Átírás

1 A jelutak betegségei

2 Sejtjelzés folyamata

3 A sejtjelzés alapkomponensei és válaszai Az ion permeabilitás permeabilitás megváltozása DNS/RN DNS /RNS S szi zint ntézis ézis aktiválása/repressziója

4 A sejtjelzés típusai

5 A sejtfelszíni receptor receptorok ok három alaptípusa 1. IonIon-csatorna csatorna-kapcsolt 2. G-protein protein--kapcsolt receptorok 1. Enzi Enzim-kötött receptorok receptor ok

6 A membrán receptor családok hét fő típusa

7 A sejtüzenet lényegi tartalma

8 A sejtjelzésre kiváltott válasz függ az adott sejtben lévő szignálszignáltranszdukcióban résztvevő fehérjéktől

9 Ugyanaz a jel különböző hatást vált ki különböző sejtekben

10 A sejtek közötti kommunikáció és a betegségek A humán betegségek legnagyobb része a sejt kommunikáció zavarából ered A sejtjelzés vizsgálata a modern orvostudományban központi fontosságú Manapság sok betegség gyógyítása szignál terápiának tekinthető Csak néhány példa a sejt kommunikáció zavaraival kapcsolatban : Viagra Szteroidok Rák Diabetesz Alzheimer betegség AIDS Angina Cholera Szamárköhögés

11 Miként működhet a sejtkommunikáció rosszul? Életfunkciók ellátásához testünk sejtjeinek folyamatosan jelzéseket kell küldenie és fogadnia. fogadnia. Mi történik olyankor, ha a sejt nem képes időben jelzést kibocsátani? Mi történik, ha jelzés nem éri el a cél sejtet? Mi történik ha, a célsejt nem válaszol a jelzésre, vagy ha úgy reagál mint ha nem is kapott volna jelzést? Ezek csak néhány egyszerűsített módja annak, hogy milyen problémák léphetnek a sejtjelzésben, betegséget eredményezve A valóságban a legtöbb betegség okozója valamely sejt kommunikációs problémát hoz létre.

12 Jelzés elvesztése A táplálék cukorra bomlik le, amely a véráramba kerül Normál esetben a hasnyálmirigy sejtjei inzulin jelet küldenek a máj, izom és más sejtnek, amely hatására azok cukrot raktároznak későbbi felhasználásra. Az I tipusú I diabetes esetében az inzulin termelő sejtek elpusztulnak. Így az inzulin jelzés is elveszik, amely toxikus szintű cukor koncentráció akkumulációt eredményez a vérben. vérben. A diabetes kezelése nélkül az élet során vesekárosodás, szívbetegség és vakság alakulhat ki.

13 Az inzulin kulcsszerepet tölt be a mind szénhidrát mind a lipid metabolizmusban, de a fehérje és ásvány anyagcserére is jelentős hatása van. AZ inzulin hiány széleskörű pusztító hatást fejt ki sok szervre és szövetre. Amikor a vércukor szint megemelkedik, a sejtek éheznek, energia hiányban szenvednek. szenvednek. Idő multával a magas cukor szint szem, vese, ideg és szívkárosító hatást vált ki. ki. Az inzulin aminosav szekvenciája magas szintű konzerváltságot mutat a gerincesekben ezért a I típusú diabetes állati pankreász eredetű inzulinnal kezelhető

14 Diabetes mellitus is metabolikus betegség, amelyet abnormálisan magas vércukor szint jellemez. Az I. típusú vagy inzulin függő diabetes-t az inzulin termelés hiánya okozza. Leggyakoribb kiváltója a hasnyálmirigy βsejtjeinek autoimmun eredetű pusztulása. Rendszerint gyermek korban kezdődik. A betegség sok akut hatása inzulin kezeléssel kontrollálható. Hasnyálmirigy Langerhansszigetének béta-, (inzulintermelő) sejtjei

15 Az inzulin a vércukorszintet a zsír és izomsejtek általi cukor felvétel megnövelésével szabályozza. A glukóz az étkezéskor a keményítőből, glikogénből vagy szacharózból a vékonybélben történő hidrolízis nyomán kerül a szervezetbe, majd a vérekben abszorbeálódik. Amikor a vércukor szint a normál szint fölé emelkedik a pankreász β-sejtjei inzulint bocsátanak ki a vérbe.

16 Az inzulin dimer membrán receptora tirozin kináz aktivitású. Az inzulin megkötését két extracelluláris alpha alegység végzi. A citoszolban lokalizálódó két béta alegység diszulfid kötésekkel keresztbe kötöttek..

