A sejtműködés szabályozási lehetőségei

Átírás

1 A sejtműködés szabályozási lehetőségei valójában a fehérjefunkció szabályozását jelentik Hatástartam Transzkripció mrns mennyiség hosszú Poszttranszkripció mrns élettartam hosszú Transzláció szintetizálódó fehérje mennyisége hosszú Poszttranszláció fehérjemennyiség, hely és aktivitás rövid-hosszú (mikro)kompartmentalizáció (irányítás) rövid-hosszú poszttranszlációs módosulás nonkovalens (allosztérikus) kovalens (foszforiláció) fehérjelebontás - aggregáció rövid közép irreverzíbilis Sőti Csaba,

2 A poszttranszlációs módosulások típusai Enzimatikus aminosav Fehérje tekeredés, PPIáz - Fehérje splicing (Cys) Transzamidáció (Gln-Lys) Prosztetikus csoport (Lys, Cys, His, Tyr) Acetiláció (Lys) Limitált proteolízis bárhol Foszforiláció (Ser, Thr, Tyr) Karboxiláció (Glu) Metiláció (Lys, Glu, His) Glikoziláció (Ser, Thr, Asn, Hyl) Lipidmodifikáció (Cys, Ser, Gly) Diszulfid-hidak (Cys) Hidroxiláció (Pro, Lys) Sőti Csaba,

3 A poszttranszlációs módosulások típusai Nem-enzimatikus aminosav Oxidáció (Cys, Met, Lys, Arg) Glikáció (Lys, Arg) Lassú szerkezetváltás - Sőti Csaba,

4 A poszttranszlációs módosulások hatásai Enzimatikus Mennyiség: élettartam Szerkezet: 1D, 2D, 3D, 4D Stabilizáció Aktivitás (Immun)felismerés: Lokalizáció: (mikro)kompartmentalizáció Kölcsönhatás más, kis- vagy nagymolekulákkal Nem-enzimatikus denaturáció funkcióvesztés aggregáció Sőti Csaba,

5 Limitált proteolízis (f)met eltávolítása (N-terminális N-acetilációja: Cα-NH-CO-CH 3 ) élettartam, mirisztoiláció Szignálszekvenciák eltávolítása (ER, mitokondrium) prefehérjék Profehérjék-proenzimek, egyéb fehérjék aktivációja emésztőenzimek, extracelluláris vázfehérjék, polipeptid hormonok Több peptidből álló polifehérjék szétvagdalása (peptidhormonok, vírusfehérjék, ubikvitin) HIV-proteáz inhibitorok az AIDS kezelésében Sőti Csaba,

6 Foszforiláció-defoszforiláció ATP ADP kináz Szűk szubsztrátspecificitás, felismerési motívumok, aktivitás általában indukált fehérje fehérje P töltésváltozás: szerkezet, aktivitás, fehérje-egyéb molekula kölcsönhatás P i foszfatáz H 2 O Széles szubsztrátspecificitás, irányító alegységek, aktivitás általában konstitutív Sőti Csaba,

7 Foszforiláció-defoszforiláció Kináz kaszkád: Amplifikáció és divergencia kináz 1 kináz 2 kináz 3 kináz 4 kináz 5 kináz 6 kináz 7 Sőti Csaba,

8 Karboxiláció, metiláció K-vitamin-dependens. Alvadási faktorok Ca-foszfolipid-kötését teszi lehetővé. Donor: S-adenozil-Met Izomfehérjék, kalmodulin Ca-kötését befolyásolja. Sőti Csaba,

9 Lipidmodifikáció Nem-membránfehérjék kihorgonyzása a membránhoz Belső membránfelszín: -- zsíraciláció (palmitoil- mirisztoil-) -- izopreniláció (farnezil-, geranilgeranil-) bent kint Külső membránfelszín: GPI-horgony (ER) Sőti Csaba,

10 Zsíraciláció Donor: zsíracil-koa példa fehérje: Palmitoiláció (C16): rodopszin, ras -- láncközi Cys vagy Ser (tio-)észter -- plazmamembránba irányít Mirisztoiláció (C14): -- N-terminális Gly amid v-src -- plazmamembránba, sejtmagba, mitokondriumba, citoszolba irányít Sőti Csaba,

