Peptydy, które wytwarza twoje ciało

W styczniu 1922 roku czternastoletni Leonard Thompson, umierający na cukrzycę w szpitalu w Toronto, dostał zastrzyk z wyciągu z trzustki. W preparacie była insulina — łańcuch aminokwasów o ściśle określonej kolejności. Od tego wypada zacząć rozmowę o peptydach, które wytwarza twoje ciało: nie od fiolki i wątku na forum, tylko od cząsteczek, które krążą w twojej krwi w tej chwili.

Słowo „peptyd" zrosło się w polskim internecie z jednym obrazkiem: proszek, strzykawka, siłownia. Tymczasem organizm wytwarza kilkadziesiąt własnych peptydów i żaden z nich nie ma z tym obrazkiem nic wspólnego. Cztery z nich — insulina, grelina, oksytocyna i wazopresyna — pokazują rozpiętość tej kategorii i to, jak bardzo liczy się w niej dokładna kolejność liter.

Aminokwas, peptyd, białko — gdzie przebiega granica

Aminokwasy to klocki. Organizm łączy je wiązaniem peptydowym: grupa karboksylowa jednego spina się z grupą aminową następnego. Powstaje łańcuch, który ma początek i koniec, a kolejność klocków w tym łańcuchu to sekwencja.

Czym różni się peptyd od białka?

Tylko długością, i to bardzo umownie. Instytut Biologii Molekularnej Uniwersytetu Queensland podaje, że peptyd to dwa albo więcej aminokwasów, polipeptyd to łańcuch dziesięciu i dłuższy, a granica między peptydem a białkiem leży w okolicach 50–100 reszt. Nikt jej nigdy nie ustalił dekretem — to konwencja, którą różne podręczniki przesuwają w jedną albo drugą stronę. Ten sam ośrodek zaznacza, że większość peptydów w ludzkim ciele jest znacznie krótsza: liczy około dwudziestu reszt.

Insulina, licząca 51 aminokwasów, siedzi dokładnie na tej granicy. Jedne źródła nazywają ją peptydem, inne małym białkiem. Rozdział Endotext o chemii i biosyntezie insuliny traktuje ją jako hormon peptydowy i przypomina, że był to pierwszy odkryty hormon peptydowy w ogóle — zanim John Jacob Abel skrystalizował insulinę w 1926 roku, uważano, że wszystkie hormony są małymi cząsteczkami. Sama cząsteczka nie zmienia się od tego, jak ją nazwiemy.

Insulina: 51 aminokwasów, dwa łańcuchy, trzy mostki

Insulina nie jest pojedynczym sznurkiem. Składa się z dwóch łańcuchów: A ma 21 reszt, B ma 30. Trzymają się razem dzięki mostkom dwusiarczkowym, czyli wiązaniom między atomami siarki w resztach cysteiny. Dwa z nich łączą łańcuchy ze sobą — A7 z B7 oraz A20 z B19 — a trzeci zamyka pętlę wewnątrz łańcucha A, między resztami A6 i A11.

Te trzy mostki to nie ozdoba. Bez nich zostają dwa osobne kawałki peptydu. Dopiero spięte w konkretny sposób tworzą kształt pasujący do receptora insulinowego.

Komórka beta nie produkuje zresztą gotowej insuliny. Najpierw powstaje proinsulina — jeden ciągły łańcuch, w którym odcinki A i B są połączone wstawką zwaną domeną C. Enzym o aktywności trypsynopodobnej tnie ją w miejscach dwuzasadowych i uwalnia dojrzały hormon oraz wolny peptyd C. Odpowiadają za to dwie endoproteazy: PC1/3 oraz PC2.

Czy insulina to peptyd, czy białko?

Zależy, kogo pytasz, i to nie jest wykręt. Przy 51 resztach insulina leży na umownej granicy, więc oba określenia funkcjonują w literaturze. Endokrynologia mówi „hormon peptydowy", bo interesuje ją funkcja i sposób wydzielania. Biochemia strukturalna częściej mówi „białko", bo patrzy na zwinięty, stabilny kształt spięty mostkami.

