Ghrelin

struktur och dess inverkan på födointag samt tillväxt

Fredrik Schubert

Independent Project in BiologySjälvständigt arbete i biologi, 15 hp, höstterminen 2011Institutionen för biologisk grundutbildning, Uppsala universitet

! "!

Sammandrag Ghrelin är ett tämligen unikt peptidhormon. Den upptäcktes i Japan är 1999 och tidigt insågs att för att åstadkomma bioaktivitet hos däggdjur måste den 23 aminosyror långa peptiden nämligen binda med acetylerad kaprylsyra vid serin-3. Molekylen härstammar från preproghrelin. Från detta preprohormon erhålls även obestatin. Ghrelin binder till dess receptor: ’growth hormone secretagogue’ receptor vilket ökar den intercellulära koncentrationen av Ca2+ och cykliskt AMP. Detta leder till en frisättning av tillväxthormon hos däggdjur. Ghrelin har även en mycket potent hungerstimulerande effekt. Denna process medieras genom cannabinoidsystemets cannabinoidreceptor typ 1. En defekt i ghrelin-banan leder till en avsaknad av mättnadskänsla och resultatet är hyperphagia och därigenom svår fetma. Utöver detta har ghrelin uppvisat effekter på belöningssystemet, mer specifikt dopamin frisättning vid alkoholkonsumtion. Ghrelin är väldigt väl konserverat inom djurriket vilket tyder på att det har en stor evolutionär vikt. Vissa forskare har ställt hypotesen om att ghrelins ursprungliga och övergripande funktion skulle vara den av att stabilisera blodsocker nivåer vid längre tid av fasta. Genen som producerar preproghrelin sitter på kromosom 3 och är ungefär 7200bp. Inledning Det har länge varit känt att hormoner reglerar viktiga biologiska processer och förmedlar viktig information från en cell till en annan. Denna information kan innefatta så väl externa faktorer som interna behov och förberedelser inför sådan påverkan. Det finns olika typer av hormoner och vissa av dessa, så som insulin och ghrelin är proteiner. Vad alla hormoner har gemensamt är att de är kemiska budbärarmolekyler som produceras av körtlar eller specialiserade celler och sprids i ett kärlomlopp (Bruice 2010). Ordet ghrelin kommer från det urindoeuropeiska ordet ghre som betyder ”att växa” då hormonets funktion innebär bl. a. en frisättning av tillväxthormoner. Det bl.a. hungersstimulerande peptid-hormonet är 28 aminosyror långt med dess tredje aminosyra, serin-3, acetylerad (Kojima et al. 1999). Detta är efter acetyleringen bioaktivt ghrelin men hormonet erhålls från en icke modifierad föregångare av 117 aminosyror (Kojima och Kanagawa 2010). Preproghrelin, preprohormonet som ger upphov till ghrelin och obestatin, produceras av X/A celler i magens slemhinna. Obestatin har en tvärtemot ghrelin en negativ effekt på födointag och är dessutom involverad i adipogenes. Ghrelingenen GHRL finner man på kromosom 3 och är ca 7200bp. Man har funnit att vissa polymorfismer på GHRL uppvisar olika effekter på födointag. Ghrelin och dess grundsubstans proghrelin är väl konserverat över djurriket med endast små skillnader i sin sekvens (Kojima och Kanagawa 2010). Förnimmelsen av hunger är en mycket viktig process som förmedlar organismens behov av energi. Man har länge försökt kartlägga hungerns fysiologi, inte bara utav grundvetenskapligt intresse, utan också då det har en stor medicinsk betydelse. Världshälsoorganisationen (WHO) beräknade 2011 att det globalt finns 1 miljard människor som uppvisar övervikt och fetma. Ghrelin har visats öka födointaget genom en stimulering av det endogena cannabinoidsystemet. Upptäcktshistoria 1998 började Masayasu Kojima och Kenji Kangawa intressera sig för en molekyl som de senare skulle komma att kalla för ghrelin. Deras team hade redan renat fram en receptor de kallade för GHS-R (growth hormone secretagogue receptor) men dess ligand var ännu okänd. Då man funnit uttryck för GHS-R i hypotalamus och hypofysen började man sitt sökande,

! #!

efter denna närmare mystiska ligand, i hjärnan av logiska skäl. Ett år och över 500 kromatografianalyser senare stod man fortfarande utan en ligand som uppvisade tillräcklig aktivering. Då föddes idén om att börja leta i andra typer av vävnad trots att detta stred emot konventionella teorier. En annan grupp forskare hade sedan tidigare upptäckt en annan receptor, GPR38, en G-proteinkopplad receptor (GPCR), som uppvisade mycket stora sekvensella likheter till GHS-R. Man hoppades att receptorernas respektive ligander kunde aktivera varandra och att genom fyndet av GPR38s ligand på så vis hitta ledtrådar till var produktionsplatsen av GHS-Rs ligand fanns. Man visste att GPR38 uttrycktes i höga nivåer i mage och sköldkörtel och där upptogs också sökandet ännu en gång. Redan efter den första kromatografianalysen fann de höga nivåer av intracellulärt calcium (Kojima 2008). Ca2+ har visats fungerar som en sekundär budbärare nedströms i GPCR kaskaden. Detta fynd gladde Kojima och Kangawas team och de kunde den 30 Maj 1999 rena fram och sluta sig till att det fanns en uppsjö av den efterlysta liganden i magvävnad. Då analysen av aminosyresekvensen utfördes uppvisade aminosyra nr. 3 ingen signal men genom att undersöka dess cDNA kunde man sluta sig till att den tredje aminosyran var serin (serin-3). Detta fynd gav upphov till ett stort frågetecken och man försökte syntetisera liganden. Den syntetiska liganden uppvisade låg affinitet och aktivitet hos GHS-R vilket ledde teamet till tron om att serin-3 på något vis måste vara modifierat posttranskriptionellt. Man utförde då en HPLC eller högupplösande vätskekromatografi och fann att den framrenade peptid-liganden vägde 126 massenheter mer än den syntetiserade versionen vilket bevisade en strukturell skillnad och modifiering. Men även detta var ett förvånande fynd då dessa extra 126 massenheter inte överensstämde med vikter av andra konventionella modifikationer så som fosforylering, modifiering av kolhydrater eller metaller m.fl. Den sista pusselbiten saknades och utan den stod projektet stilla. Enligt Kojima satt han på ett tåg i Japan på väg för att besöka sina föräldrar då inspirationen kom till honom. Han argumenterade för sig själv att om det rörde sig om en organisk modifiering skulle han kunna räkna ut strukturformeln för denna molekyl genom en enkel matematisk formel: 12X+Y+16Z=126. Här står X för antal kolatomer, Y för antal väteatomer och Z för antalet syreatomer (Fig. 1).

! $!

Fig. 1. Utdrag från M. Kojimas anteckningsblock då teorin om O-n-okanoylerat-serin-3 ghrelin formades. Svaret på denna algebraiska ekvation blev slutligen C8H15O2. Det fastslogs inom kort att det rörde sig om okanoyl-, eller kaprylsyra. Kojima och Kangawa hade hittat det första acyl-modifierade peptiden, ghrelin. Den växande hungerns hormon Produktion Många fysiologiska analyser har gjorts kring ghrelin som givit signifikant data om dess olika verkningsområden. Dessvärre rör det sig om färre beskrivningar om hormonets sammansättning och formgivning även om dessa tycks överensstämma. Pre-proghrelin produceras av specialiserade celler (X/A celler) i slemhinnan av magens övre delar (Sakata et al. 2002). Av alla endokrina celler i magens slemhinna är ca 20-25% X/A celler. Produktionen i dessa celler kan stödjas av det faktum att patienter som genomgått en ”gastric bypass-operation”, vilket innebär att delar av magen avlägsnas, har en sänkning av plasma ghrelin på 76% jämfört med kontrollgrupper (Leonetti et al. 2003). Intressant nog återställs ghrelinnivåerna till nästan återställda nivåer över tiden vilket tyder på att ghrelin kan produceras i större koncentrationer på andra platser för att kompensera denna förlust (Ariyasu et al. 2001). Andra platser i kroppen där man funnit ghrelinproduktion är tunntarm, främre hypofysen (Korbonits 2001), pankreas (Prado et al. 2004), lunga (Volante et al. 2002) njure (Mori et al. 2000), vita blodkroppar (Hattori et al. 2001), moderkaka (Gualillo et al. 2001), testikel (Tena-Sempere et al. 2002), äggstockar (Gaytan et al. 2003), hypotalamus och hjärnbark (Hou et al. 2006). Även andra vävnader kan möjligtvis producera ghrelin och platserna skiljer sig smått från organism till organism (Tabell 1)

Mathematically, this was as simple as high school algebra. Byfixing the number for X, I could guess the numbers for Y and Z.And then by calculating the combinations of X, Y and Z, I couldestimate the molecular compositions of the modified structureand guess the modified structure itself. I jotted the idea down inmy notebook with confidence that it would actually work.

