Psychofarmacologie
Hoorcollege 1 – Pharmacodynamics
Farmacodynamiek = wat medicatie doet met het lichaam. We focussen op een zenuwcel, die signalen ontvangt en
uitzendt. Relevantie: psychofarmaca die op zenuwcellen inwerken beïnvloeden neurotransmissie op dit niveau.
PSYCHOPATHOLOGIE EN FARMACODYNAMIEK
Hoe komen de signalen over?
- Ligand
- Receptor
- Messenger pathway
- G-protein coupled receptor
- Ion channel
- Enzym
- Signaal transductie
ACHTERGROND
RECEPTORS AND SIGNAL TRANSDUCTION PATHWAYS
Vesicels verplaatsen zich in de presynaptische cel naar het membraan. Door een actiepotentiaal in een presynaptische
cel smelten deze blaasjes samen met het membraan en worden neurotransmitters afgegeven in de synaptische
spleet. Hoe werkt dit signaal op de volgende cel? Signalen (ligand dat is afgegeven) moeten binden aan iets voordat
het een bepaald effect heeft. Het bindt aan receptoren. Een neurotransmitter is een ligand: een molecuul dat bindt
aan de receptor van de postsynaptische cel. Er zijn verschillende vormen van receptoren (G-protein receptoren, ion
kanaal, hormoonreceptor). Daar horen signaaltransductie pathways bij. Eerst bindt de neurotransmitter aan het
membraan, daarna kan er van alles in de cel plaatsvinden (second, third en fourth messenger). Door het binden van
een ligand aan een receptor komt een cascade van reacties tot stand in de postsynaptische cel. Het proces wat in een
cel plaats kan vinden, is een signaaltransductie (pathway). Het eerste messenger pathway is een algemeen principe
(G-protein linked of GPCR). Uiteindelijk zorgen bijvoorbeeld enzymen ervoor dat bepaalde genen worden afgelezen,
gekopieerd tot RNA en dat hierdoor bepaalde eiwitten worden aangemaakt. Een tussenstap hierbij is het aan-
/uitzetten van bepaalde genen. Er komt dus een biologische reactie tot stand.
MESSENGER PATHWAY 1: G-PROTEIN LINKED/COUPLED RECEPTOR
Een G-protein (receptor) is een voorbeeld van een eiwit vlakbij het membraan.
Een stof (ligand / first messenger) kan binden (bijv. neurotransmitter of
hormoon) aan een receptor. Daardoor gebeuren er dingen aan de binnenkant
van het membraan. Wat is betrokken bij het G-protein proces? Er is een first-
messenger neurotransmitter (ligand), dat zich bindt aan een receptor,
waardoor de receptor van vorm verandert. Een G-protein bindt daardoor aan
de neurotransmitter receptor en aan een enzym systeem (E) (of
effectoreiwitten, ionkanalen). Het enzym raakt geactiveerd en die kunnen iets anders activeren (second messenger:
versterking in de cel). Hierdoor kan een signaal veranderen, omdat een ion juist open of dicht wordt gezet. Er is dus
een hele schakel van verschillende stappen waardoor iets in de cel verandert.
Type receptor bepaalt effect bij dezelfde stof (!).
Q: Kan GABA een ligand zijn? Ja. Een ligand is een molecuul dat aan
een ander molecuul bindt; vaak een hormoon of neurotransmitter die
bindt aan een receptor. Voorbeelden: GABA, serotonine, dopamine,
psychofarmaca
Q: Waarom gebeurt er niet direct iets met het DNA na binding aan
receptor? Het is handig dat er stapjes tussen zitten. Hierdoor kan er
versterking van het signaal komen. Ook wordt het signaal op
verschillende niveaus gegeven. Een cel kan ook zelf invloed hebben op
de hoeveelheid receptoren. Down-regulation = het lichaam zorgt
1
,voor minder receptoren in een membraan, waardoor de cel relatief ongevoeliger wordt voor signalen van buitenaf.
Up-regulation = het lichaam maakt meer receptoren aan, waardoor de cel gevoeliger wordt.
Er zijn veel potentiële liganden en veel verschillende subtypes. 30% van de
geneesmiddelen zijn daarop gericht. Signaal transductieroutes:
- Verschillen in intracellulaire reacties afhankelijk van celtype/receptor
- Betrokken bij o.a. stemming, immuunsysteem, cardiovasculair systeem
- Intracellulaire remming van receptor
ALGEMENE INFORMATIE OVER SIGNAAL TRANSDUCTIE PATHWAYS
Het cAMP-systeem (adenosine monophosphate) versterkt (amplificatie) de
reactie snel: één "eerste boodschapper" leidt tot de vorming van een miljoen
productmoleculen.