11 Preniláció ras farnezil-pp PP ras C A A X Cys-SH Val Leu Ser COO - SAH SAM Cys-S Val Leu Ser COO - proteáz ras ras Cys-S CO Cys-S COO - CH 3 C C X X C C X X C X C C C Geranilgeraniláció (rab) Sőti Csaba,

12 Glikozil-foszfatidilinozitol horgony Donor: preformált GPI-egység C Tulajdonságok: gyors laterális mozgás (nincs citoszkeletális kapcsolat) aspecifikus szolubilizáció (PLC) fehérje irányítás Sőti Csaba,

13 A fehérjék célbajuttatása Vezikuláris transzport ER-ből, sejtfelszínről Membrántranszport citoszolból - mitokondrium - kloroplaszt Golgi - szekréció - lizoszóma - membrán - sejtmag - peroxiszóma Sőti Csaba,

14 A fehérje membrántranszport általános jellemzői ER, mitokondrium, kloroplaszt, (peroxiszóma, nukleusz): A fehérje kitekert állapota stabilizálódik Irányító szekvencia Receptor - dokkoló fehérje A fehérje kitekert állapotban jut át egy csatornán Makroerg kötések (és elektrokémiai potenciál) terhére A szignálpeptidet egy peptidáz eltávolíthatja A fehérjét dajkafehérjék tekerik be, szerelik össze Sőti Csaba,

15 A mitokondriális fehérje transzport általános jellemzői Kitekerő/stabilizátor: Preszekvencia Receptor - dokkoló fehérje: Csatorna: Makroerg kötések: Szignálpeptidáz: Dajkafehérjék: Hsp70, MSF N-terminális bázikus + hidroxi- Tom (transporter of outer membrane) Tom/Tim (tr. of inner membrane) mhsp70 (Grp75) ATPáz, H + -grad. Van Grp75, mhsp60 Sőti Csaba,

16 Mitokondriális fehérje transzport Sőti Csaba,

17 A nukleáris fehérje transzport általános jellemzői Kitekerés (NLS kibontás): Nukl. lokalizációs szignál nukl. export szignál Receptor - dokkoló fehérje: Csatorna: Makroerg kötések: Szignálpeptidáz: Dajkafehérjék: natív fehérjék (dajkafehérjék) belső bázikus mono- v bipartit többféle, Leu-gazdag Importin α, β ; exportin 1 Nukleáris pórus komplex ATP/GTP (Ran) szükséges Nincs nem ismeretes Sőti Csaba,

18 A nukleáris pórus komplex szerkezete 10 nm Mw = 125 MDa! Sőti Csaba,

19 Nukleáris fehérje transzport Szubnukleáris kompartmentek: Magvacska: bázikus-gln-bázikus Magmembrán: Cys-alifás aminosavak Ran Bejutás (NLS expozíció): konstitutív (magi fehérjék) indukált (transzkripciós faktorok) -- foszforiláció (jun) -- ligandkötés (szteroid receptor) -- inhibitor disszociáció (NFκB) Sőti Csaba,

20 Az ER fehérje transzport általános jellemzői Kitekerő/stabilizátor: Szignálszekvencia Receptor - dokkoló fehérje: Csatorna: Makroerg kötések: Szignálpeptidáz: Dajkafehérjék: Riboszóma-SRP N-terminális hidrofób + bázikus SRP-SRP receptor Traszlokon (TRAM) ER Hsp70 (Bip, Grp78) ATPáz Van Grp78, ER Hsp90 (Grp94, Gp96) SRP: (signal recognition particle): ribonukleoprotein Sőti Csaba,

21 ER szignálszekvencia aminosav hosszú -- bázikus (kék) ill. hidrofób (sárga) oldalláncok -- szignálpeptidáz A/G mellett hasít -- belső szignálpeptid = stop-transzfer szekvencia: TM hélix Sőti Csaba,

22 A fehérjék bejutása az ER-be SRPR GTPáz: TRAM-riboszóma/fehérje asszociáció Sőti Csaba, Grp78 behúz, majd beteker (ATP)

23 Poszttranszlációs módosulások az ER-ben Szignálszekvencia lehasítása (A/G-X) γ-karboxiláció (Glu) Peptidkötés izomerizáció: PPIáz (X-Pro) Glikoziláció (Ser, Thr, Hyl, Asn) Lipidmodifikáció: GPI (Cys) Diszulfid-hidak, PDI (Cys) Hidroxiláció (Pro, Lys) Sőti Csaba,