As soon as I returned to my lab next day, I explained the ideato Hiroshi and Kenji. I wrote in some candidate modifiedstructures deduced from the mathematical equation for discus-sion with my colleagues (Fig. 4).

“This hexagonal ring structure is beautiful,” I told them.“This must be the structure.” “No, this hexagonal structurecouldn't exist in nature,” countered Kenji. “The best match withour experimental results is octanoic acid.”

Having specialized in organic chemistry, Kenji was brim-ming with expert knowledge. Octanoic acid is likely to besynthesized in our bodies, he explained, and the elution profileof the natural purified peptide in HPLC would match our resultsif octanoic acid was indeed the modified structure. The naturalpeptide eluted somewhat more slowly than the syntheticunmodified peptide, which meant that the modified structurehad to be hydrophobic. This was the correct modified structure!We were convinced of the structure and sent in a request for thesynthesis to the Peptide Institute in Minoh, Osaka.

Having failed to synthesize such an octanoyl-modifiedpeptide by ourselves, we worried needlessly that the PeptideInstitute would fail as well. As it turned out, their specialists inpeptide synthesis produced the modified peptide with noproblem. We thank them for their willingness to take on sucha challenging task. At first they had been puzzled by ourrequest. Dr. Hisayuki Matsuo was even surprised. “Brave of youto place this order,” he told me. “It takes a vivid imagination toconceive of such a curious peptide.”

6. The answer

On a hot day in early June, the Peptide Institute telephoned toinform me that the synthesized peptide was ready. I bicycledover from the lab to pick up the sample. On my way back Iespied a bale of turtles swimming in the Senri river. This

brought me high hopes for the sample: for the turtle is respectedas an augury of good fortune in Japan.

As soon as I returned to the lab I checked the sample byHPLC with Hiroshi. First, we subjected a mixture of purifiednatural ligand and synthetic peptide to HPLC to see if thesamples had the same retention time. I fixed my eyes to thechromatographic chart calmly, without trepidation. My instinctsconvinced me that the octanoyl-modified structure would becorrect. The pen point of the recorder began to move sharply onthe chart, tracing out the same pattern drawn out for the sampleelution. At last we had the answer! The mixture of natural andsynthetic peptides gave a single peak on the HPLC, proving thatthe two peptides had perfectly matched elution times. We hadthe correct structure!

The next day we checked whether the synthetic peptideactivated the cell line expressing the GHS receptor. The activityof the synthetic peptide on the GHS receptor perfectly matchedthat of the natural peptide. Better still, the synthetic and naturalpeptides showed the same profiles both physically andchemically. This was the first acyl-modified peptide, and thismodification was essential for the activity. It was a tremendousthrill to have discovered a novel peptide, and one with astructure no one had ever imagined.

We started physiological studies as soon as we had thesynthetic active peptide in hand. I also began to write a paper.Writing is usually a painful and time-consuming chore for me.But now it was a joy even to consider the English grammar of mynew sentences. I finished with the experiments while pressingahead with writing. Before submitting the paper to Nature, wehad to come up with a name for the newly discovered peptide.Perusing an English dictionary, we learned that “ghre” means“grow” in Proto-Indo-European languages. By adding “lin” tothe end of “ghre,” we came up with “ghrelin.” This seemed anifty choice, as “gh” stands for growth hormone and “rel” is alikely derivation from “release.” By this reasoning, ghrelin is agood name for a peptide with a growth-hormone-releasingactivity. To stay on the safe side I asked my English teacher, anAmerican, if Western scientists would think the name strange orunacceptable. He told me that the choice was a good one. Theonly flaw with “ghrelin” I know of is the difficulty ofpronouncing it correctly — at least for us here in Japan.

In the middle of July, just before submitting the paper, Iattended a small meeting in Karuizawa, a famous mountainresort in Japan. Foregoing tennis and sightseeing over the freehours, I stayed in my hotel room to finish the ghrelin paper. Inmy presentation I talked about a purkinje cell protein 2 fragmentthat weakly activates the GHS receptor. Thankfully, I resistedthe temptation to blurt out the news of my discovery. Such anannouncement would have made a sensational presentation, butit would have weakened the impact of my upcoming paper.

Returning from the meeting I checked the paper once moreand submitted it to Nature. It was co-authored with Hosoda,Kangawa and Matsuo, all of whom work with me at theNational Cardiovascular Center. After submitting the paper Itook my summer vacation. If the paper was to be rejected in thefirst round screening, the Nature editors would send me the badnews within a week. But this didn't trouble me: I had a

Fig. 4. The memorandum for solving the modified structure of ghrelin. Theoctanoyl structure is described on the middle right.

5M. Kojima / Regulatory Peptides 145 (2008) 2–6

! %!

Tabell 1. Relativ distribution av ghrelin efter vävnad och organism. ++++: väldigt hög kvantitet, +++: hög kvantitet, ++: måttlig kvantitet, +: låg kvantitet, -: omätbar kvantitet, I.F.: icke fastställt/icke förekommande. (Kaiya et al. 2007)

Hammar haj

Ål Guldfisk

Kattfisk Öring Tilapia Oxgroda Sköld-padda

Höna Råtta

Hjärna ++ ++ +++ I.F. ++ +++ - - ++ + Hypotalamus ++ I.F. + + ++ I.F. I.F. I.F. I.F. + Hypofys I.F. I.F. - ++ I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + Hjärta +++ + - + +++ - - - - + Lunga I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + - + + Mage ++++ ++++ I.F. ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ Pankreas I.F. I.F. I.F. +++ I.F. I.F. + + - + Mjälte + I.F. ++++ + + I.F. - - + I.F. Lever ++ I.F. + + - I.F. - - - + Tarm +++ ++++ +++ ++ +++ - ++ ++ + +++ Rektalkörtel + I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. Binjure I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. - I.F. + Njure + ++ ++ ++ + - - - - + Gallblåsa I.F. I.F. +++ +++ I.F. I.F. + I.F. I.F. I.F. Äggstock I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + I.F. Testikel I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + I.F. I.F. + Gälar ++ - ++ ++ + + I.F. I.F. I.F. I.F.

Sammansättning Ghrelin härstammar från pre-proghrelin vilket är en peptid på 117 aminosyror. Denna molekyl genomgår enzymala klyvningar och ger upphov till en ”mogen” ghrelinmolekyl och proghrelin (Hosoda et al. 2003, Zhu et al. 2006). 2006 tog Zhu och kollegor an sig problemet rörande proghrelinmolekylen och publicerade en artikel kring ämnet. Häri hävdas att ghrelin och obestatin (Fig. 4) kommer från samma grundsubstans nämligen proghrelin. Obestatin tros ha en hungersstimulernade effekt eller en antagonisernade effekt mot ghrelin. Detta anses fortfarande kontroversiellt och fortsatta undersökningar krävs. Proghrelin har en aminosyresekvens bestående av 94 aminosyror vari man finner sekvenser för en signal-peptid, ghrelin och obestatin (Fig. 2).

Fig. 2. Sekvens av proghrelin med markeringar för enzymala klyvningsplatser. Den bioaktiva formen av ghrelin (Fig. 5, Fig. 6) går igenom en behandling av specialiserade serin-proteaser, däribland PC1/3 (prohormone convertase). Den essentiella skillnaden mellan acetylerat och icke acetylerat ghrelin ligger i att den acetylerade formen på sin tredje aminosyra är modifierad med kaprylsyra. Ghrelin O-Acyltransferas (GOAT) är det enzym som ansvarar för denna acetylering som gör ghrelinet bioaktivt. GOATs tillhör familjen membranbundna O-acyltransferaser (MBOAT) vilket är en metaboliskt aktiv, membranbunden glycerophoslipid där acyleringen troligen sker genom den katalyserande faktorn acyl-coenzym A (acyl-CoA):lysophospholipid acyltransferas (Matsuda et al. 2008). Nya studier tyder på GOAT-ghrelin fungerar som en lipidsensor vilket signalerar hjärnan som tillgängligheten av näringsrik föda vilket kan optimera födointaget och energisamlandet (Kirchner et al. 2009).