Q: wat kan het voordeel zijn van dit amplificatiesysteem? Dankzij de vele
verschillende signaaltransductiecascades kunnen neuronen op
verbazingwekkend uiteenlopende biologische manieren reageren op een hele
reeks chemische berichtensystemen. En weinig stof nodig voor reactie.
MESSENGER PATHWAY 2: KINASE
Kinase = een enzym (en third messenger) dat ervoor zorgt dat een fosfaatgroep (P) bindt
aan een ander eiwit (fosforproteïne zoals ligand-gated ion channel) of molecuul,
waardoor energie wordt toegevoegd. Dat kan gebruikt worden om bijvoorbeeld een ion
kanaal open te zetten of om een enzym te activeren. ATP is de universele energiebron
van het lichaam, het levert energie. Als de fosfaatgroep (P) loslaat, komt energie vrij om
reacties te veranderen. Kinase kan dus actief binden om iets te activeren.
MESSENGER PATHWAY 2: PHOSPHATASE
Fosfatase als thrid messenger kan juist een verbinding verbreken en ergens energie (=fosfaatgroep) van af halen.
Kinase en fosfatase zijn ‘een’ onderdeel van het secundaire proces waardoor bepaalde vervolgstappen wel of niet
gezet kunnen worden.
SIGNAALOVERDRACHT: AAN-/UITZETTEN GENEN
DNA codeert voor het maken van een eiwit. Aan de voorkant van DNA heb je regio’s waar genen of transcriptiefactoren
aan kunnen binden (enhancer en promoter regio’s). Een gen wordt nooit zomaar afgeschreven, daarvoor is
bijvoorbeeld een transcriptiefactor nodig. Een transcriptiefactor kan inactief zijn en geactiveerd worden door
bijvoorbeeld kinase (dus derde en vierde boodschappers). Dan wordt het actief (gefosforyleerd) en bindt het aan een
enhancer/promoter regio. Dat gen kan dan worden afgeschreven (RNA wordt mRNA), waardoor een eiwit gemaakt
kan worden (het eiwit is het ‘product’ van activatie van een specifiek gen).
Het proces van signaaltransductie / overdracht kan ook in tijd plaatsvinden. Een binding van een first messenger kan
een ion kanaal activeren, enzymen worden geactiveerd, dan duurt het een tijdje voordat third en fourth messengers
actief worden. Daarna is er activatie van early genes, late genes en lange termijn effecten van late-gene producten.
2
,De uiteindelijke effecten van signaal transductie cascades die worden
geactiveerd door chemische neurotransmissie zijn niet alleen vertraagd, maar
ook langdurig (bijv. opslag LTG).
ENZYMEN
Enzymen zijn complexe proteïnen die specifieke
chemische veranderingen van het substraat
veroorzaken. Ze hebben een effect tussen twee
andere stoffen. Als een enzym bindt aan een
substraat, verandert het substraat van vorm; er
wordt iets toegevoegd of juist afgehaald. Daarna
kan het enzym opnieuw gebruikt worden. Enzymen kunnen één ding doen.
Q: welke van de moleculen die weergegeven zijn is een substraat en welke is een enzym?
Substraat = blauw, Enzym = roze
Q: kan je een voorbeeld geven van een enzym? Kinase, fosfatase, MAO
Ligand bindt aan receptor, substraat bindt aan een enzym.
Monoamine-oxidase (MAO) => enzym als doel van psychotrope drugs
Q: Wat is de functie van het enzym monoamine-oxidase (MAO)? MAO
zorgt voor de afbraak van serotonine (als er te veel aanwezig is): het knipt
er iets vanaf, waardoor het geen serotonine meer is.
Q: Wat gebeurt er als je MAO blokkeert? Monoamine-inhibitor
(= farmaca met antidepressieve werking) kan MAO blokkeren. Dat zorgt
er direct voor dat je meer serotonine overhoudt in de synaps. Het enzym
kan dus minder goed zijn werk doen.
DRUGS AFFECTING ENZYMES: REVERSIBEL
Een reversibele inhibitor (medicijn) kan binden aan een enzym, waardoor het substraat zelf
niet aan het enzym kan binden (competitie tussen inhibitor en substraat waarbij meestal de
inhibitor wint). Het effect is dat er minder substraat wordt omgezet. Je hebt ook een
irreversibele inhibitor (kan niet meer vervangen worden door een substraat); hierdoor zou je
bijvoorbeeld nooit meer serotonine kunnen afbreken; het enzym is niet meer bruikbaar. Je zou
dan meer enzymen moeten aanmaken, maar dat duurt een tijd.
Q: Wat is het voordeel van een reversibele inhibitor in vergelijking met een irreversibele
inhibitor? Kan nog vervangen worden.
Wat gebeurt bij de synaps?
