an ą ta k że w szlak u syntezy JH II i JH I. Szkielet w ęglow y w yższych ho m o lo g ó w : JH II i JH I z a w ie ra ją cych etylow e g ru p y boczne, d o łą c z o n e d o g łów nego ła ń c u c h a p o w staje z o c ta n u i p ro p io n ia n u , tw o rz ą c w sta d iu m p o śre d n im je d n o stk ę h o m o iz o p re n o id o w ą , d a ją c ą w k o m b in a c ji po łączeń je d n o s te k iz o p re n o id o w ych i h o m o iz o p re n o id o w y c h JH 0, J H I o ra z JH II. N ie u d a ło się n a to m ia st w ykazać w C A sy n te ty z u ją cych JH III syntezy in nych form h o rm o n u p o p o d a n iu p re k u rso ró w JH I i JH II [8 ]. III-l. Szlak seskwiterpenoidowy biosyntezy JH III S y nteza ła ń c u c h a w ęglow ego JH III p rzeb ieg a w e dług sc h e m a tu o p isa n eg o w p rz y p a d k u sy ntezy sesk w ite rp e n ó w u kręgow ców . K o n d e n sa c ja trzec h je d n o stek C 2 (o ctan u ) p ro w ad zi d o p o w sta n ia je d n o s tk i http://rcin.org.pl 173 O c ta n A c e t y lo K o A M e w a lo n ia n P P g e r a n y lu ’10 PP A c e t o a c e t y lo KoA iz o p e n t e n y lu P P fa rn e z y lu P P d w u m e t y lo a llilu JH I I I 15 Ryc. 2 Szlak seskw iterpenow y biosyntezy JH III. H M G KoA — 3-hydroksy-3-m etyloglutarylo koenzym A, P P — pirofosforan. C 6:3 h y d ro k sy -3 -m e ty lo g lu ta ry lo koenzym u A (H M G -C o A ). F o sfo ry la c ja a n a stę p n ie d e k a rb o k s y la cja p o p rz e d z a p o w sta n ie je d n o s tk i C 5, p iro fo sfo ra n u izo p e n te n y lu , k tó r a p o p rz e z ciąg reak cji tw o rz y pięciow ęg lo w ą je d n o s tk ę iz o p re n o id o w ą . K o n d e n s a c ja trz e c h je d n o s te k C 5 p ro w a d z i d o p o w s ta n ia p iro fo s fo ra n u fa rn e z y lu C 15 (F P P ). F P P -c y k lic z n y sesk w iterp e n o id je s t zw iązk iem p o śre d n im sz la k u b io sy n tez y c h o le ste ro lu i in n y ch stero li, se sk w ite rp e n ó w i tró jte rp e n ó w [1 5 ]. U o w ad ó w , p o z b a w io n y c h z d o ln o śc i b io sy n te z y c h o le ste ro lu , F P P je s t zw iązk iem p o ś re d n im sy n tezy h o rm o n ó w ju w en iln y ch . J e d n a k b o czn e g ru p y ety lo w e szk ieletu w ęglow ego, w y stęp u jące w JH II, J H I, J H 0 i 4 -m ety lo JH I (izo J H 0), ja k ró w n ież g ru p a m e ty lo w a w pozycji 4 o sta tn ie g o e n en c jo m e ru , są n ie sp o ty k a n e w z n a n y c h sz la k a c h b io sy n tezy. III-2. Szlak homoizoprenoidowy W b a d a n ia c h in vitro w y k a z a n o w łączanie [ 14C ]p ro p io n ia n u d o JH II u M . sexta , n a to m ia s t Ryc. 3 Szlak h o m oizoprenoidow y syntezy horm onów juw enilnych. H M G K oA — 3-hydroksy-3-m etyloglutarylo koenzym A, H E G K oA — 3-hydroksy-3-etyloglutarylo koenzym A. M ev — m ew alonian, H M ev — hom om ew alonian. Cyfram i o z n a czono ilość jed n o stek biorących udział w syntezie różnych pro d u k tó w . Octan (C2) HMG K o A [ 14C ] o c ta n i [ 14C ]m e w a lo n ia n w b u d o w y w ał się w JH II i J H III. C h o c ia ż nie u d o w o d n io n o w ów czas, że bo czn y ła ń c u c h JH II p o c h o d z i z p ro p io n ia n u , to dalsze b a d a n ia w ykazały, że ta k je st isto tn ie. P rzy jm u je się obecnie, iż JH II p o w staje z d w ó c h je d n o s te k iz o p re n o id o w y c h i je d n ej h o m o iz o p re n o id o w e j, n a to m iast JH I z d w ó ch je d n o ste k h o m o iz o p re n o id o w y c h i je d n ej iz o p ren o id o w ej (Ryc. 3). O sta tn ie reak cje sz lak u bio sy n tezy to h y d ro liz a g ru p y p