17 Az inzulin alpha alegységhez kötődése kiváltja a receptor dimer kialakulását és beta alegység katalitikus aktivitását, autofoszforilizációját

18 Az inzulin receptor aktiválódása a phosphatidilinozitol-3 kináz (PI-3K) szignál transzdukciós jelutat indítja el. A jelút aktiválja a protein kináz B-t (PKB). PKB aktiválja a glukogén szintetáz 3-t (GSK3), amely alap esetben gátolja glukogén szintetázt. Ha glukogén szintetáz aktív, akkor glukóz monomerekből, glikogén szintetizálódik (máj és izmok).

19 A Protein kinase B a GLUT4 glukóz transzporter membrán felszínére történő szállítását idézi elő. A glukóz beáramlása csökkenti a cukor szintjét. Amikor a glukóz szintje újra a normál szintre csökken a GLUT4 transzporter endocitózissal újra a sejt citoszoljába kerül. PKB

20 Amikor a jel nem éri a célját A velőshüvely szétesés (sclerosis multiplex) (SM) (encephalomyelitis disseminata) egy autoimmun betegség, a központi idegrendszer gyulladásos megbetegedése. Az SM-ben a rosszul működő immunrendszer az idegsejtek nyúlványait körülölelő velőshüvelyt (mielin hüvelyt) támadja meg, feloldja, roncsolja azt. A károsodás következtében az idegrost rosszul működik: lassabban vezeti és/vagy blokkolja az ingerületet.

21 Sclerosis Multiplex a központi idegrendszer autoimmun, gyulladásos megbetegedése

22 Feltételezett oki tényezők: Genetikai tényezők: HLA-DLα-Val az egyénben. Környezeti tényezők: vírusinfekciók (pl.: polio vírus, HSV, rubeola) Jelenleg nem ismeretes, hogy mi ténylegesen kóros folyamatot beindító tényező Epidemiológia Általában életév között a leggyakoribb a megjelenése. A betegség Magyarországon a becslések szerint embert érint, évente új esetet diagnosztizálnak. A világon mintegy 2 millió SM-beteg van. A nők között magasabb a megbetegedési arány. HLA region of Chromosome 6.

23 Amikor jelzésre nem reagál a célsejt Az I és II típusú diabetesznek hasonló tünetei vannak, de eredeti kiváltó ok különböző. Míg az I típusú diabetes esetében az inzulin termelés hiányzik, addig a II típusú diabetes-szes betegek sejtjei inzulin jelzésre válaszképtelenekké váltak. A végeredmény ugyanaz a vércukor szint veszélyes szintet ér el.

24 A II típusú diabetes etiológiája Lecsökken az inzulinra történő válasz - A glükóz felvétel megnő (izom-, zsírsejtek) - Glükóz termelés megnő (máj) Az inzulin rezisztencia pontos mechanizmusa még nem ismert Kialakulásban mind genetikai és környezeti faktorok részt vesznek ( nál több gén járul hozzá a betegség kockázatához) kockázatához) Inzulin receptor utáni defektus (szignál-transzdukció)

25 A II. típusú diabetes Károsodott inzulin hatás β sejtek diszfunkciója/ halála β sejtek Glükóz termelés Glükóz felhasználás Sérült inzulin termelés

26 II. típusú diabetes időbeli kialakulása Inzulin rezisztencia Hyperinsulinaemia Sérült glükóz tolerancia Elhízás -sejt defektus Csökkent inzulin termelés Korai diabetes -sejt elhalás Késői diabetes Adapted from Saltiel AR. J Clin Invest 2000;106:

27 A II. típusú diabetes súlyos betegség Diabeteszes retinopátia A felnőtt kori vakság vezető okozója1 Diabeteszes nephropátia Fő vese károsodás előidéző ok 2 1Fong Sztroke Megnövekedett sztroke kockázat 3 Kardiovaszkuláris betegségek diabeteszes betegek 75%-a halhat meg4 Diabeteszes neuropátia Fő oka az alsó végtagi amputációknak5 DS, et al. Diabetes Care 2003;26 (Suppl. 1):S99 S102. 2Molitch ME, et al. Diabetes Care 2003;26 (Suppl. 1):S94 S98. 3Kannel WB, et al. Am Heart J 1990;120: Gray RP & Yudkin JS. In Textbook of Diabetes Mayfield JA, et al. Diabetes Care 2003;26 (Suppl. 1):S78 S79.

28 Túl sok jelzés Az agyban, a vérerekben a vérkeringés blokkolás sztroke-hoz vezet. Azonnali hatásként a környező idegsejtek elhalnak. Ugyanakkor a legkatasztrofálisabb hatás akkor következik be, amikor az elhalt sejtek nagy mennyiségű glutamát jelmolekulát bocsátanak ki. Az alacsony glutamát koncentráció az agyban sok folyamat szabályozásában részt vesz, ugyanakkor a a magas koncentráció toxikus a sejtekre. A folyamatot excitotoxicitásnak nevezik, a kiszabadult magas koncentrációjú glutamát megöli a sejteket a vérellátásban nem gátolt agy sejteket is, ezzel kiterjedt agyi régió károsodást okozva.

