Charakterystyka i rola hormonu juwenilnego

Pierwszy odkryá istnienie hormonu juwenilnego w 1934 roku Wigglesworth, który pokazaá, *e usunicie wewntrzwydzielniczych gruczoáów u Rhodnius powoduje przedwczesne przeksztaácenie do postaci dorosáej (Wigglesworth, 1934). Gruczoáy, o których

mowa to ciaáa przylegáe (áac., corpora allata) bdce miejscem syntezy hormonu (Cymborowski, 1984), aczkolwiek stwierdzono, *e w szczególnych przypadkach synteza mo*e zachodziü w zawizkach skrzydeá (Winiewski i wsp., 1987). Chemiczna struktura czsteczki zostaáa ustalona przez Roller w 1967 roku (Roller, 1967). Pod pojciem hormon juwenilny kryje si grupa zwizków o budowie seskwiterpenoidowej. Dotychczas opisano osiem homologów JH wystpujcych u owadów (JH 0, I, II, III, JH3 bis epoksyd, 4-metylo-JH, 8'OH-JH III, 12'OH-JH III), z których najczciej wystpuje forma JH III (Rys. 5). Prawdopodobnie najbardziej uderzajc cech JH jest jego wszechstronnoü i uniwersalnoü. Ma on wpáyw na wiele cech fenotypowych, jak i na procesy fizjologiczne oraz procesy zwizane ze wzrostem i rozwojem owada m.in.: rozwój postaci larwalnych, przyrost dysków

Rys. 5 Struktury hormonów juwenilnych (wg Baker, 1990). Na rysunku przedstawiono

osiem homologów JH, które dotychczas opisano u owadów. Najczciej wystpujc form jest JH III.

imaginalnych, metamorfoza, rozwój jajników, dojrzewanie páciowe, produkcja feromonów, zachowanie w czasie godowym, regulacja diapauzy (anabiozy), migracje, zachowanie owadów *yjcych w koloniach lub rojach, architektura neuronów, pamiü, uczenie si, funkcje odpornociowe, dáugoü *ycia i wiele innych, które s sáabo albo nie zostaáy jeszcze poznane (Flatt i wsp., 2005). Aby hormon mógá regulowaü tak wiele ró*nych procesów jego synteza, transport oraz czas rozkáadu s cile regulowane. Na pierwszym etapie produkcji JH, kontrol sprawuj antagonistycznie dziaáajce neuropeptydy allatostatyny i allatotropiny (Gilbert i wsp., 2000). Za wizanie, ochron przed niespecyficznymi esterazami i transport JH z ciaá przylegáych do miejsc docelowych w tkankach w du*ej mierze odpowiada JHBP (Trowell, 1992). Ponad 99,8% czsteczek hormonu jest w hemolimfie zwizanych z tym biaákiem (Hidayat i Goodman, 1994). Specyficzn hydroliz i degradacj hormonu przeprowadzaj esteraza hormonu juwenilnego (JHE) oraz niespecyficzna epoksyhydrolaza hormonu juwenilnego (JHEH). JHE przeprowadza JH w form JH-kwas natomiast JHEH przeksztaáca JH do postaci JH-diol.

Sporód wymienionych wy*ej funkcji hormonu, szczególne istotny jest wpáyw na rozwój, reprodukcj i metamorfoz u owadów. U D. melanogaster JH jest obecny od koca okresu embriogenezy a* do ostatniego stadium larwalnego (Rys. 6). W tym czasie jego poziom decyduje o charakterze linienia (Zhou i Riddiford, 2002). Wysokie st*enie JH powoduje pojawianie si kolejnych stadiów larwalnych (linienie typu larwa-larwa) i zabezpiecza przed przedwczesnym dziaáaniem 20E powodujcym ró*nicowanie w form poczwarki oraz z poczwarki w form dorosá (Riddiford, 1996) (Rys. 6). Przez to, *e JH hamuje ró*nicowanie bez wpáywu na wzrost okrela si go mianem hormonu „status quo”. Pod koniec ostatniego stadium larwalnego zahamowana zostaje syntezy hormonu przez ciaáa przylegáe oraz wzmo*ona jego hydroliza w hemolimfie i w tkankach (Nijhout, 1994; Riddiford, 1993). W tych warunkach pojawia si PTTH, który stymuluje wydzielanie niewielkich iloci 20E umo*liwiajcych rozpoczcie ekspresji genów niezbdnych do metamorfozy. Zaobserwowano, *e u niektórych Lepidoptera i Coloptera podanie JH pod koniec okresu larwalnego powoduje linienie i pojawienie si dodatkowego stadium larwalnego (Riddiford i wsp., 2003). Natomiast u D. melanogaster egzogenny hormon nie wpáywa na transformacj larwa-poczwarka (Riddiford i wsp., 2003), ale przedáu*a czas rozwoju, zakáóca metamorfoz systemu nerwowego oraz miniowego, zaburza tak*e procesy ró*nicowania odwáoka a nawet hamuje wykluwanie z jaja (Riddiford i Ashburner, 1991; Restifo i Wilson, 1998).