iro fo sfo ran o w ej z F P P , u tlen ia n ie fa rn e zo lu (alk o h o lu ) d o farn ezy lu (ald eh y d u ) i k w asu farn ez o lo w ego; w reszcie estry fik ac ja i e p o k sy d a c ja d o h o rm o n u . K o le jn o ść o sta tn ic h d w ó c h reakcji, w sp ó ln y ch d la w szy stk ich form h o rm o n u , zależy o d ro d z a ju o w ad a. R e i b s t e i n [1 6 ] stw ierdził, że e p o k sy -k w a s JH I i JH III są su b s tra ta m i w reak cji o -m etylacji u M . se x ta (Lepidoptera). O b ie form y kw asó w p rz e k sz ta łco n e z o stały w e stry w o b ecn o ści SA M ja k o d aw cy g ru p y m etylow ej. U O rthoptera i D ictyoptera k o lejn o ść p r o cesów je s t o d w ro tn a — m ety lacja p o p rz e d z a ep o k sydację. W a rto d o d a ć , że C A d o ro sły c h sam có w H. cecropia sy n te ty z u ją i w ydzielają d o hem olim fy JH w form ie k w asu , p o n iew aż nie z aw ie rają o -m e ty lo tra n sferazy. M e ty la c ja p rzeb ieg a o statec zn ie w d o d a tk o w ych g ru c z o ła c h płciow ych [1 6 ]. A k ty w n o ść o-m etylo tra n s te ra z y o b serw u je się sp o ra d y c z n ie p o za CA u n ie k tó ry c h o w ad ó w , np. w p ły tk a c h im ag in aln y ch oczu i sk rzy d eł larw M . se x ta [1 7 ] o ra z G. m ellonella [1 8 ]. HMG KoA lił o g o II 0^0- Propionian(C3) HEG KoA •HMev° ¡z o - J h 0 174 http://rcin.org.pl POSTĘPY BIOCHEMII 37(3-4), 1991 G lu k o za lub o c ta n P re k u rs o r y egzogenne Kw asy tłu szczow e O ctan o k s y d a c ja A c e to a c e ty lo KoA A c e t y lo K o A /^ \\ ^ M etionina NADPH 7 M e w a lo n ia n N C- adenozylo transferaza ^ ATP isómera za ^ P P f a r n e z y lu fosfataza / F a rn e z o l dehydrogenaza^ — NAD F arn eza l dehydrogenaza y mety/o trans feraza K w a s f a m e z o lo w y SAM ÑÁDPÍTÓT ---- --------- JH III Ryc. 4 C iąg reakcji szlaku biosyntezy JH III, zachodzących w cytozolu i endoplazm atycznym retikulum na terenie c o rp o ra a llata, wg. 151, zm odyfikow ane. Egzogenne p rekursory jak glukoza, octan czy kwasy tłuszczow e w nikają do kom órki, d o starczając su b strató w i związków w ysokoenergerycznych, w ytw orzonych w m itochondriach. III-3. Enzymy biosyntezy JH P ra k ty c z n ie w szystkie b a d a n ia n a d en zy m am i z a a n g a ż o w a n y m i w o m a w ia n y cykl p rz e m ia n w y k o n a n o p rz y użyciu z n a k o w a n y c h s u b s tra tó w i k o en zy m ó w . R y cin a 4 o b ra z u je lo k alizację k o m ó rk o w ą reak cji sz la k u bio sy n tezy JH . R e ak c je en zy m ó w , o b ecn y ch we frakcji m ik ro so m a lnej p rz e b ie g a ją w re tik u lu m e n d o p la z m a ty c z n y m , n a to m ia s t p o z o sta łe z a c h o d z ą b ą d ź w o rg a n e lla c h k o m ó rk o w y c h b ą d ź w cy to so lu . Jed y n ie d w a en zy m y szlak u są n iero zp u sz c za ln e : są to re d u k ta z a H M G -C o A o ra z e p o k sy d a z a . POSTĘPY BIOCHEMII 3 7 (3 -4 ), 1991 III-3.1. Reduktaza H M G -C oA E nzym ten b a d a n o szczegółow o u kręg o w có w , z w ła szcza w w ą tro b ie , po n iew aż jest enzym em lim itu jąc y m szy b k o ść b io sy n tezy c h o lestero lu i in n y ch steroli. Jest o n h a m o w a n y zw ro tn ie z a ró w n o przez c h o lestero l, ja k i inne iz o p re n o id y n a p o zio m ie tra n sk ry p c ji m R N A , k o d u ją c e g o re d u k ta z ę [1 9 ]. B a d a n ia n a d re d u k ta z ą H M G -C o A w o w ad zich CA są znaczn ie m niej z a a w a n sow ane. W ia d o m o , że ak ty w n o ść e n zy m u zależy od fosforylacji — defosforylacji [2 0 ], ja k u kręg o w