Sciencemag.cz
Doporučujeme
Celkem vzato spoléhají nervové systémy hmyzu a savců na stejné neurochemikálie, jako jsou neuropeptidy, hormony a neurotransmitery a jejich přidružené receptory. Důležité systémy signálního přenosu rovněž fungují podobným způsobem a podobně ovlivňují fyziologické procesy a chování. Vzhledem k tomu, že neurotransmisní systémy jsou obzvláště náchylné vůči působení řady rostlinných látek, stojí za to zde rozebrat jejich vzájemnou shodu do většího detailu.
Acetylcholin
Acetylcholin představuje hlavní excitační neurotransmiter v centrálním nervovém systému hmyzu (na rozdíl od glutamátu u savců). Zároveň se jedná o primární neurotransmiter v senzorických neuronech a přispívá také k čichovému a hmatovému učení. Acetylcholinesteráza, enzym, který acetylcholin rozkládá po jeho uvolnění do synaptické štěrbiny, se tudíž nachází ve všech strukturách hmyzího mozku. Hmyz rovněž vykazuje obě izoformy „savčích“ acetylcholinových receptorů, tedy ionotropní nikotinové receptory a G proteiny spřažené muskarinové receptory. Nikotinové receptory můžeme nalézt ve vyšší koncentraci a sehrávají specifickou úlohu ve vztahu k vytváření a vybavování si dlouhodobých vzpomínek.
Muskarinové receptory mají více omezenou distribuci, jsou ale exprimovány ve všech oblastech hmyzího mozku důležitých pro kognici včetně houbovitých těles. Zároveň sehrávají roli v paměťových procesech, přestože studie zkoumající vliv agonistů a antagonistů těchto receptorů naznačují, že jejich úloha souvisí spíše s vybavováním dříve naučených informací.
Dopamin
Tento neurotransmiter plní celou řadu funkcí, které jsou společné pro hmyz a savce, mezi něž patří kontrola pohybu, kognice a růstu. Dopaminergní aktivita v hmyzích houbovitých tělesech také ovlivňuje učení a paměť a funguje v součinnosti s GABA, kdy obě látky přispívají k úpravě nabuzení (arousal) i spánku. Hmyz obsahuje zástupce stejných skupin dopaminergních G proteinových receptorů, jako je tomu v případě savců. U hmyzu nesou název D1 podobný a D2 podobný receptor, nicméně D2 receptory vykazují vyšší míru homologie mezi taxony. Tyto receptory buďto aktivují (D1) nebo inhibují (D2) adenylyl cyklázu, což vede ke zvýšení nebo snížení intracelulární hladiny cAMP a k modulaci vápníkových a draslíkových iontových kanálů. Hmyz zároveň vlastní další třídu „bezobratlých“ dopaminových receptorů, které jsou odvozovány z oktopaminových receptorů a působí stejným způsobem jako receptory D1.
Oktopamin/tyramin
Dříve se myslelo, že oktopamin a tyramin představují výhradně neurochemikálie bezobratlých živočichů. Jsou strukturně příbuzné adrenalinu a noradrenalinu, a v mnoha ohledech tyto neurotransmitery z funkčního hlediska zastupují v centrálním a periferním nervovém systému bezobratlovců. V tomto ohledu se chovají jako stresové hormony, které přizpůsobují hospodaření s tělesnou energií v závislosti na situaci a sehrávají roli při kontrole chování, učení a paměti, imunitních odpovědích, chuti, čichu a metabolismu.
Nicméně nové důkazy poukazují na existenci oktopaminu a tyraminu jako endogenních neurotransmiterů u savců, které patří do skupiny „stopových aminů“ (stejně jako v případě výše zmíněných tryptaminů). Navzdory tomu, že jsou tyto neurochemikálie přítomné jen ve velmi nízkých koncentracích, mohou plnit dalekosáhlé neuromodulační a periferní funkce, a to díky tomu, že se vážou na nedávno objevené TAAR receptory, které jsou samy o sobě homology hmyzích receptorů pro oktopamin a tyramin.
Serotonin
U člověka je působení serotoninu prostředkováno sedmi různými třídami receptorů, které se označují indexy 5-HT1 až 5-HT7. Všechny receptory, až na jednu výjimku 5-HT3, jsou spřažené s G proteinem, zatímco v případě této výjimky se jedná o ionotropní receptor. 5-HT1 receptor
má pět podtříd a 5-HT2 má tři (jsou rozlišovány písmeny, např. 5-HT1A). Hmyz (octomilka) vlastní tři ortologní skupiny receptorů, které korespondují s 5-HT2, 5-HT7 a 5-HT1 receptory u savců. Tyto receptory ovlivňují řadu hmyzích projevů chování, jež jsou analogické těm, které jsou modifikovány tímto systémem u savců. Jedná se především o smyslové vnímání, cirkadiánní rytmy, učení a paměť, agresivitu, dvoření a páření.
Glutamát
Tento u obratlovců dominantní neurotransmiter plní podobnou, však méně zřetelnou excitační funkci u bezobratlých. Ionotropní glutamátové receptory se nacházejí u všech živých organismů. U rostlin plní glutamát celou řadu úloh (viz výše). V případě hmyzu jsou exprimováni homologičtí zástupci všech tří skupin savčích ionotropních glutamátových receptorů: AMPA, NMDA a kainátového receptoru. Jeden z méně vyskytujících se s G proteinem spřažených glutamátových receptorů je také rozmístěn podél celého nervového systému hmyzu.