Historia insuliny to zarazem historia całej chemii peptydów. Zespół z Toronto — Banting, Best, Macleod i Collip — wyizolował ją na początku lat dwudziestych; Nagrodę Nobla z fizjologii lub medycyny w 1923 roku odebrali Banting i Macleod, po czym Banting podzielił się swoją częścią z Bestem, a Macleod z Collipem. Trzydzieści lat później Frederick Sanger ustalił sekwencje aminokwasowe łańcuchów A i B, za co dostał Nobla z chemii w 1958 roku. Dorothy Crowfoot Hodgkin wykonała pierwsze zdjęcia dyfrakcyjne kryształów insuliny w 1935 roku, a strukturę krystaliczną rozwiązała ostatecznie w 1969, pokazując, że hormon występuje jako heksamer złożony z trzech heterodimerów. W 1978 roku David Goeddel, Arthur Riggs i ich współpracownicy z Genentech, pracujący w City of Hope, wytworzyli pierwszą rekombinowaną insulinę ludzką; preparaty Humulin R i N trafiły na rynek w 1983 roku.

Skala zapotrzebowania na tę cząsteczkę jest dziś ogromna. WHO w komunikacie z 12 listopada 2021 roku podaje, że insuliny wymaga dziewięć milionów osób z cukrzycą typu 1 oraz ponad sześćdziesiąt milionów osób z cukrzycą typu 2. Ta sama organizacja stwierdza, że co druga osoba potrzebująca insuliny przy cukrzycy typu 2 jej nie otrzymuje.

Grelina: 28 reszt i głód, który przychodzi o porze

Grelinę opisali w 1999 roku Kojima i współpracownicy na łamach „Nature". Wyizolowali ją z żołądka szczura jako endogennego ligandu receptora GHS-R — tego samego, do którego wcześniej zaprojektowano syntetyczne substancje pobudzające wydzielanie hormonu wzrostu. Ma 28 aminokwasów i powstaje w komórkach X/A-podobnych błony śluzowej żołądka.

Najciekawsza jest w niej modyfikacja, nie długość. Trzecia reszta łańcucha, seryna, nosi przyczepiony kwas n-oktanowy, czyli ośmiowęglowy kwas tłuszczowy. Kojima od razu zaznaczył, że O-n-oktanoilacja przy serynie 3 jest niezbędna do aktywności — bez niej peptyd nie pobudza receptora. Przegląd opublikowany w 2021 roku w „Open Biology" idzie dalej i stwierdza, że grelina jest jedynym znanym lub przewidywanym w ludzkim proteomie białkiem modyfikowanym kowalencyjnie oktanianem. Enzym, który to robi — MBOAT4, znany jako GOAT — zidentyfikowały w 2008 roku dwa niezależne zespoły: Yang i współpracownicy przez nadekspresję kandydatów, Gutierrez i współpracownicy przez wyciszanie genów.

Czy hormon głodu rośnie, bo żołądek jest pusty?

Nie do końca, i to jest w tej cząsteczce najciekawsze. W badaniu Cummingsa i wsp. z 2001 roku („Diabetes") dziesięciu zdrowych ochotników oddawało krew w 38 punktach czasowych w ciągu doby. Poziom greliny rósł niemal dwukrotnie bezpośrednio przed każdym posiłkiem i spadał do wartości minimalnych w ciągu godziny po jedzeniu. Autorzy opisali też zmienność dobową: szczyt o pierwszej w nocy, najniższe wartości o dziewiątej rano.

Mocniejszy jest eksperyment Natalucciego i wsp. z 2005 roku („European Journal of Endocrinology"). Sześcioro zdrowych ochotników o średniej wieku 25,5 roku pościło przez całą dobę, a krew pobierano co 20 minut. Grelina wydzielała się pulsacyjnie, około ośmiu szczytów na dobę, a wzrosty i spontaniczne spadki pojawiały się w porach zwyczajowych posiłków — mimo że tego dnia posiłków nie było. Autorzy podsumowali, że profil greliny na czczo zachowuje rytm dobowy podobny do tego u osób jedzących trzy razy dziennie.

Frecka i Mattes w 2008 roku („American Journal of Physiology — Gastrointestinal and Liver Physiology") porównali dorosłych z krótką przerwą między śniadaniem a obiadem (2,5–3,5 godziny) z tymi, u których przerwa była długa (5,5–6,5 godziny). Szczyt greliny różnił się istotnie między grupami i wypadał przed właściwą dla danej grupy porą obiadu. Cząsteczka zdaje się więc przewidywać spodziewany posiłek, a nie reagować na pustkę w żołądku.