có w . N ie m o ż n a je d n a k stw ierdzić, czy je st o n je d y n y m enzym em lim itu jący m b iosyntezę JH . Z a c h o d z i b o w iem p ra w d o p o d o b ie ń stw o , że re d u k ta z a H M G -C o A re g u lo w a n a je s t przez zw iązki p o śre d n ie k o ń c o w y ch e ta p ó w b io sy n tezy JH . III-3.2. Epoksydaza (m onooksygenaza) U o w ad ó w , p o d o b n ie ja k u kręg o w có w , e p o k sy d a z a zw iąz an a je s t z b ło n a m i re tik u lu m e n d o p la z m a ty c z - http://rcin.org.pl 175 n egó [2 1 ]. W sp ó łd z ia ła o n a z c y to c h ro m e m P -450 i w y m ag a N A D P H ja k o k o e n z y m u . O d z n a c z a się p o n a d to n isk ą specyficznością i o d g ry w a ro lę w to k sycznym d z ia ła n iu p re k o c e n u w C A . P re k o c e n y (p ro d u k ty p o c h o d z e n ia n a tu ra ln e g o w y w o łu jące p rz e d w czesną m etam o rfo zę), in k u b o w a n e in vitro z CA L. m igratoria m o g ą sta n o w ić s u b s tra t z a stęp czy ep o k sy d azy JH [2 2 ]. P o w stające w w y n ik u reakcji p o c h o d ne e p o k sy d o w e p re k o ce n ó w są w ysoce to k sy czn e dla o w a d a — h a m u ją e p o k sy d a z ę o ra z a lk ilu ją inne sk ła d n ik i k o m ó rk i. III-3.3. o-m etylotransferaza M e ty lo w a reszta estru , o b e c n a we w szy stk ich JH , je st u g ru p o w a n ie m rz a d k o s p o ty k a n y m p o śró d p r o d u k tó w n a tu ra ln y c h . D o św ia d c z e n ia in vivo n ad b io sy n te zą JH i p rzy użyciu z n a k o w a n e j g ru p y m etylow ej m ety lo [ 14C ] lu b [ 3H ] m e tio n in y u d o ro sły c h sam ców H . cecropia w y k azały o b e c n o ść p ię tn a je d y n ie w g rupie m etylow ej estru . N ie o b se rw o w a n o ż a d n e g o w łączania ra d io a k ty w n o śc i d o se sk w ite rp e n o w e g o szkieletu w ęg low ego, o -m e ty lo tra n sfe raz a z g ru c z o łu d o d a tk o w e g o sam có w H. cecropia je st en zy m em ro zp u szczaln y m , o b e cn y m w k o m ó rk a c h n a b ło n k a , w ysoce specyficz nym [ 8 ] .o -m e ty lo tra n sfe raz a z CA L. m igratoria w y k a zuje niew ielką specyficzność su b s tra to w ą , w sp ó łd ziała ró w n ież z SA M ja k o k o fa k to re m [2 2 ]. IV . M etab olizm J H i produkty jeg o degrada cji K a ta b o liz m JH zach o d zi w hem olim fie lu b w tk a n k ac h docelo w y ch [23, 24]. O p is a n o d w a g łów ne szlaki d e g ra d a c ji JH : h y d ro lizę e stru o ra z h y d ra ta c ję w iąza n ia e p o k sy d o w eg o . P ro d u k ta m i tych reak cji są o d p o w ie d n io JH -k w a s i JH -d io l, k tó re u le g a ją n a stę p n ie p rz e m ia n o m k a ta b o lic z n y m , sp rz ę g a n e z sia rc z a n am i i w y d a la n e z o rg an izm u . IV -1. Hydratacja reszty epoksydowej O p isa n e d w a m ech an izm y m e ta b o liz m u reszty e p o k sy d o w ej JH : sprzężenie z g lu ta tio n e m o ra z h y d r a ta cję, czyli dołączen ie cząsteczk i w o d y d o reszty e p o k sydow ej z w y tw o rzen iem 1, 2-dioli lu b glikoli. E n zym em k a ta liz u ją c y m o s ta tn ią rea k c ję je s t h y d ro la z a e p o k sy d o w a (E .C .3.3.2.3.), s c h a ra k te ry z o w a n a d o b rz e u ssa k ó w , znaczn ie słabiej u o w a d ó w . W y d aje się że h y d ra ta c ja e p o k sy d u o d g ry w a is to tn ą ro lę w m e ta b o li zm ie JH S. bullata. U Ai. d om estica jej ro la jest p o ró w n y w a ln a z ro lą sz la k u d eestry fik acji, a u M . se x ta je s t o n a m ało is to tn a [2 5 ]. S u b s tra ta m i u ży w a nym i ja k o zw iązki m o d elo w