Ch5. pituitary Hormones
l pituitary hormones
pituitary (뇌하수체) : endocrine gland의 master , adrenals , thyroids , gonads 를 controls 한다.
- oral cavity 의 ectoderm 으로부터 만들어짐 , brain 으로부터 neuroectoderm 으로부터 만들어짐.
- 0.5~1.0 g 정도의 size 를 지님.
- 여성의 size 는 pregnancy 과정 중에 larger 하게 된다.
- 1886년에 , Marie : acromegaly(말단비대증) 은 종종 pituitary 의 tumorous condition 과 함께 일어난다.
- Cushing’s disease : hyperglycemia or diabetic mellitus 를 일으키는 corticotrophin 의 elevation -> anterior pituitary 를 제거하면 빠른 회복이 일어난다.
- 여성과 남성의 pituitary gland 는 gonadectomy 로 인해 enlarged 된다.
- Smith : rat 의 hypophysectomy -> complete stasis of growth 그리고 , adrenals , thyroid , gonads 의 빠른 regression 이 일어난다.
[Figure5.1]
l pituitary gland 의 anatomy
pituitary gland (hypophysis)
adenohypophysis
1) pars distalis
2) pars Tuberalis
(1) 과 2) 는 anterior lobe 다)
3) pars intermedia
(2) 은 intermediate lobe 다.)
Neurohypophysis
1) pars nervosa
2) infundibulum
(1) 과 2) 는 posterior lobe 다.)
(intermediate lobe 와 posterior lobe 는 합쳐서 neurointermediate lobe 다.)
[Figure 5.2]
[Figure 5.3]
[Figure 5.4]
[Figure 5.5]
[Table 5.1]
l pituitary 의 hormones
pituitary hormones 의 4 families
1. growth hormone and prolactin
(1) growth hormone
- hypophysectomized young rats 은 adult size 로 자라는 데 실패한다. -> extracts of the pituitary stimulated growth
- somatotropin 은 anterior pituitary 의 wet weight 의 4~10% 를 설명한다.
- GH secretion 이 absence 되면 dwarfism 이 일어난다.
- GH overproduction : acromegalic characteristics 이 일어난다.
(2) prolactin
- mammary growth 와 development 를 regulate 한다.
- PRL production 은 estrogen 에 의해 영향을 받는다. 그리고 pregnancy 동안 PRL 의 level 은 올라간다.
- LH or FSH 와 함께 , corpus luteum 에서 progesterone 의 생산을 stimulate 한다.
l 24시간 동안 PRL 의 Human plasma levels
[Figure 5.6]
l pituitary hormones 의 4 families
2. the glycoprotein hormones : TSH , FSH , LH 는 알파와 베타 subunit 을 지닌다.
(1) thyrotropin(TSH)
- thyroid gland function 의 control
- thermogenesis 의 중요한 역할을 수행한다.
- Metamorphosis 를 유도하는데 책임이 있다.
(2) Lutropin
- ovaries 에서 follicular growth 를 stimulate 한다. 그리고 testis 에서 spermatogenesis 를 증가시킨다.
- LH 는 testosterone synthesis 를 stimulate 시킨다. -> LH 의 action 은 FSH induction 에 의존적이다.
(3) Follitropin
- 남성에게서 FSH 의 역할 : 1) LH receptor population 을 증가시킨다. 2) spermatogenesis 를 stimulate 하기 위해 LH 와 함께 act 한다.
l glycoprotein subunit hybridization studies
[Figure 5.7]
l pituitary hormones의 4 families
3. corticotrophin and 알파-melanotropin : corticotrophin 과 melanotropin 은 some structural similarity 를 공유하는 pituitary 의 hormones 이다.
(1) corticotrophin
- 39 아미노산의 a single linear chain -> species exist 간의 structural differences
- Biological activity 는 1~24 sequence 내에 resides(거주한다)
- ACTH : adrenal steroidogenic tissues 내에서 steroid biosynthesis 를 자극한다.
(2) melanocyte stimulating hormones
- 알파-MSH 또는 알파-melanotropin 은 pituitary 내에 존재한다. -> many animals 의 skin coloration
- 알파-MSH 는 13 아미노산으로 구성된다.
l adrenocorticotropins
[Figure 5.8]
l pituitary hormones 의 4 families
4. neurohypophysial hormones : each neurohypophysial hormones 은 a prohormone 인 oxyphysin 또는 pressophysin 으로부터 만들어 진거다.
(1) oxytocin
- mammary gland 로부터 milk releasing 을 자극한다.