Glutamát plní jednu specifickou excitační úlohu na nervosvalové ploténce hmyzu a jeho receptory jsou exprimovány v celém nervovém systému, kde jeho funkce sestávají z modulace čichového čití, trávicího traktu a zrakového vnímání.323 Jedna z klíčových funkcí, kterou spolu sdílí savci a hmyz, je role glutamátu při učení a paměti: AMPA a NMDA receptory zde plní identickou funkci v procesech dlouhodobého posílení účinku, díky čemu je dosahováno konsolidace paměti.
GABA
GABA představuje hlavní inhibiční neurotransmiter v nervových systémech obou říší, jak obratlovců, tak bezobratlých, a její ionotropní GABAA receptory společně s G proteinem spřaženými GABAB receptory jsou exprimovány u obou taxonů. Receptory GABAA plní funkce podobné těm pozorovaným u savců a u hmyzu je můžeme nalézt zejména v oblastech mozku, které souvisí se smyslovým vnímáním a komplexním chováním. Jako hlavní inhibiční neurotransmiter plní GABA v součinnosti s GABAA receptory roli při nabuzení a spánku, zejména
společně s dopaminem.
GABAB receptory mají na druhou stranu, přestože jsou ortologní a spouští podobné buněčné signální kaskády jako u obratlovců, jako ligandy poněkud odlišnou funkci, nicméně sehrávají podobnou roli při čichovém čití a cirkadiánních rytmech.
Opioidy
Jak klasické μ receptory, tak κ receptory, společně s jejich endogenním ligandem enkefalinem, jsou široce exprimovány v hmyzím nervovém systému a plní analogické funkce. U bezobratlých včetně hmyzu byl nalezen jak endogenně syntetizovaný morfin, tak jeho nedávno objevené receptory μ3.
Steroidní receptory
Supertřída „jaderných receptorů“, jejíž zástupci obvykle reagují na steroidní hormony, je zachovalá v celé živočišné říši a pochází ze stejného předka. U hmyzu jsou jaderné receptory exprimovány v podobě všech šesti podtříd a působí identickým způsobem jako jejich homology u obratlovců.
U hmyzu se vyskytuje většina dodnes identifikovaných jaderných receptorů v podobě juvenilních hormonů a ekdysteroidů, které jsou analogické savčím steroidním hormonům. Nicméně mnoho jaderných receptorů u obou taxonů, zejména však u hmyzu, má postavení takzvaných „sirotčích receptorů“, kvůli tomu, že jejich endogenní ligand nebyl doposud identifikován. U obou říší se jedná o „receptory související s estrogenem“, které jsou blízkými příbuznými estrogenových
receptorů.
Vzhledem k evoluční divergenci hmyzu a živočichů, která se odehrála před nějakými šesti sty miliony lety, se v nervových systémech zástupců různých říší mohou objevovat odlišnosti. Příkladem může být acetylcholin u savců, který představuje hlavní periferní neurotransmiter působící na nervosvalových ploténkách a glutamát, jenž představuje hlavní excitační neurotransmiter v centrálním nervovém systému.
V případě hmyzu je tomu opačně. Stejně tak v případě změn v serotonergní aktivitě může docházet k opačnému vlivu na agresivitu u obratlovců a bezobratlých a dopaminergní neurony souvisejí u hmyzu s averzivním učením, zatímco u savců se systémem odměny.
Tento text je úryvkem z knihy
David O. Kennedy: Rostliny a lidský mozek. Proč člověka ovlivňují rostlinné látky
Dybbuk 2022
O knize na stránkách vydavatele
Kniha Rostliny a lidský mozek si dala za úkol popsat, nejen jak na nás z hlediska farmakologie nebo psychofarmakologie působí chemické látky odvozené z rostlin a hub, ale zejména proč tomu tak je. K čemu to je rostlině dobré? Co ji nutí syntetizovat látky, které mají takový vliv na lidský či zvířecí mozek?
Podle proplétající se evoluce lidí a látek odvozených z psychoaktivních rostlin za sebou máme bohatou historii vzájemného přínosného ovlivňování. Doklady objevíme mezi pozůstatky nalezenými na místech rozkvětu rozličných jihoamerických kultur, na malbách v subsaharských jeskyních či u objektů z italských nebo španělských archeologických nalezišť.
Nejpodstatnější odpovědi nám ovšem poskytnou dvě převládající formy života na naší planetě, rostliny a hmyz, a mnoho ekologických rolí, které u rostlin hrají sekundární metabolity. Něco naznačí také biologická příbuznost mezi hmyzím a lidským mozkem nebo podobná mezibuněčná signální cesta, kterou spolu sdílí rostliny a lidé. Kniha s námi projde zásadní alkaloidy, např. kofein, řadu jedů a několik halucinogenů a většinu zneužívaných drog (např. morfin, kokain, DMT, LSD a nikotin), fenoly a polyfenoly, které tvoří velkou a prospěšnou část našeho přirozeného jídelníčku, a nakonec terpeny, skupiny multifunkčních sloučenin, které fungují jako aktivní složky marihuany a řady bylinných výtažků, jako je ženšen, ginkgo a kozlík lékařský.