! &!

Det är kaprylsyran vars hydroxylgrupp är acetylerad vilket i sin tur leder till en dubbelbunden syreatom vid dess kopplingspunkt till ghrelin (Fig. 3). Denna acetylerade form av kaprylsyra kallas nu för n-oktanyl. Ghrelingenen Preproghrelin har en relativt simpel struktur. Den härstammar från fyra kodande exoner (exoner 1-4), en kortare exon på 20bp (exon 0) dessutom tre introner (Ando et al. 2006, Seim et al. 2007). Själva ghrelin genen (GHRL) består utöver exonerna ca 5kbp på kromosom 3 vid 3p26-25 vars translation leder till den 117 aminosyror långa preproghrelinmolekylen. Den totala summan baspar är lite drygt 7200 (Seim et al. 2007). Signalpeptiden för preproghrelin finner man i exon 1 och en kodande sekvens för den 28 aminosyror långa ghrelinmolekylen återfinns i delar av exon 1 och 2 (Fig.3). Det samma gäller för des-acyl ghrelin. Exon 3 kodar för obestatin (Fig. 4), vilket är ett nyupptäckt 23 aminosyror långt peptidhormon (Seim et al. 2007).

Fig. 3. Då exon 1 och 2 genomgår transkription och processering bildas en mogen ghrelinmolekyl.

! '!

Fig. 4. Exon 3 kodar för obestatin. Ando och hans team skrev 2010 en artikel om hur genetiska variationer i ghrelingenen har en stor potential att fungera som värdefulla förutsägare for prognoser och för att kunna diagnostisera behandlingar för ätstörningar. De menar på att den normala förhöjningen av plasma ghrelin hos Anorexia nervosa-patienter skall ses som en sekundär konsekvens av den extrema avmagringen men att de genetiska variationerna hos ghrelingenen skall ses som de primära i sjukdomstillståndet. 2006 hittade samma team tre polymorfismer i GHRL: en mutation vid aminosyra 51 (Arg51Gln) som associerats med lägre ghrelinhalter och somatomedin C-nivåer, en ofta förekommande polymorfism vid kodon 72 (Leu72Met) vilken är associerad till fetma hos barn (Miraglia del Giudice 2004), och en annan polymorfism (Leu90Gln) vars kliniska implikationer ännu inte är fastställda. Senare har även ett flertal SNPs uppdagats (Ando et al. 2010). Det misstänks att polymorfismen Leu72Met i exon 2 och en SNP (3056 T!C) i intron 2 är associerade till Bulimia nervosa. Bulimia nervosa är ett samlingsnamn för en mängd ätstörningar men som kännetecknas av perioder av extremt födointag, följt utav kräkningar, långa perioder av svält och/eller andra kompenserande beteenden för att minska energiintaget eller öka energiförbrukningen. Sådana patienter delar många likheter med patienter lidande av Anorexia nervosa, så som strävandet efter mycket låg kroppsvikt och kroppsligt missnöje. Men till skillnad från anorexiapatienter misslyckas ofta bulimiker att stanna på en kroppsvikt under de normala värdena. Detta tyder på att bulimiker kan ha en fysiologisk konstitution som på något vis främjar viktökning eller förhindrar viktminskning (Ando et al. 2006). Det spekuleras i att en liten men långvarig ökning av ghrelinaktivitet, p.g.a. 3056 T!C, resulterar i ett högre BMI och andel kroppsfett genom att öka aptiten, frisättning av tillväxthormon och fett produktion. Då morbid fetma är en av riskfaktorerna för Bulimia nervosa verkar det rimligt att denna enskilda variant av GHRL bildar en risk för både Bulimia nervosa och högre BMI (Ando et al. 2006). Den molekylära mekanismen bakom 3056 T!C SNP har ännu inte

! (!

studerats men risken att en SNP av introner påverkar genuttrycket och stabiliteten hos mRNA är påtaglig (Tabor et al. 2002). Bioaktivitet Som tidigare nämnt är det allmänt accepterat att den acetylerade peptiden är den aktiva formen av ghrelin då endast denna form kan binda till den enda kända ghrelinreceptorn GHS-R i hypotalamus och hypofysen. Detta i regel frisätter konsekvent GH och ökar födointaget. Dock pekar ny forskning på att den icke acetylerade formen av ghrelin (des-acyl ghrelin) verkar som en stark inhibitor av den acetylerade formen och kan även ha andra betydande fysiologiska aspekter (Kumar et al. 2010, Toshinai et al. 2006). Det finns även en möjlighet att des-acyl ghrelin kan agera på hjärtmuskelceller och ha en bevarande och skyddande effekt på hjärtat (Li et al. 2006).

Fig. 5. Acetylering av kaprylsyra bildar n-oktanyl. (*) beskriver bindningspunkten till ghrelinmolekylen. Aminosyresekvensen hos ghrelin är evolutionärt väl konserverad men skiljer sig i någon mån från organism till organism. Exempelvis är arginin-11 och valin-12 hos människa (Homo sapiens sapiens) utbytt mot lysin-11 och alanin-12 hos råtta (Rattus sp.) (Tang et al. 2008). Den aktiva strukturen av ghrelin hos människa har följande aminosyresekvens: GSSFLSPEHQRVQQRKESKKPPAKLQPR (Fig. 6).

Fig. 6. n-okanoylerat ghrelin. Fysiologisk verkan Sökandet efter föda och födointaget är ett av de mest grundläggande beteendena hos alla organismer och det är vida erkänt att aptitregleringen sker genom fysiologiska processer i centrala nervsystemet (CNS) eller mer exakt i hypotalamus i hjärnan hos däggdjur. Det har utförts försök på råttor där man genom kirurgiska ingrepp avlägsnat laterala delarna av hypotalamus vilket lett till hypophagia (sänkt födointag) som i sin tur ofta lett till död genom svält. På samma vis har de mediala delarna av hypotalamus avlägsnats vilket i stället har lett till hyperphagia (ökat födointag). Detta leder i sin tur till en ökning i både födointag och

! )!