- Uterine contraction 의 자극 -> uterine parturition(출산,분만) 에 있어서 major endocrine stimulus 다.
(2) arginine vasopressin(AVP)
- kidney 의 tubules 을 collect 하는 action 에 의해 water retention 에 필수적인 역할을 수행한다.
- AVT(arginine vasotocin): vertebrate 내에 존재한다.
Ch6. the endocrine hypothalamus
l the neurovascular hypothesis
è pituitary gland 의 embryonic development
- oral cavity 로부터의 ectoderm
- the brain 으로부터의 neuroectoderm
è adrenocorticotropin secretion 은 diurnal rhythm 을 exhibit 해 준다. 그리고 stress 에 의해 방출 된다.
è FSH 와 LH secretion 은 female ovarian cycle 전체에 걸쳐 변동을 거듭한다.(fluctuate 한다) -> burst of LH 는 ovulation 을 개시하기 위해 일어 난다.
è Oxytocin 은 suckling (젖 물기) 에 반응하여 pituitary 로부터 분비된다.
è Pituitary hormone secretion 은 본래 adaptive 하다.
- many animals 내에서의 reproductive cycles -> seasonal change 와 연결되어 있다.
- Weasel’s(족제비) coat color 는 MSH 에 의해 조절된다.
è central nerve system 은 pituitary function 을 control 한다.
l endocrine hypothalamus 의 structure-function
è hypothalamus : thalamus(시상) 아래에 있는 diencephalon(간뇌) 의 basal part 다.
è Hypothalamus 는 brain 의 third ventricle 의 wall and lower part 를 형성한다.
- optic chiasm (시신경 교차)
- tuber cinereum(회백결절)
- infundibulum(누두상부)
- mammillary (유두의) bodies
è endocrine hypothalamus 는 neurosecretory neurons 으로 구성되어 있다. : adenohypophysial function 을 regulate 하는 neurohormones 을 제공한다.
è Hypophysial(하수체성) portal system : the median eminence(중앙 융기) 와 pituitary gland 사이의 vascular link.
l human brain의 cerebral hemispheres 를 통한 frontal section
l hypophysial portal system 의 cannulation(관삽입) 을 위한 기술들
è pituitary hormone 의 secretion 을 유도하는 portal cannulation 에 의한 hypophysiotropin 의 infusion
l hypophysial portal system
l hypophysiotropic hormones
è first hypophysiotropic hormone 은 R. Guillemin 과 A. Sally 에 의해 structurally identified 되었다.
l thyrotropin-releasing hormone (TRH)
- TRH 의 구조는 1996년도에 R. Guillermin 과 A. Sally 에 의해 결정됨.
- 3 개의 A.A 로 이뤄짐 : Glu-His-Pro
- Porcine , ovine , ,bovine , human TRH 의 structure 가 모두 identical 하다.
- Free N-terminal amino group 은 발견되지 않았다.
- Proline 의 free carboxy group 을 protect 하는 것은 natural TRH 에게 정확히 same structure 를 부여해 줬다.
- TRH 는 또한 human, cattle , sheep , rats 내에서 PRL(prolactin) 의 분비를 stimulate 한다.
l TRH 의 c DNA
è TRH precursor 의 c DNA sequence 는 255 A.A 의 proteins 을 해독한다. Gln-His-Pro-Gly 는 5번 일어 난다. 그리고 각 tetrapeptide 는 paired basic residues(Lys Arg or Arg Arg) 에 의해 옆에 위치하게 된다. 그래서 , the prohormone 은 each precursor protein 으로부터 5 TRH molecules 을 만들어 낸다.
l thyrotropin-releasing hormone 의 synthesis
l somatostatin(somatotropin-inhibiting hormone)
è pituitary GH 는 all species 에서 episodically 하게 분비된다. : GH releasing factors와 GH inhibitory factors 는 this effect 에 interact 한다.
è SRIF(somatotropin release inhibiting hormone) 은 GH 에 대해 an inhibitory effect 을 지닌다.
è 28-residue prosomatostatin , putative(추정되는) SRIF precursor 는 isolated 되고 , characterized 되었다. (Fig6.7)
è Somatostatin 은 blood glucose level 을 낮춘다. -> glucagon and insulin secretion 의 inhibition 과 관련이 있다.
è Plasma GH levels 은 stress 후에 fall 하고 7 시간 동안 low 하게 남아 있는다.
l somatostatin and prosomatostatin
l A growth hormone-releasing hormones 의 primary structure
l Somatoacrinin and GnRH
è somatoacrinin (growth hormone-releasing hormone)
- 44 A.A 는 GH secretion 을 stimulate 한다.
