LABORATÓRIUM NEUROHUMORÁLNYCH REGULÁCIÍ (LNhR)

1. – 2. Vedecké zameranie laboratória a získané výsledky.

Pracovná skupina sa začiatkom 90. rokov zaoberala ontogenetickým vývojom a jeho významnými periódami. V spolupráci s II. Detskou klinikou LFUK sme sledovali vplyv predčasného odstavu a diabetu matiek na potomstvo vo veku 4-20 rokov (2). Sledovanie detí s Downovým sy ukázalo veľkú variabilitu a náchylnosť k poruchám funkcie štítnej žľazy (3). V experimentálnych prácach sme ukázali prítomnosť hormónov (hormóny štítnej žľazy, tyreoliberín, atrialny nátriuretický peptid) v mlieku. Štúdium hormónov v mlieku, ktoré na začiatku pripadalo mnohým, konvenčne zameraným výskumníkom, absurdne, zaujalo čoraz viac skupín medzinárodné uznávaných skupín (USA, Francúzsko, Japonsko, Nemecko, Izrael, Taliansko, ZSSR) a vyústilo do opakovaného poriadania medzinárodných sympózií. Na želanie zahraničných účastníkov poriadali sme ich vždy v Domove vedeckých pracovníkov v Smoleniciach:

Hormones in Milk: their Role in Sucklings and Lactating Mothers, Smolenice 1982

Hormones in Milk:their Physiological Role, Smolenice 1985,

Hormones and Bioactive Substances in Milk, Smolenice 1990

Hormones and Growth Factors in Milk, Smolenice 1993

Hormones and Bioactive Substances in Milk, Smolenice 1996

Sledovanie vplyvu dĺžky dojčeneckej periódy na vývoj detí ukázalo, že dojčenie viac ako 6 mesiacov vedie k vyšším hladinám plazmatického cholesterolu v neskoršom veku.

Vývoj pankreasu- ako paralelný výskum ku klinickým štúdiám:

TRH v pankrease počas vývoja a jeho význam pre sekréciu inzulínu.

V spolupráci s Laboratoire de Neuroendocrinologie Expérimentale, INSERM U 297, Faculté de Médecine Nord Marseille sme ako prví dokázali expresiu génu a syntézu TRH v pankrease potkanov. Táto sa objavuje už prenatálne, je vysoká v prvých dňoch života a potom výrazne klesá (1).

Expresia (_*-_*) a koncentrácia ( . - . )TRH v pankrease potkana počas ontogenézy (1).

U mláďat diabetických samíc sa dozrievanie TRH syntézy v pankrease o niekoľko dní oneskoruje. Toto oneskorenie je spojené so zníženou koncentráciou inzulínu v pankrease s ktorým sa TRH nachádza v B bunkách. Účinok perinatálneho podania streptozotocínu na diabetes mellitus v neskoršom období života potkana možno oslabiť podaním TRH perinatálne alebo v dospelosti. Ak sme u dospelých potkanov in vivo zablokovali posledný krok syntézy TRH (amidáciu), sekrécia inzulínu ostrovčekmi in vitro za bazálnych podmienok bola vysoká a chýbala odpoveď na stimuláciu glukózou. Pridanie TRH k ostrovčekom normalizovalo bazálnu sekréciu inzulínu aj odpoveď na glukózu (4). Je nesporné, že TRH je potrebné pre regulovanú sekréciu inzulínu. Sekrécia samotného TRH pankreatickými ostrovčekmi potkanov in vitro je stimulovaná glukózou a inhibovaná inzulínom.

TRH neovplyvní odpoveď inzulínu na stimuláciu glukózou u intaktných ostrovčekov (A). Účinok dissulfiramu (inhibícia syntézy TRH) - chýbanie sekrečnej odpovede i vysoká bazálna sekréciu inzulínu je kompletne upravený pridaním TRH (B), (4.

Pankreastatin: podobnú dynamiku zmien ako TRH – vysoká perinatálna koncentrácia s následným poklesom - má v pankrease novorodených potkanov aj pankreastatin. Tieto zmeny odrážajú vývoj aktivity peptidylglycine alpha-amidating monooxygenázy (PAM), ktorá determinuje amidáciu oboch peptidov.