födosökning. Detta har fått forskare världen över att hypotisera att aptit regleras av en balans mellan stimulansen och inhiberingen av signaler till hypotalamus. Dock har relativt nya fynd tytt på att regleringen inte endast är begränsad till CNS utan att t.ex. ghrelin utsöndras i perifera organ och sedan passerar blod-hjärnbarriären för att verka på bl.a. hypotalamus (Tena-Sempere et al. 2002, Gaytan et al. 2003, Hou et al. 2006) Ghrelin har en hungerstimulerande effekt in vivo då det administreras intravenöst, subkutant eller intracerebroventrikulärt. Mängden ghrelin i blodplasma ökar före födointag och minskar efter födointag. Man har visat att dessa förändringar i ghrelinnivåer då föda förväntas kan förändras och skolas om i både djurförsök och försök på människa oberoende av näringsstatus (Drazen et al. 2006). Nya studier gjorda av Malik (2008) visade m.h.a. magnetisk resonanstomografi (MRI) att vid ghrelinadministration så ökar hjärnans neurologiska aktivitet. Bilder på olika typer av mat med olika näringsvärden visades för patienterna och det visade sig att de behandlade patienterna sökte föda med högre näringsinnehåll jämfört med kontrollgrupper. Den faktiska fysiologiska processen av ghrelinets hungerstimulerande effekt försökte bl.a. Kola och Farkas (2008) ta reda på. De menar att de endogena cannabinoidsystemet är av störst betydelse gällande ghrelinets verkan på födointag. De kroppsligt naturliga cannabinoiderna binder till cannabinoidreceptor 1 (CB1-receptorn) och en stimulans av dessa har visat ha signifikant effekt på födointag. De visade att CB1-immunoreaktiva axoner innerverar alla de delar av hypotalamus som konventionellt anses påverka hunger. De visade även att ghrelin helt saknar den hungerstimulerande effekten då fungerande CB1-receptorer saknas med hjälp av CB1-receptor knockout-möss. Ytterligare bevis för att styrka detta gavs då man administrerade rimonabant, en naturlig antagonist till cannabinoider, vilket även inhiberade effekterna av ghrelin. Vidare publicerade Gropp (2005) en artikel där det visades att i neuropeptid Y (NPY) i nucleus arcuatus hypothalami är essentiellt för att kontrollera födointag vilket MacNaughton år 2003 i sin tur menade vara samlokaliserat med CB1-receptorn. Detta innebär att dessa två peptider överlappar och interagerar med varandra. Ghrelin har, som tidigare visas, en aptitreglerande effekt men det frisätter även tillväxthormoner. För att bättre förstå detta måste ghrelinreceptorerna förklaras. Man har funnit två typer av endogena peptider ansvariga för utsöndringen av tillväxthormoner nämligen GHS (growth hormone secretagogue) dit ghrelin hör och GHRH (growth hormone releasing hormone). Man kan skilja dessa åt bl.a. genom att studera deras sekundära signalbudbärare där GHRH ökar den intercellulära koncentrationen av cykliskt AMP (cAMP) och GHS ökar det intercellulära koncentrationen av Ca2+. Ghrelinets receptorer, även kallade, GHS-R har sju transmembraniella domäner och tros vara ett G-länkat membran protein. Den tillhör en ”superfamilj” av receptorer vilken också innefattar receptorer för motilin, neurotensin och neuromedin vilka alla produceras av gastrointestinella organ och regulerar gastrointestinella rörelser m.m. För att förstå processen bakom frisättandet av tillväxthormoner använde Kojima (1999) sig av odlade celler från hypofysen och visade att administreringen av ghrelin frisätter tillväxthormoner nästan exakt korrelerat till dess koncentration (fig. 7a). För att testa frisättning av ytterligare hormoner från hypofysen administrerades en relativt hög dos av ghrelin (10-6 M). Detta visade ej signifikanta nivåer av ytterligare hormoner (fig. 7b) så som prolaktin (PRL), luteiniserande hormon (LH), tyreoideastimulerande hormon (TSH) m.fl.

! *!

Fig. 7. Effekter av ghrelin på hypofysens frisättning av hormoner (Kojima 1999) a) Förhållandet mellan dosrespons på frisättningen av tillväxthormoner, ghrelin (till vänster) gentemot GHRH (Growth hormone releasing hormone) (till höger). Denna jämförelse visar att ghrelin är en like potent frisättare av tillväxthormoner som GHRH. b) Effekter av relativt hög dos ghrelin (10-6 M) på frisättning av diverse hormoner in vivo i hypofysen hos råtta. Ghrelinbehandling påverkar endast frisättningen av tillväxthormoner. Ghrelin och dess receptor är väl konserverade i en stor mängd däggdjur, fåglar och även amfibier. Denna konservering tyder på att även dess fysiologiska roll är konserverad. Ghrelin hos amfibier Då ghrelin studerats hos oxgrodan har man funnit effekter som pekar på frisättning av tillväxthormoner och prolaktin men hungerstimulerande effekt har varit svårare att påvisa. Efter 5 dagars svält uppvisades ingen ökad transkription av ghrelin. Dock efter 10 dagars svält menade Kaiya 2006 att man uppmätt signifikanta nivåer av mRNA för ghrelin vilket kan betyda att det även hos amfibier är involverat i energimetabolism och födointag. Det har visats att LH och follikelstimulerande hormon (FSH) frisätts vid ghrelin administrering och att potensen av denna effekt är 100-1000 gånger så stark som hos råtta (Kaiya et al. 2001). Man har även funnit mRNA för GHS-R i viktiga organ så som Leydig-, och Sertoli-celler i testis, lungor och celler relaterade immunförsvar. Ghrelin hos fiskar Både humant ghrelin och fiskghrelin intensifierar det födosökande beteendet hos fiskarna regnbågsöring (Oncorhynchus mykiss) och guldfisk (Carassius auratus). En ökad koncentration av ghrelin i blodplasman tycks korrelera med reproduktionscyklerna dock är dess funktionella signifikans ännu ej bevisad (Mustonen et al. 2002). Hevrøy och medarbetare (2012) publicerade en artikel där det visades att laxar (Salmo salar) utsatta för 19°C jämfört med 14°C uppvisade en lägre koncentration av cirkulerande ghrelin och även mRNA. Detta ledde till reducerat födointag och minskad tillväxt. Nedan följer en sammanfattad tabell över ghrelins fysiologiska verkan på ryggradsdjur (Tabell 2)

© 1999 Macmillan Magazines Ltd© 1999 Macmillan Magazines Ltd

!"##"$% #& '(#)$"

*+, !"#$%& ' ()* +,- ' . /&0&12&% 3... ' 44456789:;5<=>

<?76@; 8= 8?; A;B;A =CD;:B;E F6 8?; 7CD;6<; =G 8?; 7687@=6FD8 HIF@5 JK5#?;D; :;D9A8D F6EF<78; 8?78 @?:;AF6 FD <=>L;8F8FB;AM F6?FCF8;E CM 8?;7687@=6FD85"A8?=9@? @?:;AF6 ?7E 6= D;N9;6<; ?=>=A=@M 8= 76M O6=46

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

AFC:7:M 96E;: A=4QD8:F6@;6<M <=6EF8F=6D3`5 VD=A78;E ?9>76 </!"47D G=96E 8= ;6<=E; ?9>76 L:;L:=Q@?:;AF6 =G 33X 7>F6= 7<FED HIF@5+K5 ">F6=Q7<FE FE;68F8F;D C;84;;6 :78 76E ?9>76 L:;L:=Q@?:;AF6D7:; `-5.a5 )6AM 84= 7>F6= 7<FED 7:; :;LA7<;E F6 8?; -`Q:;DFE9;@?:;AF6 D;@>;68P F6EF<78F6@ 8?78 @?:;AF6D 7:; ?F@?AM <=6D;:B;EC;84;;6 DL;<F;D5 b; L9:FZ;E ?9>76 @?:;AF6 G:=> ?9>76 D8=>7<?;R8:7<8P 76E B;:FZ;E CM DM68?;DFD 8?78 ?9>76 @?:;AF6P AFO; :78 @?:;AF6?7D 76 !Q=<876=MA >=EFZ<78F=6 78 S;: J HE;87FAD 4FAA C; :;L=:8;E

;AD;4?;:;K5"6 7DD7M G=: UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8M 9DF6@ L:F>7:M <9A89:;E LF89FQ

87:M <;AAD+PW :;B;7A;E 8?78 @?:;AF6 F6E9<;E Uc :;A;7D; F6 7 <A;7: E=D;QE;L;6E;68 >766;: HIF@5 W7P A;G8 L76;AK5 b; 7AD= <=6Z:>;E 8?78Uc%c D?=4;E UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8M F6 8?; L:;D;68 7DD7M <=6QEF8F=6D HIF@5 W7P :F@?8 L76;AK5 #?; UcQ:;A;7DF6@ L=8;6<M =G @?:;AF6 FD<=>L7:7CA; 8= 8?78 =G Uc%cP &0W, B7A9;D G=: UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8MC;F6@ ;D8F>78;E 7D -!3! 3," . 1 G=: @?:;AF6 76E ,!_! 3," . G=:Uc%c5 #= <=6Z:> 4?;8?;: @?:;AF6 DL;<FZ<7AAM D8F>9A78;D Uc:;A;7D;P 4; 767AMD;E 4?F<? ?=:>=6;D 4;:; :;A;7D;E G:=> LF89F87:M<;AAD CM @?:;AF65 b; G=96E 8?78 8?; L;L8FE; DL;<FZ<7AAM D8F>9A78;EUc :;A;7D;P 76E EFE 6=8 7GG;<8 =8?;: LF89F87:M ?=:>=6;DP ;B;6 78 7?F@? @?:;AF6 E=D; H3,!_1K HIF@5 WCK5 I9:8?;:>=:;P 4?;6 @?:;AF647DF6d;<8;E F68:7B;6=9DAM F6 767;D8?;8F];E :78DP =6AM Uc <=6<;68:78F=6F6<:;7D;E 8= 8?; >7RF>9> A;B;AD 78 W[3,>F6 7G8;: F6d;<8F=6 HIF@5W<K5 #?;D; :;D9A8D F6EF<78; 8?78 @?:;AF6 FD 7 UcQDL;<FZ< :;A;7DF6@L;L8FE;5

10-11 10-10

0

10

20

Peptide concentration (M)

Flu

ore

sc

en

ce

ch

an

ge

(co

un

ts x

10

3)

Ghrelin

G HRH

Ghrelin+antagonist

10-9 10-8 10-7 10-6

!"#$%& ' !"#$%&$#'"(#$ &$)*+,"(#-,'# ". /0*123, 4-*(5$ ,( 067896:;<1 4$))#= ,( +-$

'&$#$(4$ "& *>#$(4$ ". /!8?@#8A3896;B8<= * 96:8;8#'$4,C4 ,(-,>,+"&D E(-,>,+"&

4"(4$(+&*+,"( F*# GH!I JD 96;6 F*# *)#" *##*@$KD !*+* '",(+# *&$ L$*(# M# #D$DLDN ".