- Various species 간의 a high degree of sequence similarities
è GnRH (gonadotropin-releasing hormone)
- GnRH 는 250,000 porcine hypothalamus 로부터의 extracts 로부터 얻어낸 거다.
- GnRH 는 a pulsatile(맥이 뛰는,두근거리는) manner 로 방출되는 듯 보인다.-> GnRH 가 constant secretion 하면 , a desensitization or down regulation 을 초래할지도 모른다.
- LH 와 FSH 는 둘 다 GnRH 의 stimulation 을 통해 same gonadotroph 내에서 합성된다.
- Multiple forms of GnRH 가 존재한다. 그러나 structural similarity 를 지닌다.
l mammalian GnRH 의 Primary structure
l GnRH 의 primary structure
l CRH 의 primary structure
l CRH,PIF and PRF
è corticotrophin-releasing hormone(CRH)
- CRH: investigated 된 the first hypophysiotropic hormones
- ACTH 를 secretion 시키는 걸 stimulating 하는 데 high potency 를 지님.
- Structure 는 species 간에 highly conserved 되어 있음.
è Prolactin-release-inhibiting factor(PIF)
- PRL secretion 은 in pars distalis(pituitary) 에서 일어 난다. 그리고 inhibition 은 hypothalamus 에 의해 controlled 된다.
- PRL 은 corpoa lutea 의 functional activation 과 progesterone biosynthesis 를 위해 필요하다.
- Dopamine(DA) 는 pituitary gland 로부터 PRL secretion 을 막는다. -> PIF 도 DA 고, apomorphine and ergot alkaloids 또한 PIF 라네…..
è Prolactin-releasing factor(PRFL)
- TRH 는 PRL secretion 에 있어서 potent stimulus 다.
l hypothalamic control / hypophysial hormone secretion 에 대한 control
è cold 에 반응하여서 모든 mammals 은 TSH 를 방출한다.
è Stress에 반응하여서 ACTH 는 pituitary gland 로부터 분비된다.
è Mammary glands 를 suckling 하는 게 PRL 과 oxytocin 분비를 stimulate 한다.
è 이와 같은 pituitary responses 는 hypophysiotropic factors 에 의해 regulated 된다. -> brain 내의 neurons 들은 hypophysiotropin 을 regulate 한다. -> neurons 을 분비하면서…..
è CNS neurohormones 의 역할
- monoamine neurotransmitters 와 amino acid neurotransmitters -> serotonin , dopamine , nor-epinephrine , epinephrine
- Histamine , Glycine , Glutamic acid , GABA
l monoamine neurotransmitters
l hypophysiotropin secretion에 대한neurohormonal control
è CRH secretion 을 control
- 많은 또 다른 neurotransmitters 들이 관련되어 있다.
- Stress 는 ACTH secretion 의 potent stimulus 다. -> acethylcholines
è PIF secretion 을 control
- Serotonergic(5-HT) neurons 은 PRL secretion 을 activate 시킨다.
- GABA 는 PRL secretion 을 control 하는 기능을 담당할 수도 있다.
è GH 을 control
- dopaminergic , noradrenergic , serotoneric system 은 GH release 에 참여한다.
è GnRH secretion 을 control
- GnRH 에 대한 control 은 noradrenalin , GABA , glutamate , Angiotensin II , interleukins 1 , interleukins 2 를 포함한다.
- Dopaminergic neurons 은 GnRH 에 stimulatory 하다.
è TRH secretion 을 control
- noradrenergic neurons 은 TSH secretion 을 stimulate 한다.
l Amino acid neurotransmitter
l Somatostatin withdrawal 에 이어 rebound GH secretion 은 GHRH release 를 포함한다.
l Pituitary hormone secretion 을 feed control
l Pituitary cell perfusion system 에 대한 schematic representation
l Long-loop and short-loop mechanisms 과 autoregulation 에 대한 model
l Pituitary thyrotrophs 로부터의 TRH-induced action potentials
l hypothalamic dysfunction 의 pathophysiology
è dopamine 의 overproduction : schizophrenia(정신 분열증)
è dopamine 의 underproduction : Parkinson’s disease (Box , Muhammid Ali)
è TRH 는 neoplastic pituitary cells 로부터 ACTH release 를 stimulate 한다.
è Hypogonadism 과 anosmia(후각소실) : Kallmann syndrome 은 gonadotropic hormones 을 분비하는 데 실패한다. -> GnRH neurons 의 migration 이 실패됨.