24 Glikoziláció az ER-ben/Golgi-ban Cél: fehérje betekeredés, irányítás, stabilitás, funkció, antigenitás Meghatároz: fehérje 3D szerkezet, endoszóma enzimkészlet Aktivált prekurzorok: UDP-monoszacharidok (CMP-NANA) N-glikoziláció (Asn) O-glikoziláció (Ser, Thr, Hyl) Sőti Csaba,

25 O- és N-glikoziláció Sőti Csaba,

26 Glikoziláció az ER-ben/Golgi-ban N-glikoziláció (Asn) ER: core glikoziláció (14 tagú oligoszacharid: GluNAc, Man, Glu) Golgi: pentaszacharid marad, Fuc, GluNAc, Gal, NANA általában hosszabb szénhidrátláncok O-glikoziláció (Ser, Thr, Hyl) monoszacharidok egyesével rakódnak fel (cisz - transz-golgi) Gal, GalNAc, NANA általában rövidebb szénhidrátláncok vércsoportok Sőti Csaba,

27 Glikoziláció az ER-ben: core-glikoziláció Sőti Csaba,

28 Glikoziláció az ER-ben: core-glikoziláció tunicamycin Asn-X-Ser bacitracin Sőti Csaba,

29 Fehérjetekeredés az ER-ben: minőségi kontroll Dajkafehérjék: kalnexin, kalretikulin kalnexin kalnexin ER lumen Citoszol Glu glukozidáz tekeredési ciklusok glukoziltranszferáz exportkész α1-antitripszin "hiány": valójában K/E pontmutáció KK: májzsugorodás (cirrhosis), tüdőtágulás (emphysema) PT: tekeredési zavar Sőti Csaba,

30 Fehérjeirányítás az ER-Golgi rendszerből (vezikuláris transzport) ER - cisz-golgi: C-term. KDEL: retrográd transzport cisz-transz Golgi: membránhélix: retrográd transzport transz Golgi: plazmamembrán, konstitutív (alapértelmezés) (membrán- v. szekréciós fehérjék) plazmamembrán, indukált szekréció (szekretogranin-ca 2+ koaggregáció) primer lizoszóma: mannóz-6-p ER plazmamembrán, receptormediált endocitózis: (receptor citoszolikus szignál, pl. LL, YXXΦ) Sőti Csaba,

31 Fehérjeirányítás a lizoszómába: mannóz-6-p Hidroláz Man foszfotranszferáz Man6P receptor cisz-golgi transz-golgi, ph 6.5 endoszóma ph 5 M6P-foszfatáz receptor Man lizoszóma II. mukolipidózis (I-sejt betegség): foszfotranszferáz hiány, AR KK: mentális retardáció, vázproblémák, ízületi merevség, halál PT: nagy lizoszómák, enzimek az extracelluláris térbe Sőti Csaba,

32 Receptor-mediált endocitózis Receptor: transzmembrán glikoprotein Membrán: burkos gödör (klatrin) Burkos vezikulum (klatrin ketrec) Eltávolítás: Hsp70 (ATP) Endoszóma: szortírozás (ph 5) reciklizáció vs. lizoszóma Lizoszóma: degradáció Sőti Csaba,

33 Receptor-mediált endocitózis Receptor Fehérje Példa transzferrin LDL EGF Familiáris II. Hiperlipoproteinémia (LDL-receptor "hiány") KK: hiperkolesterinémia, ateroszklerózsi, trombózis, szívinfarktus, halál a 20-as évek elején PT: pl. LDL rec. mutáns nem internalizálódik Sőti Csaba,

34 A vezikuláris transzport molekuláris mechanizmusa 1., vezikula kialakulás 2., leszakadás 3., burok depolimerizáció, transzport 4., vezikula fúzió Sőti Csaba,

35 A vezikula kialakulása Sőti Csaba,

36 A vezikuláris transzport molekuláris mechanizmusa 1., vezikula kialakulás: burokfehérjék Vezikula Burok/adapter fehérje G-fehérje Transzport iránya Klatrin klatrin/ AP1 ARF Golgi-endoszóma Plazmam.-endoszóma Golgi-lizoszóma, retrográd Golgi, Golgi-ER ER-Golgi Vezikula tartalom: fehérjék burok-adapterkötő szekvenciák pl. KDEL receptor: KKXX, COP αβ kötés 2., vezikula leszakadás: dinamin GTPáz Sőti Csaba,