+&,'),4*+$# ."& $*4- $O'$&,L$(+D

Human

Rat

Human

Rat

Human

Rat

Human

Rat

1

1

31

31

61

61

91

91

30

30

60

60

90

90

117

117

!"#$%& ( P),5(L$(+ ". *L,("8*4,K #$QR$(4$# ". -RL*( *(K &*+ '&$'&"85-&$),(D :$+# ".

,K$(+,4*) &$#,KR$# *&$ #-*K$KD S-$ K"++$K ),($ ,(K,4*+$# * #,5(*) '$'+,K$D S-$ C))$K

*&&"F-$*K ,(K,4*+$# * 4)$*T*5$ #,+$ ". * #,5(*) '$'+,K$D S-$ "'$( *&&"F-$*K ,(K,4*+$# *

08+$&L,(*)8'&"4$##,(5 #,+$D 9-&$),( #$QR$(4$# *&$ >"O$KD P#+$&,#U# ,(K,4*+$ !8"4+*("@)

L"K,C4*+,"( #,+$#D

20

40

60

80

-log ghrelin (M) -log G HRH (M)9 678! 10 9 678! 10

GH

co

nc

en

tra

tion

(ng

per

well p

er

15

min

)C

on

ce

ntr

atio

n

(ng

per

well p

er

15

min

)H

orm

on

e c

on

ce

ntr

atio

n

in p

las

ma

(ng

ml–1

)

0

10

20

30

40

50

60

G H TSHPRLLHFSHACTH

+ Ghrelin

Ghrelin

0 10 20 30 40 50 60

Time (min)

0

50

100

150G H

FSH

LH

Prolactin

TSH

A CTH

a

b

c

!"#$%& ) V..$4+# ". 5-&$),( "( ',+R,+*&@ -"&L"($ #$4&$+,"(= "! #"$%& *(K "! #"#&D *= !"#$%&$#'"(#$ &$)*+,"(#-,'# ,( 96 &$)$*#$ .&"L &*+ '&,L*&@ ',+R,+*&@ 4$))# ,(KR4$K >@ 5-&$),( M)$.+

'*($)N *(K 96;6 M&,5-+ '*($)N M"! #"$%&ND 96 4"(4$(+&*+,"( &$'&$#$(+# L$*(# M# #D$DLDN ".

+&,'),4*+$ *##*@#D += V..$4+# ". * -,5-8K"#$ MGH!< JN 5-&$),( "( -"&L"($ #$4&$+,"(# .&"L &*+

'&,L*&@ ',+R,+*&@ 4$))#= "! #"$%&D V*4- -"&L"($ 4"(4$(+&*+,"( &$'&$#$(+# L$*(# M# #D$DLDN

". QR*K&R'),4*+$ *##*@#D ,= S,L$ 4"R&#$# ". ')*#L* -"&L"($ 4"(4$(+&*+,"(# *.+$&

,(+&*T$("R# ,(W$4+,"(# ". 5-&$),( ,(+" L*)$ &*+#D :@(+-$+,4 5-&$),( MGH$5N F*# ,(W$4+$K,(+&*T$("R#)@ ,( L*)$ &*+# M1XH 5N *(*$#+-$+,Y$K F,+- '$(+">*&>,+*)D Z)""K #*L')$# F$&$

4"))$4+$K .&"L 4*((R)*$ ,( +-$ .$L"&*) *&+$&@ ."& R' +" <HL,( *(K -"&L"($

4"(4$(+&*+,"(# F$&$ K$+$&L,($K *# K$#4&,>$K ,( J$+-"K#D !*+* &$'&$#$(+ L$*(# M#

#D$DLDN ". ."R& &*+#D

© 1999 Macmillan Magazines Ltd© 1999 Macmillan Magazines Ltd

!"##"$% #& '(#)$"

*+, !"#$%& ' ()* +,- ' . /&0&12&% 3... ' 44456789:;5<=>

<?76@; 8= 8?; A;B;A =CD;:B;E F6 8?; 7CD;6<; =G 8?; 7687@=6FD8 HIF@5 JK5#?;D; :;D9A8D F6EF<78; 8?78 @?:;AF6 FD <=>L;8F8FB;AM F6?FCF8;E CM 8?;7687@=6FD85"A8?=9@? @?:;AF6 ?7E 6= D;N9;6<; ?=>=A=@M 8= 76M O6=46

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

AFC:7:M 96E;: A=4QD8:F6@;6<M <=6EF8F=6D3`5 VD=A78;E ?9>76 </!"47D G=96E 8= ;6<=E; ?9>76 L:;L:=Q@?:;AF6 =G 33X 7>F6= 7<FED HIF@5+K5 ">F6=Q7<FE FE;68F8F;D C;84;;6 :78 76E ?9>76 L:;L:=Q@?:;AF6D7:; `-5.a5 )6AM 84= 7>F6= 7<FED 7:; :;LA7<;E F6 8?; -`Q:;DFE9;@?:;AF6 D;@>;68P F6EF<78F6@ 8?78 @?:;AF6D 7:; ?F@?AM <=6D;:B;EC;84;;6 DL;<F;D5 b; L9:FZ;E ?9>76 @?:;AF6 G:=> ?9>76 D8=>7<?;R8:7<8P 76E B;:FZ;E CM DM68?;DFD 8?78 ?9>76 @?:;AF6P AFO; :78 @?:;AF6?7D 76 !Q=<876=MA >=EFZ<78F=6 78 S;: J HE;87FAD 4FAA C; :;L=:8;E

;AD;4?;:;K5"6 7DD7M G=: UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8M 9DF6@ L:F>7:M <9A89:;E LF89FQ

87:M <;AAD+PW :;B;7A;E 8?78 @?:;AF6 F6E9<;E Uc :;A;7D; F6 7 <A;7: E=D;QE;L;6E;68 >766;: HIF@5 W7P A;G8 L76;AK5 b; 7AD= <=6Z:>;E 8?78Uc%c D?=4;E UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8M F6 8?; L:;D;68 7DD7M <=6QEF8F=6D HIF@5 W7P :F@?8 L76;AK5 #?; UcQ:;A;7DF6@ L=8;6<M =G @?:;AF6 FD<=>L7:7CA; 8= 8?78 =G Uc%cP &0W, B7A9;D G=: UcQ:;A;7DF6@ 7<8FBF8MC;F6@ ;D8F>78;E 7D -!3! 3," . 1 G=: @?:;AF6 76E ,!_! 3," . G=:Uc%c5 #= <=6Z:> 4?;8?;: @?:;AF6 DL;<FZ<7AAM D8F>9A78;D Uc:;A;7D;P 4; 767AMD;E 4?F<? ?=:>=6;D 4;:; :;A;7D;E G:=> LF89F87:M<;AAD CM @?:;AF65 b; G=96E 8?78 8?; L;L8FE; DL;<FZ<7AAM D8F>9A78;EUc :;A;7D;P 76E EFE 6=8 7GG;<8 =8?;: LF89F87:M ?=:>=6;DP ;B;6 78 7?F@? @?:;AF6 E=D; H3,!_1K HIF@5 WCK5 I9:8?;:>=:;P 4?;6 @?:;AF647DF6d;<8;E F68:7B;6=9DAM F6 767;D8?;8F];E :78DP =6AM Uc <=6<;68:78F=6F6<:;7D;E 8= 8?; >7RF>9> A;B;AD 78 W[3,>F6 7G8;: F6d;<8F=6 HIF@5W<K5 #?;D; :;D9A8D F6EF<78; 8?78 @?:;AF6 FD 7 UcQDL;<FZ< :;A;7DF6@L;L8FE;5

10-11 10-10

0

10

20

Peptide concentration (M)

Flu

ore

sc

en

ce

ch

an

ge

(co

un

ts x

10

3)

Ghrelin

G HRH

Ghrelin+antagonist

10-9 10-8 10-7 10-6

!"#$%& ' !"#$%&$#'"(#$ &$)*+,"(#-,'# ". /0*123, 4-*(5$ ,( 067896:;<1 4$))#= ,( +-$

'&$#$(4$ "& *>#$(4$ ". /!8?@#8A3896;B8<= * 96:8;8#'$4,C4 ,(-,>,+"&D E(-,>,+"&

4"(4$(+&*+,"( F*# GH!I JD 96;6 F*# *)#" *##*@$KD !*+* '",(+# *&$ L$*(# M# #D$DLDN ".

