Hormony Význam - Biologická funkce

Transkript

1 Hormony Význam - Biologická funkce Hormony významná regulační role v organismu - účinek hormonů je často pleiotropní hormones pleitropy hypotehsis = pleiotropní a antagonistické efekty na fyziologii a chování Vliv na: 1) Ontogenezi růst + životní cykly metamorfóza (především obojživelníci) 2) Chování (rodičovské, antipredační, migrace, sezonalita) 3) Polymorfismus v chování a fenotypová plasticita - vše funguje na principu pozitivní a negativní zpětné vazby tedy kaskády neuroendokrinního systému 2 Zásadní neuroendokrinní dráhy (kaskády): a) HPA (hypothalamo-pituitary-adrenal) axis = hypotalamus-hypofyzá-nadledviny b) HPG (hypothalamo-pituitary-gonadal) axis = hypotalamus-hypofýza-gonády

2 Hormony HPA axis produktem jsou tzv. glukokortikoidy produkované kůrou nadledvin: kortisol (významnější u savců) kortikosteron (významnější u ptáků) ty působí na příslušné receptory v v různých tkáních positive feedback Alostáza adaptivní reakce organismu na zvýšenou aktivitu HPA či HPG dráhy vedoucí až k homeostázi negative feedback ustanovení homeostáze působením na centra v hypothalamu a hypofýze

3 Hormony HPG axis příslušná centra v hypothalamu produkují GnRH (gonadotropinreleasing hormone) GnRH stimuluje v hypofýze produkci zákl. gonadotropinů v gonádách: a) LH (luteinizační hormon) b) FSH (folikuly stimulující hormon) Klíčové neurohormony v reprodukci obratlovců (růst a maturace gonád, gametogeneze, tvorba a sekrece androgenů (testosteron, progesteron, estrogen)

4 (Meylan et al. 2012)

5 Hormony je stále co objevovat? GnIH Gonadotropin-inhibitory hormone (GnIH) neuropeptid produkovaný v hypotalamu antagonista a inhibitor GnRh nově objevený (viz. Tsutsui et al. 2012) Inhibitor syntézy gonadotropinu poprvé lokalizován u křepelky japonské (Coturnix japonica), později identifikován u všech obratlovců jeho funkce dosti konzervativní napříč taxony neurální síť zodpovídající za jeho syntézu nekončí v hypofýze, ale zasahuje do ostatních center mozku tzn. dokáže ovlivňovat také chování JAKÉ a JAK??? 1) REPRODUKCE obecně u ptáků, savců a ryb GnIH je zásadní INHIBITOR REPRODUKCE ČI REPR. ÚSILÍ vyvráceno dogma o výsadní roli GnRH jako hl. regulačního aktéra reprodukce u obratlovců avšak INTERAKCE se stresem (glukokortioidy) a fotoperiodicitou (resp. melatoninem) melatoninem zprostředkovaná syntéza GnIH se liší u jednotlivých druhů podle jejich fotoperiodicity - LD=long day druhů ptáků a savců melatonin indukuje expresi a syntézu GnIH (ale u savců existují výjimky viz. Tsutsui et al. 2013) naopak u SD=short-day savců (např. ovce, křeček) melatonin redukuje expresi a syntézu GnIH (Tsutsui et al. 2013)

6 (Tsutsui et al. 2013)

7 Hormony je stále co objevovat? GnIH GnIH geny uloženy na neuronech v ostatních částech mozku jsou schopny dále ovlivňovat: - 2) AGRESIVITU A SEXUÁLNÍ CHOVÁNÍ U PTÁKŮ I SAVCŮ - Při in vivo potlačení exprese GnIH mrna v příslušných centrech mozku došlo u dvou druhů ptáků s vysokým stupněm sociality (Zonotrichia albicollis) a agresivních projevů (Coturnix japonica) k: - redukci času na odpočinek - zvýšila se agresivita a teritoriální chování samců - redukovala se spontánní vokalizace avšak narůstaly agonistické vokalizace - GnIH má tedy zásadní roli v redukci sociálních intreakcí na úrovní neurálního systému, dokáže tedy zásadně regulovat reprodukčního chování, agresivitu a teritoriální chování u ptáků i savců - (Ubuka et al. 2013)