29 Többszörös jelzési hibák A sejt növekedés és osztódás szoros ellenőrzés mellett zajlik (lásd sejtosztódás szabályozása), ennek ellenére létrejöhet hibás sejt kommunikáció. A szabályozatlan sejt osztódás rákos sejtproliferációt eredményez. A rák többféle módon létrejöhet, de minden esetben a többféle jelzés rendszer párhuzamos hibáját igényli. Gyakran akkor alakul ki amikor a sejt olyan képessége alakul ki, hogy szabályozó jelzés nélkül is tud osztódni.

30 Receptor rendellenességek Gs Gi R Gs R

31 Receptor rendellenességek R Gs R PKA

32 Példa: JansenJansen-féle metaphysealis chondrodisplasia Nagyon ritka betegség Oka: parathormon (PTH) receptorának ligand-független aktivációja A PTH funkciója: 1. Fokozza az osteoclastok aktivitását 2. Serkenti a Ca2+ visszaszívást 3. Gátolja a foszfát reabszorpciót

33 Jansen-féle Jansenmetaphysealis chondrodisplasia Tünetek:: Tünetek alacsony növés szabálytalan formájú hosszú csontok magas ívű szájpad kisméretű állkapocs orrüreg garatba vezető nyílásának (choana) szűkülete nephrocalcinozis kiálló szemek

34 G-protein rendellenességek Gs Gi R Gs R

35 G-fehérje kapcsolt receptorok receptor ok A sejt felszíni receptorok legnagyobb családja Kb. 800 különböző G-fehérje kapcsolt receptor létezik a humán genomban Különböző receptorok léteznek a jelzések széles skálájára, beleértve a különböző hormonokat, neurotanszmittereket, lokális jelzés közvetítőket. Példa Példa:: Andrenalin, acetilkolin, szerotonin receptorai

36 G-fehérje kapcsolt receptorok receptor ok Hét membránt átfűző α helix transzmembrán domén tartalmaz A G fehérje (GTP-áz aktivitású) guanine nukleotidokhoz kötődik, GDP-hez vagy GTP-hez. Három különböző polipeptid alegységből áll: α, β, és γ.

37 G-fehérje kapcsolt receptor receptorok ok Hogyan működnek G-fehérje receptor receptorok ok?? G-fehérje receptor receptorok ok trimer GG-fehérjét aktiválnak Az aktivált G-fehérje megváltoztatja a másodlagos jelátvivő molekulák koncentrációját: koncentrációját: rendszerint camp vagy Ca2+ másodlagos jelátvivő molekulák akti tiválják válják a protein kináz kináz enz enzimet imet A protein kináz kináz egy másik enzimet fos oszf zfor oriilál, megváltoztatva annak aktivitását

38

39 camp jelutat érintő betegségek

40 Példa: McCuneMcCune-Albright szindróma Oka: Gs-protein alpha alegysége folyamatosan aktív mutáció intrauterin életben minél hamarabb lép fel, annál több komplikáció: csak 1 adenóma letális

41 McCune--Albright szindróma McCune Tünetek: Tünetek: FSH független hormontermelés a petefészekben ill. herében korai nemi érés Tejeskávé színű foltok Fibrosus displasia súlyos deformációk Gigantizmus Májbetegség sárgaság Hyperparathyroidizmus Hyperthyroidizmus

42 Fibrosus displasia Mauricio Saravia, egy uruguayi költő a betgséggel

43 Betegséget okozó bakteriális jelz jelzés Kolera Vibrio cholerae kontamin ontaminált ált ivóv ivóvííz okozza A vékonybélben a V. cholerae toxint termel A Toxin módosítja a só/víz kiválasztásban működő G fehérjét Nem képes GTPGTP-t hid hidrolizálni Folyamatosan aktív marad - camp termelést indukál A bélháms bélhámsejtek ejtek víz/ion ki kiv választása jelentősen megnő Súlyos diarrhea Gyakran hoz létre halált eredményező kiszáradást, só háztartás összeomlást

44 Bakteriális toxin toxinok ok

45 A Kolera toxin a Gsakovalens módosítását katalizálja A NAD+-ról egy ADP-ribóz kerül a GTPáz Gsaarginint tartalmazó aktív helyére. ADP-ribozilálás meggátoja Gsα GTP hidrolízisét. A stimuláló G-fehérje így folyamatosan aktív marad.