Ci sami autorzy dorzucili obserwację, która psuje ładną opowieść: związek greliny z subiektywnym głodem był silniejszy wtedy, gdy głód wyprzedzał wzrost greliny, a nie odwrotnie. Trudno to pogodzić z tezą, że grelina ten głód wywołuje. Nie wiadomo więc na pewno, czy jest przyczyną, czy jednym z elementów szerszego mechanizmu antycypacji sterowanego przez mózg — autorzy badania na czczo skłaniali się właśnie ku tej drugiej wersji.

Oksytocyna: dziewięć aminokwasów i kłopotliwy przydomek

Oksytocyna to nonapeptyd — dziewięć reszt zamkniętych w strukturę pierścieniową. Powstaje w podwzgórzu, głównie w dużych neuronach magnokomórkowych jądra nadwzrokowego i przykomorowego, których aksony biegną do tylnego płata przysadki. Tam peptyd czeka w pęcherzykach, aż potencjał czynnościowy wyrzuci go do krwiobiegu. Klasycznie odpowiada za skurcze mięśniówki macicy oraz za wyrzut mleka: kurczy komórki mioepitelialne otaczające pęcherzyki gruczołu mlekowego.

Ma też swoje miejsce w historii chemii. Vincent du Vigneaud ustalił jej budowę i zsyntetyzował ją w latach pięćdziesiątych — pracę o syntezie opublikował w 1954 roku w „Journal of the American Chemical Society" — a w 1955 odebrał Nagrodę Nobla z chemii, w uzasadnieniu wprost za pierwszą syntezę hormonu polipeptydowego. To był moment, w którym peptydy przestały być czymś, co da się tylko wyizolować, a stały się czymś, co da się zbudować od zera.

Czy oksytocyna to hormon miłości?

Przydomek jest nieścisły. De Dreu i wsp. opublikowali w 2010 roku w „Science" pracę „The neuropeptide oxytocin regulates parochial altruism in intergroup conflict among humans": trzy eksperymenty z podwójnie ślepą próbą i placebo, w których mężczyźni podejmowali decyzje dotyczące siebie, własnej grupy i grupy konkurencyjnej. Oksytocyna nasilała zaufanie i współpracę wewnątrz grupy oraz agresję obronną — ale nie zaczepną — wobec grupy rywalizującej. Autorzy nazwali ten wzorzec „tend and defend".

Rok później ten sam zespół opisał w „PNAS" serię eksperymentów pod tytułem, który nie zostawia złudzeń: „Oxytocin promotes human ethnocentrism". Oksytocyna nasilała faworyzowanie własnej grupy, a w mniejszym stopniu także deprecjonowanie obcej. Badani pod jej wpływem rzadziej godzili się poświęcić członka własnej grupy dla ratowania większej zbiorowości, a wobec osób z grupy obcej ten efekt nie wystąpił. Bliżej temu do „swoi kontra obcy" niż do miłości.

Literatura o oksytocynie podawanej donosowo bywa przy tym ostro krytykowana. Gareth Leng i Mike Ludwig w tekście „Intranasal Oxytocin: Myths and Delusions" („Biological Psychiatry", 2016) zwracają uwagę, że z ogromnych ilości podawanych do nosa bardzo niewiele dociera do płynu mózgowo-rdzeniowego, za to stężenia obwodowe rosną do wartości ponadfizjologicznych. Piszą też o pomiarach wykonywanych zdyskredytowaną metodologią i o tym, że chęć wiary w skuteczność tej drogi podania jest w tym polu powszechna. Uczciwy wniosek brzmi więc tak: obwodowe działanie oksytocyny jest dobrze udokumentowane, a jej wpływ na ludzkie zachowania społeczne pozostaje przedmiotem sporu.

Wazopresyna: dwie litery różnicy, zupełnie inna robota

Wazopresyna też ma dziewięć reszt. Powstaje w tych samych jądrach podwzgórza, wędruje tą samą drogą do tylnej przysadki, ma tę samą pierścieniową architekturę. Różni się od oksytocyny w dwóch pozycjach: w pozycji 3 izoleucynę zastępuje fenyloalanina, a w pozycji 8 leucynę — arginina.

Dwie reszty na dziewięć. Siedem z dziewięciu jest identycznych. A funkcja rozjeżdża się całkowicie: oksytocyna działa na macicę i gruczoł mlekowy, wazopresyna zarządza gospodarką wodną organizmu, regulując zagęszczanie moczu na poziomie nerki.

Czym wazopresyna różni się od oksytocyny?