8 Sezónní reprodukce Neuroendokrinní mechanismy Temperátní savci a ptáci sezonalita v načasování reprodukč. období = mláďata se rodí vždy na jaře či v létě ideální pro přežívání mláďat Fotoperioda vnímání délky dne jako standard pro načasování reprodukčního období platí i pro většinu tropických druhů, ale u nich zásadní i jiné abiotické faktory!!! (Wikelski et al. 2000; Brown and Shine 2006) U ptáků i savců je sezónní reprodukce zajištěna přes expresi genů lokalizovaných v medio-bazálním hypothalamu (MBH) Percepce fotoperiody (světla) různá u savců a ptáků!!! SAVCI: percepce světla okem - poté transmitován do epifýzy přes supra-chiasmatic nucleus (kontrolní centrum cirkadiánního rytmu v hypothalamu)- zde sekrece melatoninu ten indukuje sekreci TSH (thyroid-stimulating hormone) a ten ovlivňuje expresi genů v MBH PTÁCI: kromě percepce světla okem a transmitace do epifýzi je primární vnímání světla přímo fotoreceptory uloženými hluboko v mozku ty působí na pars tubelaris (část před. laloku hypofýzy) sekrece TSH (thyroid-stimulating hormone) exprese genů v MBH - proto u většiny ptáků nemá odstranění epifýzy žádný efekt na reprodukci kromě toho jsou si ptáci také schopni melatonin syntetizovat v hypotalamu de novo (Yoshimura 2010)

9 Sezónní reprodukce Neuroendokrinní mechanismy Genová kaskáda regulace sezónní reprodukce PTÁCI DIO2 a DIO3 geny pro iodothyronine deiodinázu Přední lalok - hypofýzy (Yoshimura 2010)

10 Sezónní reprodukce Neuroendokrinní mechanismy dráha (mechanismus) pro vnímání fotoperiody je různá u ptáků (světlo) a savců (melatonin) avšak neuroendokrinní mechanismus je u těchto obratlovců stejný a konzervovaný (Yoshimura 2010)

11 Sezónní reprodukce Tropičtí vs. temperátní živočichové Tropičtí ptáci hormonální regulace začátku reprodukce jiná než u temperátních druhů - neměnná celoroční hladina testosteronu v plazmě oproti temperátním druhům - Jak je dosahováno horm. regulace?? - - vyšší denzita receptorů pro T??? - vyšší citlivost pro vnímání fotoperiody - zásadní role i jiných abiotických faktorů - význam má i prediktabilita a stabilita podmínek v daném habitatu (Wikelski et al. 2000)

12 Sezónní reprodukce Tropičtí vs. temperátní živočichové Tropičtí ptáci velmi citliví k vnímání délky dne a jiným abiotickým faktorům Wikelski et al. 2000

13 Sezónní reprodukce Tropičtí vs. temperátní živočichové - platí také pro tropické druhy hadů a jiné obratlovce (Brown and Shine 2006)

14 Sezónní reprodukce Člověk Latitudinální gradient v načasování reprodukce u člověka (Martinez-Bakker et al. 2015)

15 Sezónní reprodukce Člověk Světelné podmínky (visibility) zásadní pro načasování reprodukce u člověka - (Cummings 2012) nejvíce početí v ošklivých zamračených dnech

16 Hormony Sexuálně determinované chování Intersexuální rozdíly v chování zprostředkované změnami v HPG axis, konkrétně produkcí androgenů (především testosteronu - T) avšak existuje i mnoho případů intra-sexuálních rozdílů v především reprodukčním chování živočichů (Př: u dvě rozdílné strategie (např. satelitní vs. dominantní + Tabulka Rhen a Crews 2002) alternativní fenotypy jsou udržovány v populaci díky disruptivní selekci Disruptivní selekce udržování různých morf (fenotypů) v populaci Disruptivní selekce intra-sexuálních rozdíků v reprodukční chování by tak měla působit na geny řídící HPG (Maney 2008)

17 Intra-sexuální rozdíly v reprodukčním chování (Rhen a Crews 2002)

18 Intra-sexuální Hormony a Sexuálně-determinované rozdíly v reprodukčním chování Zonotrichia albicollis sociálně monogamní i brání teritorium zpěvem 2 morfy WS a TS u i WS (50% jedinců v populaci) a TS (50% jedinců v populaci) morfy vykazují také polymorfismus ve svém sociálním chování WS = agression strategie chování TS = parental strategie chování Zonotrichia albicollis (Maney 2008)

19 Sex.-determinované Intra-sexuální rozdíly chování v reprodukčním Neuroendokrinní chování systém TS a WS agresivnější WS mají vyšší koncentraci testosteronu (T) a větší testes v mimohnízdním období oproti TS - rozdíly v aktivitě HPG axis u TS a WS jedinců (Maney 2008)

20 Sex.-determinované chování Neuroendokrinní systém TS a WS TS které vykazují intenzivnější parental chování mají vyšší hladiny LH (luteinizačního hormonu), estradiol (E2) i vyšší počet neuronů pro GnRH (gonadotropin-releasing hormon) oproti WS (Maney 2008)

21 Intra-sexuální rozdíly v reprodukčním chování WS : agresivnější v obhajování teritoria více EPC (extra-pair copulation) WS : brání teritorium zpěvem i zaháněním bez ohledu na aktivitu kompetitora zpěvná aktivita samců TS a WS po stimulaci testosteronem TS + : méně agresivní, méně zpívají a obhaj. teritorium obhajuje teritorium pouze zpěvem postnatální rodič. investice vyšší u i prokázané zásadní rozdíly v endokrinním a neuroendokrinním systému jednotlivých morf a jejich korelace se sociálním chováním (Maney 2008)