è GnRH 가 amenorrheic(무월경의) female 에서 ovulation 을 유도하기 위한 치료로 이용된다.
è Some tumors 는 hypothalamic hormones 을 분비할 수 지도 모른다.
Ch7. neurohypophysial hormones
l neurohypophysial hormones
è 1909년도 : pituitary extracts 가 labor(출산) 을 유도하기 위해 clinical obstetrics 에서 처음 사용됨
è 1910년도 : posterior lobe extracts 가 rapid flow of milk 를 야기시킴.
è 1913년도: posterior pituitary extracts 를 injections 했더니 antidiuresis(항이뇨작용) 이 일어남.
è 1950년도 : oxytocin(OT) , vassopresssin(AVP) 가 separated 됨.
è The neurohypophysis(신경뇌하수체,후엽) : neurohypophysis 는 neural endings 과 associated blood vessels 로 이루어져 있다.
l synthesis and chemistry
è oxytocin(OT) 와 arginine vasopressin(AVP:antidiuretic hormone , ADH) 은 구조적으로 밀접하게 관련되어 있다.
è Oxytocin : milk release 와 contraction of the uterus 를 control 한다.
è AVP(agrinine vasopressin) : water balance 와 관련이 있다.
è AVP 는 3 번과 8번 위치의 phenylalanine 과 an arginine 을 processing 하는 게 Oxytocin 과 다르다.
è Neurohypophysial hormones 은 cell bodies of the pars nervosa 내에 localized 되어 있다.
è Paired supraoptic nuclei(SON) 과 paraventricular nuclei(PVN) 내에서 발견된다.
[Figure 7.1][Table7.1][Figure7.2]
l oxytocin 의 physiological roles
è female 에게 specific 하다 -> pregnant 와 delivers a child 때 필요함
è milk release :
- Oxytocin 은 parturition 후에 milk release 를 control 해 준다 -> suckling 에 의해 stimulated 된다.
- Parturition 때 : cervix 의 dilation 이 a stimulus 가 되기도 한다.
- Auditory and optic sensory stimuli 또한 some animals 에서는 milk let-down 에 영향을 미친다.
- Ovarian hormones 은 pituitary 내에서 the levels of neurohypophysial hormones 에 영향을 미친다 -> estrogen treatment
- Oxytocin 의 major target organ 은 pregnant female 의 mammary gland 다. -> alveola and ductile system
- Oxytocin 은 elements 와 같은 contraction of cellular muscle 을 elicits 시킨다. <increased intra-mammary pressure and expression of milk>
- 3H-labeled Oxytocin 은 mammary gland 의 membrane fraction 내에 존재한다.
[Figure 7.3]
l oxytocin 의 functions
è uterine contraction
- oxytocin 은 the myometrium 을 contract 시킨다.(uterotropin action)
- oxytocin 에 대한 myometrium 의 response는 parturition 에서 maximum 이 되든지 또는 거의 최고가 된다. -> 3H-labeling oxytocin experiment
- estrogen 은 Oxytocin 에 대한 myometrial sensitivity 를 증가시킨다. 그리고 uterus 에서 Oxytocin receptor 의 숫자를 증가시킨다. -> progesterone suppress
- rat uterus 에서 oxytocin m RNA 와 peptide 는 pregnancy 동안 150 배 이상 증가한다. -> uterus 는 Oxytocin gene expression의 major target site 다.
- Oxytocin 은 parturition 의 a local paracrine or autocrine mediator 로 작용할지도 모른다.
- Uterine expression 의 dysfunction 은 premature or delayed labor 의 원인일지도 모른다.
[Figure7.4][Figure7.5][Figure7.6]
l oxytocin 의 function 2
è vascular smooth muscle actions
- smooth muscle 을 contract or relax 시킨다.
- Oxytocin 은 human umbilical arteries 와 veins 을 contracting 할 때 highly effective 하다. 반면에 AVP 는 inactive 하다.
è adenohypophysial function 에서의 effects
- Oxytocin 은 human 에서 stress 에 대한 neuroendocrine response 의 한 부분을 담당할지도 모른다.
- Oxytocin 은 suckling 동안 PRL secretion 을 stimulate 한다.
è maternal behavior
- Oxytocin이 주어진 intact virgin female rats 은 foster pups를 향해 full maternal behavior 를 display 했다. -> estrogen 또한 induce 한다.
- Oxytocin 은 neurons of the brain 내에서 widely distributed 된다. -> maternal behavior 를 activate 시킨다.