V deväťdesiatych rokoch sme opäť začali spolupracovať s prof. Monte A. Greerom z Oregon Health Sciences University, v Portlande. Zaujal nás zaujímavý fenomén – vyvolanie exocytózy peptidov a proteínov zmenou bunkového objemu (5). Neformálna spolupráca prerástla do projektov bilaterálnej spolupráce USA – Slovensko (Project 93053 of the US-Slovak Science and Technology Program a 017/2001 of the US-Slovak Science and Technology Program). V roku 1997 sme v Smoleniciach zhromaždili riešiteľov z rôznych kútov sveta na sympóziu Primary Role of Cell Volume Changes in Controlling Cell Functions. Sympóziu predsedali M. A. Greer (Portland, Oregon), Florian Lang (Tubingen, Nemecko) a V. Štrbák (Bratislava). Toto prvé stretnutie bolo veľmi inšpirujúce a odštartovalo sériu sympózií organizovaných významnými vedeckými skupinami v rôznych kútoch sveta (Berlín, Dayton, Kodaň, Salzburg, Okazaki) členovia laboratória Neurohumorálnych regulácií zohrávali na nich významnú úlohu.

Okrem špecializovaných sympózií stalo sa pravidlom organizovať sympóziá o bunkovom objeme aj v rámci fyziologických a patofyziologických kongresov. Ich organizáciou, výberom rečníkov a predsedaním bol často poverený V. Štrbák: XXXIV International Congress of Physiological Sciences, Molecular Mechanisms in Cell Volume Regulation - satelitné sympózium, Queenstown, Nový Zéland, 22-24. augusta 2001, 3rd FEPS Congress, Nice 28.VI.-2.7.2003, Nice, z poverenia FEPS V. Štrbák organizátor predseda a pozvaný rečník sympózia Cell Volume: Regulation and Functional impact, 5th International Congress of Pathophysiology, Beijing 2006, V. Štrbák organizátor predseda a pozvaný rečník sympózia Symposium Cell Volume, Physiological and Pathophysiological Aspects, 6^th International Congress of Pathophysiology, Montreal 2010, V. Štrbák organizátor predseda a pozvaný rečník Workshopu Cell Volume Regulation. Tu súčasne predsedal sympóziu PATHOPHYSIOLOGICAL PATHWAYS IN METABOLIC DISEASES AND DIABETES.

Štúdium mechanizmu indukcie exocytózy zmenou bunkového objemu ukázalo novú signálnu cestu, ktorou možno stimulovať sekréciu hormónov, napríklad inzulínu (6,7). To môže mať význam nielen pri vývoji liečiv ale nám umožnilo dokázať nielen syntézu ale i študovať sekréciu tyreoliberínu v pankrease a v srdci (8). Ukázali sme, že TRH prítomné v B bunkách Langerhansových ostrovčekov sa vyplavuje pri zvýšenej koncentrácii glukózy a je podstatné pre regulovanú (glukózou stimulovanú) sekréciu inzulínu. Bunky secernujúce hormóny angažované v regulácii vody a solí majú na osmotické zmeny špecifickú odpoveď. Túto možno potlačiť inhibíciou kanálov aktivovateľných mechanickým napätím a objaví sa typická odpoveď na zväčšenie bunkového objemu (9). To je príčinou neadekvátnej sekrécie antidiuretického hormone u niektorých paciantov (SIADH).

TRH (A) je účinkom hypotonicity vyplavený na rozdiel od oxytocínu (C) z n.paraventricularis už za bazálnych podmienok (ľavé stĺpce v grafoch). Oxytocín sa vyplaví iba ak sú mechanosnzitívne kanály inhibované pomocou GdCl₃ (9).

Využili sme stimuláciu sekrécie zmenou bunkového objemu na štúdium sekrécie TRH srdcovým tkanivom a dokázali sme v srdci jeho regulovanú sekréciu (8). Pozoruhodný je aj vplyv alkoholu na sekréciu hormónov prostredníctvo zmeny bunkového objemu. Významné sú aj rozdiely v odpovedi niektorých nádorových buniek a mechanizmus ich odpovede (10).

Odrazom významného postavenie pracovnej skupiny v problematike vzťahu bunkového objemu a sekrécie ale i fyziológie vúbec sú i časté pozvané prednášky V. Štrbáka na koferencie mimo špecializovaných sympózií (Francúzsko, Srbsko ako hosťujúci profesor University in Kragujevac), Rumunsko, Ukrajina, Čierna Hora).

Z pracovníkov nášho laboratória sú dnes viacerí vedeckí pracovníci dlhodobo v zahraničí napr, v USA sú: Erika Rešetková, Mária Nikodémová, Július Benický, Martina Orečná i Roman Hafko (všetko bývalí doktorandi V. Štrbáka). Bolo by skvelé, keby sa začali vracať na svoj materský ústav obohatení o skúsenosti, metodiky, kontakty a obohatili tak jeho výskumný potenciál.