22 Sex.-determinované chování Neuroendokrinní systém Rozdíly v agresivním (agonistickém) vs. rodičovském chování jsou zprostředkovány neuroendokrinní kaskádou - HPG axis neuropeptidy - vasotocin (u savců vasopresin) + vasoaktivní intenstinální peptid regulující agresivní chování jsou vysoce citlivé k androgenům 1. VT = vasotocin (homolog savčího vasopresinu) - indukuje agonistické + agresivní chování jeho tvorba je stimulována testosteronem 2. VIP = vasoaktivní intestinální peptid redukuje agonistické chování + indukuje produkci prolaktinu (PRL) ten ovlivňuje rychlost maturace gonád + rodičovské chování - sekrece VIP je testosteronem inhibována VT and VIP neurony lokalizovány především mimo hypothalamus v limbické části koncového mozku (laterální septum (LSc vl.), bed nucleus of stria terminalis (BST), median eminence (ME) (Maney et al. 2005)

23 Intersex.rozdíly v repr.chování Neuroendokrinní systém denzita imunoreceptivních VT buněk v limbické části mozku vyšší u WS oproti TS mezipohlavní rozdíly v rámci jedné morfy denzita imunoreceptivních VT buněk v limbické části mozku vyšší u oproti (Maney et al. 2005)

24 Intersex.rozdíly v repr. chování Neuroendokrinní systém denzita imunoreceptivních VIP buněk v limbické části mozku podmiňujících rodičovské chování vyšší u TS oproti WS (Maney et al. 2005)

25 Inter-sexuální rozdíly v repr.chování Supergen hypotézy pro evoluci alternativních fenotypů předpokládají že by v tomto procesu měly být zahrnuty geny s pleiotropním a (nebo) antagonistickým efektem tzv., které způsobují disruptivní selekci ve prospěch alternativních fenotypů je tedy zjevné že geny pro zbarvení musí být propojeny a děděny spolu s ostatními geny, které určují fungování endokrinního systému Zonotrichia albicollis TS se páruje s WS udržování obou morf v populaci v cca poměru 1:1 (Maney 2008) polymorfismus v populacích strnada běhlohrdlého souvisí s přítomností chromosomu 2 (ZAL2m) s alternativním (re-arranged) uspořádáním genů (2 inzerce kódující geny pro endokrinní systém ZAL2m = tzv. supergen WS morfa: heterozygot pro (ZAL2m) = ZAL2/2m TS morfa: homozygot pro původní formu chromozomu 2 (ZAL 2) = (ZAL2/2).

26 Další příklady supergenu - POMC gen Tyto alba Aguti signální peptid (Ducrest et al. 2008)

27

28 Pleiotropní účinek genů kovariance zbarvení, fyziologických, morfologických parametrů a chování (Ducrest et al. 2008)

29 Pleiotropní účinek genů kovariance zbarvení, fyziologických, morfologických parametrů a chování u obratlovců se díky predikcím týkajícím se pleiotropního účinku POMC genu ukazuje že: Tmavě zbarvení (eumelaninoví) jedinci jsou: A) agresivnější B) sexuálně aktivnější C) rezistentnější vůči stresu D) mají větší body-mass a vyšší úroveň metabolismu Tyto alba další predikce týkající se především imunity, metabolismu a exkrece exogenních žláz zbývá testovat Melanismus často také koreluje s personalitou a behaviorálními syndromy (Ducrest et al. 2008)

30 Pleiotropní účinek genů Melaninové zbarvení a personalita Čížek lesní Carduelis spinus Velikost tmavé skvrny souvisí s intenzitou exploračního chování Mateos-Gonzales & Senar 2012

31 Pleiotropní účinek genů Melaninové zbarvení a personalita Tonic immobility (TI) test Poštolka obecná Falco tinnunculus (van den Brink et al. 2012)

32 Pleiotropní účinek genů Melaninové zbarvení a personalita Handling stress Poštolka obecná Falco tinnunculus (van den Brink et al. 2012)

33 Hormony jako maternální efekty (Meylan et al. 2012)

34 Hormony jako maternální efekty - Kortisol (Meylan et al. 2012)

35 Hormony jako maternální efekty - Kortikosteron (Meylan et al. 2012)

36 Hormony jako maternální efekty - Testosteron (Meylan et al. 2012)

37 Hormony jako maternální efekty Determinace pohlaví Trivers-Willard sexual allocation hypothesis Jak ptáci kde samice určuje pohlaví potomků mohou manipulovat s pohl. svých potomků?? 2 hypotézy: a) skrze androgeny deponované do žloutku b) skrze ovlivnění meiózy hormony ve folikulech okolo žloutku vliv hladiny progesteronu v plazmě samice

38

39