e w b a d a n iu tej ak ty w n o śc i enzy m aty czn ej są: sty ren , 1, 2 -o k sy sty re n , o k te n o ra z ju w e n o id y zaw ierające g ru p ę e p o k sy d o w ą , rzadziej zw iązki n a tu ra ln e — JH czy JH -k w a s. A k ty w n o ść h y d ro la z y epo k sy d o w ej z n a le z io n o w tk a n k a c h o w a 176 dzich we frakcji m ik ro so m a ln e j lub zw iązanej z b ło n a mi. N ie stw ie rd z o n o o b ecn o ści h y d ro lazy e p o k sy d o w e j w hem olim fie, n a to m ia s t o b e cn a jest o n a w ró żn y c h tk a n k a c h o w a d zic h ja k je lito śro d k o w e, ciało tłu sz czow e czy płytki im ag in a ln e [2 6 ]. A k ty w n o ść en zy m u b a d a n o w ro zw o ju o so b n iczy m kilku o w ad ó w . W y d aje się, że w p o c z ą tk o w e j fazie p rzem ian ro lę g łó w n ą o d g ry w a h y d ro liz a e stru JH n a stę p n ie zaś ro lę tę p rzejm u je h y d ro la z a e p o k sy d o w a , p re fe ru ją ca ja k o s u b s tra t J H -k w a s a nie JH [2 7 ]. B rak d a n y c h d o ty c z ą cych oczy szczo n eg o enzy m u u tru d n ia ocenę roli i z n a czenia h y d ro la z y ep o k sy d o w ej w m e ta b o liz m ie JH . IV-2. Hydroliza estru H y d ro liza je st głów nym i najlepiej z b a d a n y m szla kiem d eg rad ac ji JH [28, 29]. E sterazy d e g ra d u ją c e JH lub je g o a n a lo g i w y stęp u ją głów nie w hem olim fie i ciele tłuszczow ym [3 0 ], ch o ć sc h a ra k te ry z o w a n o ró w nież esterazy tk a n k o w e m e tab o liz u jąc e JH [3 1 ]. C ech ą c h a ra k te ry s ty c z n ą e ste ra z JH jest specyficzność s u b s tra to w a , k tó ra zm ien ia p o w in o w ac tw o en zy m u w z a leżności od c h a ra k te ru g ru p y estrow ej o ra z d łu g o ści ła ń c u c h a w ęglow ego su b s tra tu [3 1 ], E sterazy JH o k re ślo n o ja k o „specyficzne”, tj. h y d ro lizujące z a ró w n o w olny JH ja k i zw iązan y z białk iem p rz e n o śn ik o w y m , o ra z „niespecyficzne” — a k ty w n e jed y n ie w obec h o rm o n u w olnego. P o n iew a ż stężenie białek tra n s p o rtu ją c y c h przew yższa w hem olim fie o d w a rzędy w ielkości stężenie h o rm o n u , w y stęp u je o n p ra k ty c z n ie w fo rm ie zw iązanej z białkiem i co za tym idzie m oże być ro z k ła d a n y w yłącznie przez e stera zy specyficzne. IV-3. Utlenianie U w aża się, że u tle n ia n ie JH je st m ało isto tn y m szlakiem k a ta b o lic z n y m [3 1 ]. T ym niem niej w ielo fu n kcy jn a o k sy d a z a m oże o d g ry w a ć p ew n ą rolę w m e ta bolizm ie JH , w p ły w a jąc n a regulację p o z io m u h o r m onu. V. R ola J H w regulacji funkcji kom órkow ych U o w a d ó w tr a n s p o r t h o rm o n ó w z m iejsca sy n tezy d o tk a n e k d o celo w y ch zac h o d z i w hem olim fie p rz y u d ziale b iałek w iążących, k tó re u trz y m u ją ró w n ież o k re ślo n e m ia n o h o rm o n ó w w ró ż n y c h sta n a c h fizjo logicznych. F u n k c je białek w iążących określić m o ż n a n astęp u ją co : — o c h ro n a h o rm o n ó w p rzed en zy m a ty c zn ą d e g ra d acją, — o g ran icz en ie niespecyficznych o d d z ia ły w a ń i niespecyficznego w iązania, — u trz y m y w a n ie o k reślo n ej z a w arto ści h o rm o n u , k tó ry m o że być p o b ie ra n y przez tk a n k i d o c e lo we. http://rcin.org.pl POSTĘPY BIOCHEMII 3 7 (3 -4 ), 1991 Białka w iążące h o rm o n z w ysokim p o w in o w a c tw e m (o M r o k o ło 30000) w y stęp u ją w h em o lim fie o w ad ó w wielu g a tu n k ó w [32, 33]. D ru g ą g ru p ę sta n o w ią lip o p ro te in y (d o m in u ją c a