Q: lokaliseer de ‘synaptic cleft’ in de afbeelding. Geel (tussen rood en blauw)
Q: lokaliseer de vesikels in de afbeelding. Gele blaasjes
Rood is postsynaptische cel. Vesicels zitten vol met neurotransmitters. Ze wachten op een
actiepotentiaal. Een deel van de blaasjes smelten samen met het membraan waardoor de inhoud in
de synapsspleet terecht komt en op postsynaptische receptoren binden en een signaal kunnen ontvangen.
NEUROTRANSMITTERS SECRETED
Q: moet een neuron nieuwe neurotransmitters creëren na iedere actiepotentiaal? Nee, er kan sprake zijn van
heropname (recycling).
Iedere zenuwcel is gespecialiseerd in een neurotransmitter. Belangrijke neurotransmitters:
- Serotonine
- Norepinephrine
- Dopamine
- Acetylcholine
- Glutamaat
- GABA (Gamma-aminobutyric acid)
3
, MONOAMINE NEUROTRANSMITTERS
Wat is een monoamine neurotransmitter? Monoamines zijn neurotransmitters die zijn afgeleid van één aminozuur.
In dit geval van aromatische aminozuren: een eiwit. Het lijf kan een aminozuur uit voeding omzetten in een
neurotransmitter. Bijv. histamine, catecholamines (dopamine, noradrenaline, adrenaline), tryptamines (serotonine,
melatonine)
REUPTAKE TRANSPORTERS
Reuptake transporters zijn membraaneiwitten die ervoor kunnen zorgen dat als er een net een
actiepotentiaal is geweest, een deel daarvan terug opgenomen wordt in de presynaptische cel. Die worden
in blaasjes (vesikels) gestopt door VMATs.
Monoamine recyclers
- Serotonin transporter = SERT = heropname serotonine
- Norepinephrine transporter = NET = heropname noradrenaline
- Dopamine transporter = DAT = heropname dopamine
Transporters zijn een soort ionenpomp; ze krijgen energie om te pompen doordat er ionen worden uitgewisseld met
neurotransmitters. Er wordt energie uitgewisseld van de ene naar de andere kant en neurotransmitters liften mee (ze
gaan terug de cel in als ionen worden uitgewisseld). Zo gaat bijvoorbeeld serotonine de cel in en worden ionen
afgegeven (= dose-dependent selectivity of reuptake transporters)
Geleverde energie door Na+-K+ATPase, aka ‘de sodium pomp’
Cross responsiviteit houdt in dat die monoamine recyclers niet zo kieskeurig zijn en soms ook
andere monoamines kunnen heropnemen. Als er bijvoorbeeld veel norepinephrine in de synaps
is, doet een DAT niet zo moeilijk er neemt hij naast dopamine ook wat norepinephrine terug op
in de cel (NET neemt dopamine op en vice versa).
VESICULAR TRANSPORTERS
Intracellulaire ‘vesicular monoamine transporters’ (VMATs) zitten in de presynaptische cel en
zorgen ervoor dat neurotransmitters (SE, DA, NA) worden heropgenomen in de vesikles.
- VMATs (vesicular monoamine transporter) voor serotonine, dopamine en norepinephrine
- VachT (acetylcholine)
- VIAATs (inhibitoire aminozuren (GABA))
- Vglut (glutamaat)
Q: wat is een vesicle en waar is het gelokaliseerd? Een vesicle bevindt zich in de presynaptische cel en bevat
neurotransmitterstof.
SEROTONINE: PRODUCTIE
Er is geen gen voor de aanmaak van serotonine in het DNA. Serotonine wordt aangemaakt uit het aminozuur
tryptofaan. Tryptofaan komt uit voeding. [!] Tryptofaan is gekoppeld aan serotonine en melatonine!
Tryptofaan komt bij de serotonerge cel en wordt opgenomen door een tryptofaan transporter. Twee synthetische
enzymen zetten tryptofaan om in serotonine: ten eerste, tryptofaan-hydroxylase (TRY-OH) zet tryptofaan om in 5-
hydroxytryptofaan (5HTP), en vervolgens aromatische zuur decarboxylase (AAADC) zet 5HTP om in serotonine (5HT).
Na synthese wordt 5HT opgenomen in synaptische blaasjes door een vesiculaire monoamine transporter (VMAT2) en
daar opgeslagen totdat het wordt gebruikt tijdens neurotransmissie.
SEROTONINE: REUPTAKE EN TERMINATIE
Als 5HT is afgegeven, wordt het terug de cel in gerecycled door
de SE-transporter (SERT). Die is uniek voor 5-HT en de de werking
van serotonine beëindigt door het uit de synaps te pompen en
terug naar de presynaptische zenuwterminal te brengen. Hier
kan het opnieuw worden opgeslagen in synaptische vesicles voor
later gebruik in een andere neurotransmissie.
4