[Figure7.7][Figure7.8]
l oxytocin 의 function 3
è mating behavior
- hypothalamus 의 VMN(ventromedial nuclei) 는 feminine behavior 의 control 에 중요하다.
- Estradiol 은 VMN 에서 Oxytocin 을 위한 receptors 를 induce 한다.
è Human sexual response
- sexual arousal 동안 plasma Oxytocin levels 은 증가한다. (organism / ejaculation)
- Oxytocin 은 sperm 과 egg transport 를 enhance 할지도 모른다.
è feeding behavior 을 control
- CCK(cholecystokinin) 은 Oxytocin 의 plasma levels 에서 a dose-related increase 를 야기시킨다. -> hypothalamic nucleus 는 the control of feeding behavior 에서 중요한 역할을 담당한다.
l vasopressin(AVP)
è Osmoregulation(삼투압조절):
- body fluid osmolality (삼투질농도) 가 감소할 때 , AVP levels 이 떨어 진다. ; 이게 a hypotonic urine 을 경유하여 free water 의 secretion 을 야기시킨다.
- body fluid osmolality 가 증가할 때 , AVP 는 방출된다. 그러면서 free water 의 retention 을 stimulate 시키고 , a hypertonic fluid 의 excretion 을 stimulate 한다.
- Osmoreceptors (삼투압수용기) 는 anterior hypothalamus 내에 localized 되어 있다. -> 완전히 neurosecretory cells 로부터 separated 되어 있다.
- Osmoreceptor control mechanism 은 neurohypophysial neurons 의 cell bodies 와 identical 하지도 않고 , intermixed 되지도 않는다.
- Osmostat (삼투압조절중추) 는 plasma osmolality 가 280 mOsm/Kg 으로 떨어질 때 , AVP secretion 이 low or undetectable 하도록 suppressed 되도록 설정되어져 있다.
[Figure7.9]
l plasma vasopressin 에서 osmalality 의 effect of alterations
[Figure7.11]
l vasotocin(AVT)
è AVT 는 non-mammalian vertebrate 의 pituitary gland 에 존재한다.
è Sexual behavior :
- AVT 의 injection 은 salamander(도롱뇽) 의 sexual behavior (amplectic clasping)를 induce 한다. -> antagonist 에 의해blunted 된다. 또는 AVT 에 의한 antibody 에 의해 blunted된다.
è oviposition
- AVT 는 oviductal muscle contraction 을 regulate 한다.
- AVT 는 onset of oviposition 에 선행하여 극적으로 증가한다. 그리고 oviposition후에 빠르게 감소한다.
l olive Ridley sea turtles 에서의 mean serum AVT levels
l hormone action 의 mechanism
è oxytocin
- uterine contraction
- oxytocin 과 estrogen 은 ovine uterus 에서 PGF2알파 의 synthesis 를 stimulate 한다.
- Myometrial contractions 은 또한 endometrial PGF2알파 production 을 유도한다.
- Prgesterone 은 rats 에서 estrogen action 을 antagonize 한다.
è vasopressin
- AVP receptor 는 diverse functional , biological properties 를 display 한다.
- 4 subtypes of receptors 가 distinguished 된다.
l uterine smooth muscle 내의 contraction 의 scheme
l hormone action 의 mechanisms-2-
è 1st type : Renal AVP receptor (V2-type) 는 adenylate cyclase 와의 functional coupling 을 위한 first membrane receptors 였다.
è 2nd type : liver 에서 AVP receptor (V1a-type)
è 3rd type : adenohypophysis (V1b-type)
è 4th type : uterus and mammary gland 의 oxytocin (OT) receptors -> intracellular Ca2+ 를 mobilize 하기 위해 increased inositol turnover 를 통해 act 한다.
è AVP 와 oxytocin 은 overlapping pharmacological properties 를 지닌다.
è Water-selective channels 의 cloning 은 renal water transport 의 molecular basis 를 revealed 함. : AQP1 , AQP2 , AQP3
l AVP and oxytocin 의 some analogs 의 relative potencies
l kidney 에서 AQP2 의 immunolabeling
l AQP2 와 AQP3 의 distribution
l Pathophysiology
è diabetic insipidus : AVP 를 합성하거나 방출하지 못한다. -> kidney 가 water 를 conserve 하는 능력이 감소한다.
è Nephrogenic AVP-resistant diabetic insipidus (NDI) : urinary concentration mechanism 에서의 defect
è Syndrome of inappropriate vasopressin secretion : plasma osmolality or volume 과의 relationship 없이 continual AVP release -> a maximally dilute urine(비정상적 오줌) 을 excrete 한다.
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- 케노시스
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