+&,'),4*+$# ."& $*4- $O'$&,L$(+D

Human

Rat

Human

Rat

Human

Rat

Human

Rat

1

1

31

31

61

61

91

91

30

30

60

60

90

90

117

117

!"#$%& ( P),5(L$(+ ". *L,("8*4,K #$QR$(4$# ". -RL*( *(K &*+ '&$'&"85-&$),(D :$+# ".

,K$(+,4*) &$#,KR$# *&$ #-*K$KD S-$ K"++$K ),($ ,(K,4*+$# * #,5(*) '$'+,K$D S-$ C))$K

*&&"F-$*K ,(K,4*+$# * 4)$*T*5$ #,+$ ". * #,5(*) '$'+,K$D S-$ "'$( *&&"F-$*K ,(K,4*+$# *

08+$&L,(*)8'&"4$##,(5 #,+$D 9-&$),( #$QR$(4$# *&$ >"O$KD P#+$&,#U# ,(K,4*+$ !8"4+*("@)

L"K,C4*+,"( #,+$#D

20

40

60

80

-log ghrelin (M) -log G HRH (M)9 678! 10 9 678! 10

GH

co

nc

en

tra

tion

(ng

per

well p

er

15

min

)C

on

ce

ntr

atio

n

(ng

per

well p

er

15

min

)H

orm

on

e c

on

ce

ntr

atio

n

in p

las

ma

(ng

ml–1

)

0

10

20

30

40

50

60

G H TSHPRLLHFSHACTH

+ Ghrelin

Ghrelin

0 10 20 30 40 50 60

Time (min)

0

50

100

150G H

FSH

LH

Prolactin

TSH

A CTH

a

b

c

!"#$%& ) V..$4+# ". 5-&$),( "( ',+R,+*&@ -"&L"($ #$4&$+,"(= "! #"$%& *(K "! #"#&D *= !"#$%&$#'"(#$ &$)*+,"(#-,'# ,( 96 &$)$*#$ .&"L &*+ '&,L*&@ ',+R,+*&@ 4$))# ,(KR4$K >@ 5-&$),( M)$.+

'*($)N *(K 96;6 M&,5-+ '*($)N M"! #"$%&ND 96 4"(4$(+&*+,"( &$'&$#$(+# L$*(# M# #D$DLDN ".

+&,'),4*+$ *##*@#D += V..$4+# ". * -,5-8K"#$ MGH!< JN 5-&$),( "( -"&L"($ #$4&$+,"(# .&"L &*+

'&,L*&@ ',+R,+*&@ 4$))#= "! #"$%&D V*4- -"&L"($ 4"(4$(+&*+,"( &$'&$#$(+# L$*(# M# #D$DLDN

". QR*K&R'),4*+$ *##*@#D ,= S,L$ 4"R&#$# ". ')*#L* -"&L"($ 4"(4$(+&*+,"(# *.+$&

,(+&*T$("R# ,(W$4+,"(# ". 5-&$),( ,(+" L*)$ &*+#D :@(+-$+,4 5-&$),( MGH$5N F*# ,(W$4+$K,(+&*T$("R#)@ ,( L*)$ &*+# M1XH 5N *(*$#+-$+,Y$K F,+- '$(+">*&>,+*)D Z)""K #*L')$# F$&$

4"))$4+$K .&"L 4*((R)*$ ,( +-$ .$L"&*) *&+$&@ ."& R' +" <HL,( *(K -"&L"($

4"(4$(+&*+,"(# F$&$ K$+$&L,($K *# K$#4&,>$K ,( J$+-"K#D !*+* &$'&$#$(+ L$*(# M#

#D$DLDN ". ."R& &*+#D

! "+!

Tabell 2. Sammanfattning över ghrelins funktion på ryggradsdjur. I.F.: icke fastställt, +: ökat, (+): liten ökning -: minskat, (-): liten minskning, 0: oförändrat. Kombinationer av tidigare beskrivna symboler visar på tvetydighet. (Kaiya et al. 2007). Broskfiskar Äkta benfiskar Amfibier Reptiler Fåglar Däggdjur Hormoner GH I.F. + + I.F. + + PRL I.F. +, 0 + I.F. I.F. (+) SL - 0 - - - - ACTH I.F. I.F. I.F. I.F. (+) (+) FSH I.F. - 0 I.F. 0 0 LH I.F. I.F. 0 I.F. I.F. (+), 0 TSH I.F. I.F. I.F. I.F. 0 (-), 0 TRH I.F. I.F. I.F. I.F. +, 0 0 CRF I.F. I.F. I.F. I.F. +, 0 (+). - Kortikosteroid I.F. I.F. I.F. I.F. + (+) Insulin I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. (+), - Beteende Födointag I.F. +, 0 (+) I.F. - + Vattenintag I.F. - I.F. I.F. - - Förflyttning I.F. + I.F. I.F. +, - +, - Metabolism Adipostiet I.F. + I.F. I.F. I.F. + Blodsocker I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. (+), - G.I. funktioner Syraproduktion I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + Rörlighet I.F. I.F. I.F. I.F. + + Hjärtfunktion Hjärtminutvolym I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. + Blodtryck I.F. I.F. I.F. I.F. I.F. - Minne, depression och ångest Nya studier har visat att ghrelin administrerat direkt i centrala nervsystemet, CNS, har givit positiva effekter på minnet (Carlini et al. 2002). Denna idé stöds också utav det nyfunna faktum att då cirkulerande ghrelin från blodomloppet passerar blodhjärnbarriären och agerar på hippocampus, den del av hjärnan involverat i bl.a. inlärning och minne, modifieras formationen av dendriternas synapser (Diano et al. 2006). Dessa är specifika delar av nervceller som visar sig ha en avgörande roll i en organisms förmåga och effektivitet vid inlärning (Roberts 2010). Det har föreslagits att signalsubstansen eller nerurotransmittorn serotonin är involverad i denna minnes potentierande effekt (Carlini et al. 2007). Serotonin i sig har länkats till mättnadskänsla och läkemedel som inhiberar transmissionen av serotonin leder ofta till ett ökat födointag. Serotonin har också länkats till diverse psykologiska bekymmer gällande ångest (den Boer et al. 1987). Det är därför troligt att ghrelin verkar på minnet och ångest via serotonin och dess fysiologiska bana. Belöning Alkoholberoende är en kronisk sjukdom med stora sociala kostnader. Dagens behandlingar består främst av psykosociala åtgärder. Det finns även mediciner att tillgå men de är inte riktade mot belöningssystemet. Det är en komplex mekanism vars studier kan leda till nya behandlingsstrategier.

! ""!