3. Projekty riešené v Laboratóriu neurohumorálnych regulácii v súčasnosti

VEGA 2/0094/09

Úloha vápnikových kanálov a membránového cholesterolu v mechanizme sekrécie inzulínu

Zodpovedná riešiteľka Mgr. Zuzana Bačová, PhD

APVV-0253-10

Vývinové účinky neuropeptidov

Zodpovedný riešiteľ RNDr. Ján Bakoš,PhD.

APVV VVCE-064-07

Biomembrány: Štruktúra a dynamika biologických membrán vo vzťahu k bunkovým funkciám

Zodpovedný spoluriešiteľ MUdr. Vladimír Štrbák, DrSc.

APVV-0486-10

Progresívne technológie v medicine: Polymérne mikrokapsule pre imunitnú ochranu transplantovaných pankreatických ostrovčekov v liečbe cukrovky

Zodpovedný spoluriešiteľ MUdr. Vladimír Štrbák, DrSc.

4. Výber najvýznamnejších publikácií (IF ≥3) pracovníkov Laboratória neurohumorálnych regulácií.

1. Bačová Z, Benický J., Lukyanetz EE, Lukyanets IA, Štrbák V: Different Signaling Pathways Involved in Glucose and Cell Swelling-Induced Insulin Secretion by Rat Pancreatic Islets in Vitro. Cell Physiol Biochem 2005;16: 59-68. IF2005 =4,033

2. Nikodemova M, Greer MA, Strbak V: Hypo-osmolarity stimulates and high sodium concentration inhibits thyrotropin-releasing hormone secretion from rat hypothalamus. Neuroscience 1999; 88(4):1299-1306. IF1999= 3,924

3. Bacová Z, Orecná M, Hafko R, Strbák V.: Cell swelling-induced signaling for insulin secretion bypasses steps involving G proteins and PLA2 and is N-ethylmaleimide insensitive. Cell Physiol Biochem. 2007;20(5):387-96. IF2010 =3,585

4. Orečná M, Hafko R, Toporcerová V, Strbák V, Bačová Z. Cell swelling-induced insulin secretion from INS-1E cells is inhibited by extracellular Ca2+ and is tetanus toxin resistant. Cell Physiol Biochem 2010;26:197-208. IF2010 =3,585

5. Hafko R, Orečná M, Bačová Z, Kollarikova G, Lacik I, Strbák V. Mechanism of ethanol-induced insulin secretion from INS-1 and INS-1E tumor cell lines. Cell Physiol Biochem 2009;24:441-450. IF2010 =3,585

6. Jakab M., Lach S., Bacova Z., Langeluddecke C., Strbak V., Schmidt S., Iglseder E., Paulmichl M, Geibel J., Ritter M.: Resveratrol inhibits electrical activity and insulin release from insulinoma cells by block of voltage-gated Ca2+ channels and swelling-dependent Cl- currents. 2008,Cellular Physiology and Biochemistry, (5-6) 567-578. IF2010 =3,585

7. Jakab M., Grundbichler M., Benicky J., Ravasio A., Chwatal S., Schmidt S., Strbak V., Fürst J, Paulmichl M,Ritter M. Glucose induces anion conductance and cytosol-to-membrane transposition of ICln in INS-1E rat insulinoma cells. 2006, Cellular physiology and biochemistry : international journal of experimental cellular physiology, biochemistry, and pharmacology., (1-3) 21-34 IF2010 =3,585

8. Dutour A, Giraud P, Kowalski C, Ouafik L'H, Salers P, Strbak V, Oliver C: Ontogenesis of TRH mRNA levels in the rat pancreas. Biochem Biophys Res Commun 1987;146:354-360. IF1993= 3,585

9. Najvirtova M, Bacova Z, Mateffyova A, Strbak V: A Role of Thyrotropin-Releasing Hormone in Insulin Secretion by Isolated Rat Pancreatic Islets. Pflugers Arch 2005;449(6):547-52. IF2005= 3,564

10. Bacova Z, Baqi L, Benacka O, Payer J, Krizanová O, Zeman M, Smreková L, Zorad S, Strbák V. Thyrotropin-releasing hormone in rat heart: effect of swelling, angiotensin II and renin gene. Acta Physiol (Oxf). 2006;187(1-2):313-9. IF2010 =3,138

Obr.1. Personálne obsadenie LNHR v r.2010 . Zľava: MUDr. V. Štrbák, DrSc., Mgr. R. Hafko, PhD., Mgr. M .Orečná , PhD., Mgr. Z. Bačová, PhD., A. Hollá.

Obr. 2. členovia laboratória v r. 2011. Zľava: Ing. N. Ratulovská, MUDr. V. Štrbák, DrSc., Mgr. Z. Bačová, PhD., RNDr. J. Bakoš, PhD.,