klasa b iałek hem olim fy) 0 M r pow yżej 100 000 [3 4 ]. W y k a z a n o , że k o m p lek s h o rm o n -lip o p ro te in a jest za sa d n ic z ą fo rm ą p rz e n o sz e nia JH [3 5 ], V -l. Tkanki w rozwoju osobniczym H o rm o n ju w e n iln y reguluje wiele zło ż o n y c h zjaw isk fizjologicznych, ta k ic h ja k rozw ój, ro z m n a ż a n ie czy zach o w an ie. JH w pływ a h a m u ją c o n a rozw ój, u trz y m u jąc ściśle o k re ślo n ą d łu g o ść trw a n ia kolejn y ch stad ió w ro zw o jo w y ch o ra z d ia p a u z y . O b o k d z ia ła n ia h a m u ją ce g o , JH sty m u lu je ró w n ież ro zw ó j ja jn ik ó w 1 syntezę w ciele tłuszczow ym w itello g en in [3 6 ] i re g u luje ich w c h ła n ia n ie przez oocyty. JH w p ły w a rów nież na w y tw arz a n ie fero m o n ó w [3 7 ] i sy n tezę b arw n ik ó w . N ajlepiej p o z n a n y m i o p isa n y m zjaw isk iem re g u lo w an y m przez JH je st rozw ój i ró ż n ic o w a n ie k o m ó re k ep id e rm y [3 8 ]. Efekt d z ia ła n ia h o rm o n u w id o czn y je st k r ó tk o p rzed linką, kiedy to k o m ó rk i e p id e rm y tw o rzą n o w ą w arstw ę k u tik u li. U w iększości o w a d ó w h o lo m eta b o licz n y c h , k tó re c h a ra k te ry z u je cykl ro zw o jo w y z p rz e o b ra ż e n ie m zupełnym , o b e c n o ść JH w czasie trw a n ia sta d iu m larw aln eg o p o w o d u je tw o rzen ie k u ti kuli larw a ln e j, p o d czas gdy n ie o b e c n o ść h o rm o n u p ro w a d z i d o w y tw o rzen ia k u tik u li p o c zw ark o w ej. P ły tk i im a g in a ln e — w p u k len ia k o m ó re k ep id erm y, k tó re sta n o w ią zaczątek k u tik u li p o c z w a rk o w ej o ra z d o ro słe g o o w ad a, w sta d iu m la rw a ln y m nie uleg ają ró ż n ic o w a n iu a jed y n ie p o d z ia ło m k o m ó rk o w y m . P rz y jm u je się, że JH o d p o w ie d z ia ln y je st za b ra k ró ż n ic o w a n ia tej tk a n k i w ok resie la rw a ln y m [39]. U p rzed sta w ic iela L epidoptera — B. m ori w gru czo le p rz ę d n y m , k tó ry je st z m o d y fik o w a n y m gru czo łem ślin ia n k o w y m , snucie je d w a b iu k o n tro lo w a n e je st h o r m o n a ln ie [4 0 ]. P o d a n ie JH w p o c z ą tk o w e j fazie o s ta tn ie g o o k resu larw aln eg o p o w o d u je sp o w o ln ien ie p ro c e só w replikacji, tra n sk ry p c ji i tra n sla c ji w gruczo le p rz ę d n y m a w k o nsekw encji w y d łu żen ie sta d iu m la r w a ln e g o i w zrost p ro d u k c ji je d w a b iu o o k o ło 30% . V-2. Diapauza J H o d g ry w a isto tn ą rolę w reg u lacji d ia p a u z y , czyli o k re so w e g o p rz e rw a n ia rozw o ju o so b n ic z e g o o w ad a. D ia p a u z a m oże w ystępo w ać w k a ż d y m ze stad ió w ro z w o jo w y c h ow adów . U D. grandiosella w d ia p a u z ie la rw a ln e j o b se rw o w a n o w ysok ie m ia n o JH w hem o lim fie i a k ty w n o ść g ru c z o łó w sy n tety zu jący ch ten h o rm o n . JH m oże z a p o b ie g a ć d ia p a u z ie p o czw ark o w ej, n a to m ia s t diap a u z ę im a g in a ln ą w yw ołać m o ż n a p rzez usun ięcie CA, sy n te ty z u ją c y c h JH u n ie d ia p a u z u ją c y c h form L. dece m lin ea ta [41]. POSTĘPY BIOCHEMII 37(3-4), 1991 V-3. Metabolity JH w pływ a na m e tab o liz m o d d ech o w y zw iększając w ielo k ro tn ie zużycie tlen u (tzw. h ip erm etab o lizm ). E fekt ten m oże m ieć zw iązek ze z m ia n am i w m e ta b o liz m ie lipidów , szczególnie ich syntezie. O p isa n e funkcje JH o m a w ia n o w w ielu p ra c a c h p rzeglądow ych [4 2 ], je d