Dickson och medarbetare (2011) har intressant nog visat att ghrelin och dess receptor spelar en roll i droginducerad belöning och alkoholkonsumtion. De visade att både en farmakologisk och genetisk nertystning av GHS-R1A minskar de belönande egenskaperna hos alkohol. Dessa fynd gavs genom att mäta fysiskt aktivitet och frisättning av dopamin från accumbenskärnan hos möss. Utöver detta har det visats att alkoholintaget minskade, ad libitum, då man administrerade GHS-R1A antagonister så som BIM28163, JMV2959 eller D-Lys3-GHRP-6 (Jerlhag et al. 2009, Kaur & Ryabinin2010). Då ghrelin administreras perifert uppvisar möss en ökad alkoholkonsumtion, ökad frisättning av dopamin och en ökad fysisk aktivitet. Ghrelin knock-out möss uppvisade inte samma effekt och man kan då anta att den droginducerade belöningen minskat (Jerlhag et al. 2009). Obestatin Obestatin är en molekyl som härstammar från preproghrelin. Efter enzymala klyvningar genereras den 23 aminosyror långa peptiden (Fig. 2). Obestatin uppvisar mycket liknande pulserande och rytmiska utsöndring som ghrelin. Detta förklaras genom att de båda molekylerna kommer från samma ursprungsmolekyl (Zhang et al. 2005). Till skillnad från ghrelinets aptitstimulerande effekt uppvisar obestatinet det motsatta. Försök gjorda på vuxna möss visade en signifikant minskning av födointag (Zhang et al. 2005). Detta har i senare studier ifrågasatts och andra fysiologiska effekter har eftersökts. 2011 visade Gurriarán-Rodríguez och team att obestatin har en stor roll i fettcellers metabolism och adipogenes. Det finns starka signaler på att preproghrelin och även då obestatin cirkulerar i mycket större mängder än normalt då adipogenes sker, den process där celler differentierar till fettceller. Med obestatin knock-out-försök har man kunnat påvisa obestatinets roll i denna process. Obestatin har också visat sig ha en stor roll i aktiviteten hos protein kinas B (GSK3"/#), ett protein viktigt för glukos-metabolism, cell proliferering etc. Detta visades i en studie utförd på hanråttor in vivo där obestatin administrerades subkutant (Gurriarán-Rodríguez et al. 2011). En kritisk signal för cell proliferering är ett protein-serin/treonin-kinas som kallas Akt. Akt måste fosforyleras för att aktiveras och just denna fosforylering av Akt inhiberas av GSK3 (Cooper & Hausman 2007). Protein kinas B har också visats reglera glykogensyntes och viss proteinsyntes (Manning & Cantley 2007). Glykogensyntesens process sker genom inaktivering av GSK3"/# då denna fosforyleras i vissa typer av fettceller, adipocytlik cellinje kallad 3T3-L1. Denna inaktivering leder till en nedsatt fosforylering av enzymet glykogensyntas, vilket vanligtvis aktiverar enzymet. Resultatet blir en stimulering av glykogensyntes (Manning & Cantley 2007). Obestatin aktiverar således Akt. Diskussion Som tidigare har visats i denna granskning är ghrelin väl bevarat över djurriket. Ghrelin kan då antas ha ett gemensamt ursprung hos diverse djur mycket långt tillbaka i evolutionshistorien. Hormonet har multipla fysiologiska effekter och fortsatta studier på diverse ryggradsdjur skulle ge en större insikt i vilka gemensamma yttringar ghrelin har över däggdjursriket. Där en av de gemensamma effekterna verkar vara frisättning av tillväxthormon. Detta hade möjligtvis kunnat användas för att öka tillväxten hos djur ämnade för mänsklig konsumtion där svält är prominent. Dock visar det sig tydligt att ghrelin har mer art-specifik verkan trots dess relativa likheter på både genetisk nivå och distribution av GHS-R samt producerande vävnadstyper. Ghrelinbehandling kan vara särskilt fördelaktigt för patienter med allmän eller specifik kakexi, d.v.s. en avmagring och katabolisk defekt som kan anses höra samman med en mängd sjukdomstillstånd så som AIDS, cancer, hög ålder eller missbruk av diverse droger. Förutom

! "#!

att framkalla en positiv energibalans har ghrelinbehandling motverkat muskelförtvining i gnagarstudier. Förutom detta kan ghrelin-inducerad GH-frisättning förbättra hjärtfunktionen i allmänhet (Saccà et al. 1994). Inhibering av ghrelin å andra sidan innebär också en intressant terapeutisk strategi för fetma och andra liknande metabola sjukdomar.!!Forskare vid Yale University hävdar att den centrala funktionen av ghrelin är den att upprätthålla blodsockernivåer vid lång tid av svält (Goldstein et al. 2011). De menar att då blodsockret sjunker så ökar ghrelinnivåerna vilket frisätter tillväxthormoner. Dessa tillväxthormoner agerar på muskelceller så att dessa regenererar laktat, laktos konjugerade bas. Laktat kan i sin tur genomgå Coricykeln i levern för att generera glukos. ! Tack Ödmjukt vill jag tacka följande personer utan vars hjälp denna rapport inte hade färdigställts på ovan vis. Tack till Lage Cerenius, Katariina Kiviniemi och till de studenter vars konstruktiva kritik underlättat skrivandet. Referenser Ando T, Komaki G, Nishimura H, Naruo T, Okabe K, Kawai K, Takii M, Oka T, Kodama N,

Nakamoto C et al. 2010. A ghrelin gene variant may predict crossover rate from restricting-type anorexia nervosa to other phenotypes of eating disorders: a retrospective survival analysis. Psychiatric Genetics 20: 153-159

Ando T, Komaki G, Naruo T, Okabe K, Takii M, Kawai K. 2006. Possible role of preproghrelin gene polymorphisms in susceptibility to bulimia nervosa. American Journal of Medical Genetics 141B: 929-934

Ariyasu H, Takaya K, Tagami T, Ogawa Y, Hosoda K, Akamizu T, Suda M, Koh T, Natsui K Toyooka S et al. 2001. Stomach is a major source of circulating ghrelin, and feeding state determines plasma ghrelin-like immunoreactivity levels in humans. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 86: 4753-4758.

Campbell N, Reece B, Urry L, Cain M, Wasserman S, Minorsky P, Jackoson R. 2008. Biology. 8:de uppl. Benjamin Cummings, San Francisco.

Carlini V, Monzon M, Varas M, Cragnolini A, Schioth H, Scimonelli T, de Barioglio S. 2002. Ghrelin increases anxiety-like behavior and memory retention in rats, Biochemical and Biophysical Research Communications. 299: 739–743.

Carlini V, Schioth H, Debarioglio S. 2007. Obestatin improves memory performance and causes anxiolytic effects in rats. Biochemical and Biophysical Research Communcation. 352: 907–912.

Cooper G, Hausman R. 2007. The Cell. A Molecular Approach. 4de uppl. Sinauer, Sunderland.

den Boer J, Westenberg H, Kamerbeek W, Verhoeven W, Kahn R. 1987. Effect of serotonin uptake inhibitors in anxiety disorders; a double-blind comparison of clomipramine and fluvoxamine. International Clinical Psychopharmacology 2: 21-32

Diano S, Farr S, Benoit S, McNay E, da Silva I, Horvath B, Gaskin F, Nonaka N, Jaeger L, Banks W et al. 2006. Ghrelin controls hippocampal spine synapse density and memory performance. Nature 9: 381-388

Dickson S, Egecioglu E, Landgren S, Skibicka K, Engel J, Jerlhag E. 2011. The role of the central ghrelin system in reward from food and chemical drugs. Molecular and Cellular Endocrinology. 340: 80-87

! "$!

Drazen D, Vahl T, D’Alessio D, Seeley R, Woods S. 2006. Effects of a fixed meal pattern on ghrelin secretion: evidence for a learned response independent of nutrient status. Endocrinology 147: 23-30.

Gaytan F, Barreiro M, Chopin L, Herington A, Morales C, Pinilla L, Casanueva F, Aguilar E, Dieguez C, Tena-Sempere M. 2003. Immunolocalization of ghrelin and its functional receptor, the type 1a growth hormone secretagogue receptor, in the cyclic human ovary. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 88: 879–887.

Goldstein J, Zhao T, Sherbet D, Liang G, Brown M. 2011. Surviving starvation: Essential role of the ghrelin-growth hormone axis. Cold Spring Harbor Symposia on Quantative Biology. Published in Advance 2011, doi: 10.1101/sqb.2011.76.010447

Gropp E, Shanabrough M, Borok E, Xu A, Janoschek R, Buch T, Plum L, Balthasar N, Hampel B, Waisman A. 2005. Agouti-related peptide-expressing neurons are mandatory for feeding. Nature Neuroscience 8: 1289-1291.