37 A vezikuláris burok kialakulása Mg 2+, adapterek Hsp70 ATPáz klatrin triszkelion trimer polimer Sőti Csaba,

38 A vezikuláris burok SEM képe Sőti Csaba,

39 A vezikuláris transzport molekuláris mechanizmusa 4., vezikula fúzió GTP NSF ATPáz prefúzió GTP NSF: N-etil-maleimid szenzitív faktor SNAP: szolubilis NSFasszociált proteinek T-SNARE: target SNAP receptor NSF, GDP GTP V-SNARE: vezikula SNAP receptor GTP Rab: kis G-fehérje disszociáció fúzió Sőti Csaba,

40 Hogyan fertőz az influenza? Sőti Csaba,

41 A fehérjék végzete: nonszelektív degradáció A fehérjék élettartama: 30 s nap Rövid életű fehérjék: kulcsenzimek, ciklinek hibás, károsodott fehérjék Lebontó apparátus: Citoszolikus ATPfüggő rendszer Hosszú életű fehérjék: pl. struktúrfehérjék Membránfehérjék Extracelluláris fehérjék Lizoszóma Éhezés, inaktivitás (Szelektív degradáció: kalpainok, kaszpázok) Sőti Csaba,

42 A citoplazmatikus fehérjebontás mechanizmusa 1., A halálra ítélt fehérjék megjelölődnek: (poli)ubikvitiniláció E1: ubikvitin aktivátor, E2, E3: fehérjespecifikus ligáz 2., A megjelölt fehérjéket a 26S proteaszóma lebontja, ATP hidrolízise szükséges, az ubikvitin felszabadul Sőti Csaba,

43 A 26S proteaszóma szerkezete ATP-függő, ubikvitin felismerő sapka 20S multikatalitikus proteáz Sőti Csaba,

44 Mi határozza meg a fehérjék életkorát? A./ Regulációs lebontás: 1., N-terminális szabály: N-terminális aminosavak ubikvitinilációs hajlama Stabilizáció (t 1/2 > 30 óra) Met, Gly, Ala,, Ser, Thr, Cys Destabilizáció (t 1/2 < 3 perc) Arg, Lys, Phe, Leu, Trp 2., PEST (pestis) hipotézis: belső, PEST-gazdag szekvenciák 3., egyéb szekvenciák B./ Hibás fehérjék lebontása: dajkafehérjék Sőti Csaba,

45 Halhatatlan fehérjék - halandó emberek Konformációs betegségek Fehérje instabilitás - α β konverzió Funkcióvesztés: hiánytünet a funkciót igénylő sejtekben Aggregáció: tünet a posztmitotikus sejtekben (neurodegeneráció) Fehérjetípus Betegség Tünetek Prion Creutzfeld-Jacob dementia kergemerha, stb. Poli-Gln Huntington-kór dementia és mozgászavar β-amiloid Alzheimer-kór dementia α1-at májcirrhosis és emphysema Antitrombin trombózis Sőti Csaba,

46 Miért romlik fehérjéink egészségi állapota? Miért több a sorvasztó betegség? Mert: - nincs genetikai szelekció ("az emberiség degenerálódik") - hoszabb ideig élünk - dajkafehérjéink túlterheltek - és edzetlenek Megoldás: - dajkafehérjéink edzése: STRESSZ!!! Sőti Csaba,

47 Hogyan stresszelhetjük szervezetünket megfelelően? A hosszú élet titka folyamatos túlzott STRESSZ időleges enyhe KOR Sőti Csaba,

48 Vizsgatételek A trns szerepe, szerkezete, aminoacil trns szintetázok, kodon-antikodon kapcsolat. A riboszóma ciklus, riboszómák szerkezete, a trns kötődése a riboszómákhoz a transzláció során. A transzláció iníciációs szakasza prokariótákban és eukariótákban. Az eif2 faktor foszforilációjának szerepe a transzláció szabályozásában. A transzláció elogációs szakasza prokariotákban és eukariotákban, terminálás. A fehérje szintézis gátlószerei. A fehérjék glikozidációjának mechanizmusa. Poszttranszlációs módosulások. A fehérjék transzportja a sejten belül. Sőti Csaba,