n a k niew iele w ia d o m o o m e chan izm ie tych efektów , głów nie z p o w o d u tru d n o śc i w in terp re tacji w y n ik ó w b a d a ń in vivo. P o w szech n ie sto so w a n y u k ła d m o d elo w y poleg a n a p o d a n iu b a d a n em u ow ad o w i egzo g en n eg o JH lub je g o a n a lo g u . W ia d o m o je d n a k , że ta k p o d a n y JH w sp ó łd z iałać m oże z innym i h o rm o n a m i ow ad zim i ja k ek d y z o n czy n e u ro h o rm o n y , m o że być ra p to w n ie m e tab o lizo w an y , a tak że m oże d z ia łać ja k o p ro d u k t h a m u jąc y zw ro tn ie w cyklu p rz em ian en d o k ry n a ln y c h . Efekt d z ia ła n ia k aż d eg o h o rm o n u d e te rm in u ją trzy czynniki: — stężenie k rą ż ą c eg o w o rg an izm ie h o rm o n u , tzn. je g o m ian o , — o d d z ia ły w a n ie m iędzy h o rm o n e m a re c e p to ram i k o m ó rk o w y m i, — regulacja przez h o rm o n lub k o m p le k s h o rm o n -re c e p to r p o d sta w o w y c h pro cesó w ta k ic h ja k tra n sk ry p c ja , tra n sla c ja lub inne w k o m ó rk a c h d o c e lo wych. N iew iele ja k n a ra z ie w ia d o m o je st n a te m a t o d działy w ań w y m ien io n y ch w pp. 2 i 3, n a to m ia s t o sta tn ie dziesięciolecie p rzy n io sło wiele inform acji d o ty czący ch syntezy i u w a ln ia n ia JH przez c o rp o ra a lla ta a k ty w n o ści esteraz, d e g rad u ją cy ch JH w h e m o limfie, d o stę p n o śc i białek p rzen o śn ik o w y ch , p o b ie ra n ia h o rm o n u p rzez tk a n k i, k a ta b o liz m u i w ydzielania. V-4. Mechanizm działania na poziomie komór kowym R egulacja przez h o rm o n lub k o m p le k s ho rm o n -re c e p to r p o d sta w o w y c h procesów w k o m ó rk a c h docelow ych n a p o z io m ie tra n sk ry p c ji czy tra n sla c ji nie je st ja sn a . W przeciw ieństw ie d o białek w iążących z hem olim fy, k o m ó rk o w e re ce p to ry JH nie zo stały d o sta tec zn ie sc h a ra k te ry zo w a n e , a ich ro la, lo k a liz a cja, p o d o b n ie ja k m ech an izm d zia ła n ia sam eg o JH p o z o sta ją ciągle w sferze hipotez. O p isa n o b ia łk a o cechach re c e p to ra h o rm o n u w k o m ó rk a c h e m b rio n a ln y c h Drosophila [4 3 ], w k o m ó r kach ep id erm y D. hydei [4 4 ], w ciele tłuszczow ym [45-47] L. m igratoria. C h a ra k te ry z u ją się o ne n isk ą s ta łą d y so c ja c ji (1 0 ~ 7 — 10_ 9 M ) i preferencją o d d z ia ły w an ia z h o m o lo g a m i JH , ch a ra k te ry sty cz n y m i d la fazy ro zw o ju i tk a n e k o w ad ó w , u k tó ry c h w y stępują. Pow yższe in fo rm a cje d o ty c z ą w yłącznie białek cytosolow ych. P o stu lo w a n e m iejsca w iązan ia JH n a terenie ją d r a nie zo stały u d o w o d n io n e . Z p ra c W y a 11 a [4 8 ] w ynika, że sty m u la c ja ciała tłuszczow ego m eto p ren e m , a k ty w n y m an a lo g ie m JH nie ulegającym d eg ra d a cji p o w o d u je syntezę de novo o ra z n a g ro m a d z a n ie w itel- http://rcin.org.pl 177 lo g en in o w eg o m R N A . T a k ż e R i d d i f o r d [4 9 ] o p i sała efekt JH w k o m ó rk a c h ep id erm y su gerujący reg u lację tra n sk ry p c ji specyficznych genów . S c h a ra k te ry z o w a n o ró w n ież k in e ty k ę w iązan ia J H w ją d ra c h k o m ó re k ep id erm y [5 0 ] o ra z b ia łk a ją d ro w e o c h a ra k terze re c e p to ra JH z tej sam ej tk a n k i [5 1 ]. W y su n ię to hip o tezę, że m ech an izm d z ia ła n ia JH m oże być p o d o b n y d o o d d z ia ły w a n ia h o rm o n ó w stery d o w y ch , k tó re w k o m p