Chemicznie — dwoma aminokwasami, w pozycjach 3 i 8. Fizjologicznie — niemal wszystkim. Wazopresyna wiąże się z receptorem V2 na powierzchni podstawno-bocznej komórek głównych cewki zbiorczej nerki i uruchamia kaskadę: białko Gs pobudza cyklazę adenylanową, powstaje cykliczny AMP, ten aktywuje kinazę białkową A, a ona wprowadza kanały wodne akwaporyny 2 do błony szczytowej komórki. Dopiero wtedy woda z moczu pierwotnego może wrócić do organizmu.

Co się dzieje, gdy ten układ zawiedzie, widać w moczówce prostej nerkowej: nerka przestaje reagować na hormon i nie potrafi zagęścić moczu. Mutacje genu receptora V2 odpowiadają — zależnie od opracowania — za około 85 do 90 procent przypadków wrodzonej postaci nerkowej tej choroby; resztę biorą na siebie mutacje samej akwaporyny 2. Cały ten mechanizm zależy między innymi od tego, że cząsteczka ma argininę tam, gdzie oksytocyna ma leucynę.

Dlaczego sekwencja to nie szczegół

Para oksytocyna–wazopresyna jest najlepszą ilustracją zasady, którą trudno przecenić: w peptydzie nie liczy się to, że „jest z aminokwasów". Liczy się, która dokładnie reszta stoi na którym miejscu. Zamień dwie z dziewięciu, a dostaniesz cząsteczkę, która zamiast na macicę działa na cewkę zbiorczą nerki. Insulina dokłada drugą lekcję: nawet przy prawidłowej sekwencji łańcuchy muszą być spięte mostkami dwusiarczkowymi w konkretnych, a nie dowolnych miejscach. Grelina dokłada trzecią — czasem o wszystkim decyduje jedna doczepiona reszta tłuszczowa.

Stąd bierze się laboratoryjna obsesja na punkcie tożsamości i czystości materiału. Spektrometria mas mówi, czy masa cząsteczkowa zgadza się z zakładaną sekwencją. Chromatografia mówi, ile w próbce jest formy głównej, a ile pochodnych o skróconym albo źle złożonym łańcuchu. Dla cząsteczki, w której jedna reszta decyduje o funkcji, to nie jest papierologia.

Analogi peptydów endogennych powstają dokładnie na tej zasadzie: bierze się sekwencję, którą organizm zna, i podmienia w niej wybrane reszty, żeby zmienić trwałość albo powinowactwo do receptora. Tak zbudowane są odczynniki oparte na podwzgórzowym GHRH — CJC-1295 oraz tesamorelina. Nie zmienia się wtedy „rodzaju" cząsteczki; zmienia się konkretne litery i sprawdza, co z tego wynika w probówce.

Co z tego wynika, jeśli oglądasz katalog peptydów badawczych

Po pierwsze: cząsteczki opisane wyżej nie są asortymentem sklepu. Insulina to lek na receptę i jeden z leków podstawowych według WHO. Oksytocyna w medycynie również jest lekiem na receptę, stosowanym w położnictwie pod nadzorem. Analogi wazopresyny należą do preparatów przepisywanych przez lekarza. Żadna z nich nie jest przedmiotem obrotu konsumenckiego.

Po drugie: to, co znajdziesz w sklepie z peptydami badawczymi, to odczynniki laboratoryjne. Liofilizowany proszek przeznaczony do pracy badawczej, sprzedawany z certyfikatem analizy, bez wskazań, bez schematów podawania i bez zastosowania u ludzi. Materiały pomocnicze, w tym woda bakteriostatyczna, należą do tego samego, laboratoryjnego kontekstu.

Po trzecie, i ogólniej: peptydy nie są osobną kategorią „substancji do wstrzykiwania". To normalny język, którym organizm rozmawia sam ze sobą — trzustka z wątrobą, żołądek z podwzgórzem, przysadka z nerką. Insulina, grelina, oksytocyna i wazopresyna to cztery zdania z tego języka, wypowiedziane z bardzo różną intonacją. Wszystko inne, o czym czytasz pod hasłem „peptydy", jest próbą powiedzenia czegoś w tej samej gramatyce.

Materiał ma charakter informacyjny. Wszystkie produkty Polar Peptides przeznaczone są wyłącznie do badań laboratoryjnych i nie do spożycia przez ludzi ani do zastosowań medycznych lub diagnostycznych.