Pomimo dziesitków lat bada prawdopodobnie wci* nie znamy wszystkich funkcji fizjologicznych hormonu, a na pewno niewiele wiadomo na temat molekularnych podstaw przekazywania przez JH sygnaáu. Dotychczas nie udaáo si jednoznacznie potwierdziü istnienia receptora dla hormonu. Najnowsze badania wysuwaj przypuszczenia odnoszce si do dwóch biaáek: Usp i MET (ang., methoprene tolerant protein). Model, w którym Usp miaáoby peániü rol receptora dla JH opiera si na zdolnoci wizania przez receptor hormonu i jego pochodnych, ale z niskim powinowactwem (KD~4 µM) (Jones i Sharp, 1997; Jones i Jones, 2000; Xu i wsp., 2002) podczas gdy st*enie JH w tkankach jest rzdu 20 nM. W eksperymentach in vivo pokazano, *e JH aktywuje ekspresj genu reporterowego poprzez promotor rdzeniowy oraz element odpowiedzi na hormon pochodzcy z genu jhe (Xu i wsp.,

Rys. 6 Poziom JH i 20E podczas rozwoju Drosophila (wg Dubrovsky, 2005).

Równowaga pomidzy 20E (linia cigáa) i JH (linia przerywana) determinuje normalny przebieg rozwoju owada pokazany na górze rysunku. Wszystkie kolejne stadia rozwojowe s inicjowane przez 20E. JH wpáywa na to jakiego rodzaju przejcie zajdzie w danym momencie. I tak, linienie larwalne oraz wzrost zachodzi w obecnoci wysokiego st*enia JH. Pod koniec okresu larwalnego spadek JH i wzrost 20E sygnalizuje przepoczwarzanie. Ten impuls jest rozprzestrzeniany i inicjuje proces metamorfozy. 20E wi*c si do funkcjonalnego receptora ekdysteroidowego (EcR/Usp) bezporednio aktywuje maá grup genów wczesnych: BR-C, E74, E75 (czü dolna rysunku). Produkty biaákowe genów wczesnych aktywuj znacznie wiksz grup genów pó(nych, która kontroluje rozmaite procesy metamorfozy.

2002). W testach EMSA wykazano, *e do tego elementu wi*e si biaáko Usp z D.

melanogaster. Dodatkowe dowiadczenia kotransfekcji, z Usp typu „dzikiego” nie daáy

*adnych efektów, natomiast kotransfekcja ze zmutowanym biaákiem wywoáaáa hamowanie aktywacji genu reporterowego. Autorzy powy*szej pracy twierdz, *e efekt ten jest wywoáywany poprzez oddziaáywanie kompleksu Usp-JH. Badania krystalograficzne biaáek Usp z Diptera i Lepidoptera pokazaáy, *e helisa 12 (H12) odpowiedzialna za zale*n od liganda funkcj aktywacyjn receptora jdrowego jest zablokowana i stabilizowana przez ptl pomidzy helis 1 i 3 (Billas i wsp., 2001; Clayton i wsp., 2001). Pó(niejsze analizy strukturalne i modelowanie na podstawie homologii z receptorem kwasu 9-cis retinowego (RXR) daáy podstawy, aby sdziü, i* mo*liwa jest konformacja, w której Usp jest receptorem dla jakiego liganda (Sasorith i wsp., 2002). Domena wi*ca ligand (LBD) Usp posiada du* hydrofobow kiesze czciowo wypeánion lipidami, a jej pozostaáy fragment jest byü mo*e miejscem wizania czsteczki sygnaáowej. Wychodzc z tego zaáo*enia podjto prób dopasowania do modelu biaáka czsteczek hormonów juwenilnych i ich pochodnych oraz kwasu 9-cis retinowego. Najlepsze dopasowanie uzyskano dla kwasu 9-cis retinowego, metoprenowego i JH-kwasu, ale procent obsadzenia kieszeni wi*cej ligand przez te czsteczki le*y w dolnym zakresie wartoci dla klasycznych receptorów jdrowych. Obserwacja ta stawia pod znakiem zapytania sáusznoü twierdzenia, *e Usp jest receptorem dla JH. Wyniki in vitro wspomniane wy*ej dotyczce powinowactwa Usp do JH pozostaj w sprzecznoci z dowiadczeniami in vivo, w których wielokrotnie pokazywano, *e hormon wywoáuje efekty fizjologiczne juz w st*eniach nanomolarnych.