lek sie h o rm o n -re c e p to r łączą się ze specyficzną sekw encją D N A o b szaru re g u la to ro w e g o , pow yżej g enu o d p o w ia d a ją c e g o na b o d ziec h o rm o n a ln y [5 2 ]. W ją d ra c h k o m ó rk o w y c h ciała tłu szczo w eg o M . b ivitta tu s [5 3 ] stw ierd zo n o w iązan ie z n a k o w a n e g o JH III we frakcji białek, eks tra h u ją c y c h się 0,3 M KC1. P o z o sta łe 7 5 % z n a k o w a n eg o JH III p o z o sta w a ło w o sad zie ją d e r z pew ną ilością h o rm o n u z a a d s o rb o w a n e g o n a b ło n ie ją d ro w e j lub w m a te ria le m ik ro so m a ln y m . N a d a l je d n a k b rak je st p rz e k o n u ją c y c h d o w o d ó w n a o d d z ia ły w a n ie h ip o tety czn eg o re c e p to ra JH z c h ro m a ty n ą lu b k o n k re t nym genem . A r ty k u ł o trzym a n o 15 lutego 1991 r. Z a a kcep to w a n o do druku 21 m aja 1991 r. Piśm iennictw o 1. K l i m a s z e w s k i S. M., (1973), Św iat owadów. P. W. W iedza Pow szechna, W arszaw a. 2. L a u f e r H., B o r s t D., B a k e r F .C ., C a r r a s c o C., S i n k u s M., R e u t e r C. C., T s a i L. W., S c h o o 1e y D. A., (1987), Science 235: 202-205. 3. T o o n g Y. C., S c h o o 1e y D. A., B a k e r F. C., (1988), N ature 333: 170-171. 4. S c h o o l e y D. A., B a k e r F. C., (1985), W K erkut G. A., G ilbert L. J. (red.) C om prehensive Insect Physiology, Biochem is try an d P harm acology t. 7, P ergam on Press, New York str. 363-389. 5. T o b e S.S., S t a y B„ (1985), Adv. Insect. Physiol. 18: 305-432. 6. T o b e S.S., P r a t t G .E ., (1975), Life Sei. 17:417-422. 7. B a k e r F. C., S c h o o l e y D. A., (1981), Biochim. Biophys. A cta. 664: 356-372. 8. d e K o r t C. A. D.., G r a n g e r N. A., (1981), Ann. Rev. Ent. 26: 1-2. 9. H s i a o T. H., H s i a o C., (1977), J. Insect. Physiol. 23: 89-93. 10. G r a n g e r N. A., G o o d m a n W .G ., (1983), Insect. Biochem. 13: 333-340. 11. R e m b o l d H., L a c k n e r B., (1985), J . Chromatogr. 323: 355-361. 12. L a n z r e i n B., G e n t i n e t t a V., A b e g g l e n H., B a k e r F. C., M i l l e r C. A., S c h o o l e y D. A., (1985), Experienlia 41:913-917. 13. d e K o r t C. A. D., K o o p m a n s c h a p A.B., S t r a m b i C., S t r a m b i A., (1985), Insect. Biochem. 15: 771-775. 14. S e h n a l F., R e m b o l d H., (1985), Experientia 41: 684-685. 15. T o b e S.S., F e y e r e i s e n R., (1983), W D o w n er R.G.H., Laufer H. (red.) E ndocrinology of Insects, Liss Inc., New York str. 161-178. 16. R e i b s t e i n D., L a w J. H., B o w l u s S. B., K a t ż e n e i l e n b o g e n J. A., (1976), W G ilbert L.I. (red.) T he Juvenile H orm ones. Plenum Press. New Y ork str. 131-146. 17. S p a r a g a n a S. P., B h a s k a r a n G., D a h m K. H., R i d d l e U., (1984), J. Exp. Zool. 230: 309-313. 18. S p a r a g a n a S. P., B h a s k a r a n G., B a r r e r a P., (1985), Arch. Insect. Biochem. Physiol. 2: 191-202. 19. B r o w n M .S., G o l d s t e i n J. L., (1980), J. Lipid. Res. 21: 505-517. 178 20. L u s k y K. L., F a u s t J. R., C h i n D. J., B r o w n M .S., G o l d s t e i n J. L., (1983), J. Biol. Chem. 258: 8462-8469. 21. M o n g e r D. J., L a w J. H., (1982), J. Biol. Chem. 257: 1921-1923. 22. P r a 11 G . E., J e n n i n g s R. C., H a m n e t t A. F., B r o o k s G .T ., (1980), N ature 284: 320-323. 23. W i n g K. D., S p a r k s T. C., L o v e l l V. M., L e v i n s o n S. O., H a m m o c k B. D., (1981), Insect. Biochem. 11: 473-485. 