Gualillo O, Caminos J, Blanco M, Garcia-Caballero T, Kojima M, Kangawa K, Dieguez C, Casanueva F. 2001. Ghrelin, a novel placental-derived hormone, Endocrinology 142: 788–794.

Gurriarán-Rodríguez U, Al-Massadi O, Roca-Rivada A, Crujeiras A, Gallego R, Pardo M, Seoane L, Pazos Y, Casanueva F. 2011. Obestatin as a regulator of adipocyte metabolism and adipogenesis. Journal of Cellular and Molecular Medicine 9: 1927-1940.

Hattori N, Saito T, Yagyu T, Jiang B, Kitagawa K, Inagaki C. 2001. GH, GH receptor, GH secretagogue receptor, and ghrelin expression in human T cells, B cells, and neutrophils. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 86: 4284–4291.

Hevrøy E, Waagbø R, Torstensen B, Takle H, Stubhaug I, Jørgensen S, Torgersen T, Tvenning L, Susort S, Breck O, Hansen T. 2012. Ghrelin is involved in valuntary anorexia in Atlantic salmon raised at elevated sea temperatures. General and Comparative Endocrinology 175: 118-134

Hosoda H, Kojima M, Mizushima T, Shimizu S, Kangawa K. 2003. Structural divergence of human ghrelin. Identification of multiple ghrelin-derived molecules produced by post-translational processing. The Journal of Biological Chemistry 278: 64-70

Hotta M, Ohwada R, Akamizu T, Shibasaki T, Takano K, Kangawa K. 2009. Ghrelin increases hunger and food intake in patients with restricting-type anorexia nervosa: a pilot study. Endocrine Journal 56: 1119-1128.

Hou Z, Miao Y, Gao L, Pan H, Zhu S. 2006. Ghrelin-containing neuron in cerebral cortex and hypothalamus linked with the DVC of brainstem in rat. Regulatory Peptides. 134: 126–131.

Jerlhag E, Egecioglu E, Landgren S, Salome N, Heilig M, Moechars D, Datta R, Perrissoud D, Dickson S, Engel J. 2009. Requirement of central ghrelin signaling for alcohol reward. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106: 11318-11323.

Kaiya H, Miyazato M, Kangawa K, Peter R, Unniappan S. 2007. Ghrelin: A multifunctional hormone in non-mammalian vertebrates. Comparative Biochemistry and Physiology. 149: 109-128

Kaur S, Ryabinin A. 2010. Ghrelin receptor antagonism decreases alcohol consumption and activation of perioculomotot urocortin-containing neurons. Alcoholism – Clinical and Experimental Research. 34: 1525-1534

Kirchner H et al. 2009. GOAT links dietary lipids with the endocrine control of energy balance. Nature Medicine 15: 741-745.

Kojima M, Hosoda H, Date Y, Nakazato M, Matsuo H, Kangawa K. 1999. Ghrelin is a growth-hormone-releasing acylated peptide from stomach. Nature 40: 656-660.

Kojima M. 2008. The discovery of ghrelin – a personal memory. ScienceDirect 145: 2-6

! "%!

Kojima M, Kangawa K. 2010. Ghrelin: more than endogenous growth hormone secretagogue. Annals of the New York Academy of Sciences. 1200: 140-148 Kola B, Farkas I, Christ-Crain M, Wittmann G, Lolli F, Amin F, Harvey-White J, Liposits Z,

Kunos G, Grossman AB, Fekete C, Korbonits M. 2008. The orexigenic effect of ghrelin is mediated through central activation of the endogenous cannabinois system. PLoS ONE 3: e1797

Korbonits M, Kojima M, Kangawa K, Grossman A. 2001. Presence of ghrelin in normal and adenomatous human pituitary. Endocrine 14: 101–104.

Leonetti F, Silecchia G, Iacobellis G, Ribaudo M, Zappaterreno A, Tiberti C, Iannucci C, Perrotta N, Bacci V, Basso M, Basso N, Di Mario U. 2003. Different plasma ghrelin levels after laparoscopic gastric bypass and adjustable gastric banding in morbid obese subjects. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 88: 4227-4231.

Li L, Zhang L, Pang Y, Pan C, Qi Y, Chen L, Wang X, Tang C, Zhang J. 2006. Cardioprotective effects of ghrelin and des-octanoyl ghrelin on myocardial injury induced by isoproterenol in rats. Acta Pharmacologica Sinica 27: 527-535.

MacNaughton W, Van Sickle M, Keenan C, Cushing K, Mackie K, Sharkey K. 2004. Distrubution and function of the cannabinoid-1 receptor in the modulation of ion transport in the guinea pig ileum: relationship to capsaicin-sensitive nerves. American Journal of Physiology. 286: 863-871.

Malik S, McGlone F, Bedrossian D, Dagher A. 2008. Ghrelin modulates brain activity in areas that control appetitive behavior. Cell Metabolism 7: 400-409.

Manning B, Cantley L. 2007. AKT/PKB signaling: navigating downstream. Cell 129: 1261-1274

Mori K, Yoshimoto A, Takaya K, Hosoda K, Ariyasu H, Yahata K, Mukoyama M, Sugawara A, Hosoda H, Kojima M, Kangawa K, Nakao K. 2000. Kidney produces a novel acylated peptide, ghrelin. FEBS Letters 486: 213–216.

Neary N, Small C, Wren A, Lee J, Druce M, Palmieri C, Frost G, Ghatei M, Coombes R, Bloom S. 2004. Ghrelin increases energy intake in cancer patients with impaired appetite: acute, randomized, placebo-controlled trial. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 89: 2832-2836

Otto B, Cuntz U, Fruehauf E, Wawarta R, Folwaczny C, Riepl PL, Heiman ML, Lehnert P, Fichter M, Tschöp M. 2001. Weight gain decreases elevated plasma ghrelin concentrations of patients with anorexia nervosa. European Journal of Endocrinology 145: 669-673

Prado C, Pugh-Bernard A, Elghazi L, Sosa-Pineda B, Sussel L. 2004. Ghrelin cells replace insulin-producing beta cells in two mouse models of pancreas development. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America 101: 2924–2929.

Roberts T, Tschida K, Klein M, Mooney R. 2010. Rapid spine stabilization and synaptic enhancement at the onset of behavioural learning. Nature 463: 948-952.

Saccà L, Cittadini A, Fazio S. 1994. Growth hormone and the heart. Endocrine Reviews 15: 555-573

Sakata I, Nakamura K, Yamazaki M, Matsubara M, Hayashi Y, Kangawa K, Sakai T. 2002. Ghrelin-producing cells exist as two types of cells, closed- and opened-type cells, in the rat gastrointestinal tract. Peptides 23: 531-536.

Seim I, Collet C, Herington A, Chopin L. 2007. Revised genomic structure of the human ghrelin gene and identification of novel exons, alternative splice variants and natura lantisense transcripts. BioMed Central Genomics 8: 298.

Shinji M, Takao I, Hyeon-Cheol L, Nozomu K, Fumiharu T, Keiko G, Shohei M, Hiroyuki A. 2008. Member of the membrane-bound O-acyltransferase (MBOAT) family encodes a lysophospholipid acyltransferase with broad substrate specificity. Genes to Cells 13:879-888

! "&!

Tabor H, Risch N, Myers R. 2002. Candidate-gene approaches for studying complex genetic traits: practical considerations. Nature Reviews Genetics 3: 391-397.

Tena-Sempere M, Barreiro M, Gonzalez L, Gaytan F, Zhang F, Caminos J, Pinilla L, Casanueva F, Dieguez C, Aguilar E. 2002. Novel expression and functional role of ghrelin in rat testis. Endocrinology 143: 717–725.

ThidarMyint H, Yoshida H, Ito T, Kuwayama H. 2006. Dose-dependent response of plasma ghrelin and growth hormone concentrations to bovine ghrelin Holstein heifers. The Journal of Endocrinology 189: 655-664

Volante M, Fulcheri E, Allia E, Cerrato M, Pucci A, Papotti M. 2002. Ghrelin expression in fetal, infant, and adult human lung. Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 50: 1013–1021.

Zhang J, Ren P, Avsian-Kretchmer O, Luo C, Rauch R, Klein C, Hsueh A. 2005. Obestatin, a peptide encoded by the ghrelin gene, opposes ghrelin’s effects on food intake. Science 310: 996-999.