24. M c C a l e b D. C., R e d d y G., K u m a r a n A. K., (1980), Insect. Biochem. 10: 273-277. 25. H a m m o c k B. D., (1985), W K erkut G.A., G ilb ert L.J. (red.) C om prehensive Insect Physiology, Biochem istry a n d P h a rm a cology t. 7 P ergam on Press, New Y ork str. 431-472. 26. S l a d e M. , H e t n a r s k i H. K., W i l k i n s o n C. F., (1976), J. Insect. Physiol. 22: 629-622. 27. Y u S.J., T e r r i e r e L.C ., (1978), Insect. Biochem. 8: 349-352. 28. J o n e s D., J o n e s G., W i n g K. D., R u d n i c k a M., H a m m o c k B. D„ (1982), J. Comp. Physiol. 148: 1-10. 29. W o z n i a k M., (1989), Rola esterazy h o rm o n u juw enilnego w regulacji rozw oju ow adów . R ozpraw y H abilitacyjne A kade m ii M edycznej we W rocław iu, W rocław. 30. M i t s u i T., R i d d i f o r d L. M. Bellamy G., (1979), Insect. Biochem. 9: 637-643. 31. G o o d m a n W. G., C h a n g E. S., (1984), W K e rtu t G. A., G ilb ert L. I. (red.) C om prehensive Insect Physiology, Biochem is try and P h arm aco lo g y t. 7 Plenum Press, New Y ork str. 491-510 wyd. K e rk u t G. A., G ilbert L. I., P ergam on Press New York. 32. L e n z C. J., D i l l w i t h J. W., C h i p p e n d a l e G. M., (1986), Arch. Insect. Biochem. Physiol. 3: 61-73. 33. O ż y h a r A. K o c h m a n M., (1987), Europ., J.Biochem . 162: 675-682. 34. V a n M e l l a e r t H. T h e u n i s S. D e L o o f A., (1985), Insect. Biochem. 15: 655-661. 35. K r a m e r K .J., D u n n P. E., P e t e r s o n R. C., L a w J. H., (1976), W G ilb ert L .I. (red.) T he Juvenile H orm ones. Plenum Press. New Y ork str. 327-341. 36. B r a d f i e l d J. Y., B e r l i n R. L., K e e l e y L. L., (1990), Insect. Biochem. 20: 105-111. 37. C u s s o n M. M c N e i l J. N., (1989), Science 243: 210-212. 38. R i d d i f o r d L. M „ (1985), W. K erkut G. A, G ilb ert L. J. (red.) C om prehensive Insect Physiology, B iochem istry and P h a rm a cology t. 8 P ergam on Press, str. 37-84. 39. R i d d i f o r d L. M., (1986), Arch. Insect. Biochem. Physiol. Supl. 1: 75-86. 40. G a r e l J. P., (1983), Experientia 39: 461-466. 41. C y m b o r o w s k i B., (1984), W E nd o k ry n o lo g ia ow adów , wyd. P W N , W arszaw a str. 164-184. 42. L a u f e r H., B o r s t D. W., (1983), W D ow ner R .G . H., L aufer H. (red.) E ndocrinology of Insects Liss Inc., New Y ork str. 203-216. 43. C h a n g E. S., C o n d r o n T. A., B r u c e H .J., S a g e B. A., o C o n n o r J. D., L a w J. H., (1980), Proc. N atl. Acad. Sci U SA 7: 4657-4661. 44. K l a g e s G., E m m e r i c h H., P e t e r M .G ., (1980), N ature 286: 282-285. 45. E n g e l m a n F., M a l a J., T o b e S. S., (1987), Insect. Biochem. 17: 1045-1052. 46. S h e m s h e d i n i L., L a n o u e M., W i l s o n T .G ., (1990), J. Biol. Chem. 265: 1913-1918. 47. R o b e r t s P., W y a t t G. R., (1983), Mol. Cell Endocrinol. 31: 53-69. 48. W y a t t G. R., (1988), Can. J. Zool. 66: 2600-2610. 49. R i d d i f o r d L. M., (1986), Arch. Insect. Biochem. Physiol. Supl. 1: 75-86. 50. O s i r E .O ., R i d d i f o r d L. M., (1988), J. Biol. Chem. 263: 13812-13818. 51. P a l l i S. R., O s i r E .O ., E n g W. S., B o e h m M. F.. E d w a r d s M„ K u l c s a r P., U j v a r y I., H i r u m a K P r e s t w i c h G. D„ R i d d i f o r d L. M., (1990), Proc. N a tl Acad. Sci. U SA , 87: 796-800. 52. P o n g s O., (1988), Europ. J.. Biochem. 175: 199-204. 53. R o b e r t s P. E., J e f f e r i e s L. S., (1986), Arch. Insect. Bio chem. Physiol. Supl. 1: 7-23. http://rcin.org.pl POSTĘPY BIOCHEMII 3 7 (3 -4 ), 1991