46 Folyamatos aktív jelzés - Kolera Intestinal Lumen H2O, ions Ext Int GTP active Intestinal Cell GDP Toxin inactive camp Copyright 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings H2O, ions Net Effect

47 Bordatella pertussis toxin mint jelzés Pertussis toxin (Szamárköhögés (Szamárköhögés)) a gátló Giacisztein csoportjának ADP ADP ADP--ribo ribozi zillációját katalizálja ezzel lehetetlenné teszi a GDP GTP cserét cserét.. A gátló ösvény akadályozott ADPADP-ribo ribozi zilláció sok fehérje aktivitásának szabályozásban elterjedt mechanizmus, mind eukar eukariiot otákban ákban (emlősökben), mind prokar prokariiotákban tákban..

48 Ligandok abnormális termelődése Jelmolekula Rendellenesség Betegség neve túltermelődés gigantizmus (gyermekkor) GH (growth hormone) tiroxin (T4) akromegália (felnőttkor) csökkent termelés arányos törpeség (gyermekkor) túltermelődés Basedow-kór csökkent termelés kreténizmus myxoedema glükokortikoidok pl:kortizol túltermelődés Cushing-kór mineralokortikoidok pl:aldoszteron csökkent termelés Addison-kór adrenalin,noradrenalin Fokozott termelés pheochromocytoma ADH (antidiuretikus hormon) hiány diabetes insipidus

49 Ligandok abnormális termelődése

50 A ti tirozin kináz receptorok strukturája és funkciója Három funkcionális régió Ligand kötő Transzmembrán Dimerizálódás/kináz aktivitás Copyright 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

51 A ti tirozin kináz receptorok strukturája és funkciója A ligand kötődés konformáció változást hoz létre a - a receptor dimert alakot Copyright 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

52 A ti tirozin kináz receptorok strukturája és funkciója A receptor dimer autofoszforilációra képes, így jön létre az aktív forma Copyright 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

53 A ti tirozin kináz receptorok strukturája és funkciója Az aktív formájában tíz vagy annál több adapter fehérjével tud interaktív kapcsolatot alkotni, amelyeken keresztül a különböző sejtválasz váltható ki Copyright 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

54 Tiro rozzin in--kin ináz áz receptor eceptorok ok és hibás sejt jelzés Egyetlen ligand kötődés sokféle jelutat indítja el. Az abnormalis (mutáns) receptorok jelzés nélkül is dimerizálódhatnak, így bizonyos tipusú rákos folyamatokat el tudnak indítani.

55 PTP--k és a rák PTP A protein tirozin-foszforiláció (PTP) jelentős szerepet játszik a sejt jelzésben. A tirozin-foszforiláció szintjét a a protein tirozin kináz (PTK-k) és protein tirozin foszfatázok (PTP-k ) ellenőrzik. A PTK és a PTP aktivitásának normál egyensúly megbomlása téves tirozin foszforilációhoz eredményezhet, amely számos humán betegség, pl. rák okozója lehet. Számos PTP szerepel az onkogenezis folyamatában és a daganat kifejlődésében, ezek potenciális tumor kemoterápia célpontjai lehetnek

56 PTP--k és a rák PTP PTEN Tumor Suppressor Számos humán tumorban mutáns. Cowden disease DEP1 Tumor suppressor Vastagbélrák érzékenység lokusza Scc1 (QTL in mice) PTPκ Tumor Suppressor Primer CNS limfóma SHP2 Noonan Syndrome Újszülöttek fejlődési rendellenessége (1:2500) Gyomor fekély Helicobacter pylori cél génje Cdc25 Sejt ciklus ellenőrzés Myc cél gén és túlexpresszált primer emlő rákban PRL-3 Metasztázis Túlregulált vastagbélrák metasztázisban FAP-1 Apoptosis Túlregulált daganatoknál, gátolja CD95-mediált apoptózis

57 PTP--k mint gyógyszer célpontok PTP (Szignál terápia) Immunszupresszió Diabetes & Elhízás Autoimmunitás & allergia PTPs Fertőző betegségek Epilepszia Rák

58 Jelzés zavarok a rák kialakulásban A proto proto--on onk kog ogé ének aktivációjának mechanizmusa proto-onkogén --> onkogén

59 Onk On kog ogének ének rendszerint domin dominánsak ánsak (gain of function) A sejtes proto-onkogének amelyek mutáltak (és aktivált ) A sejtes proto-onkogének, amelyet a retrovirusok eltulajdonítottak és az esemény során mutáltak (és aktiválódtak ) A virus-specifikus gének amelyek, celluláris protoonkogénként viselkednek és mutáció által onkogénné ( activated )

60 A protoproto-onkogén onkogén átalakulás eredménye Növekedési faktorok túltermelése A sejtek elárasztása replikációs jelzésekkel A köztes jelutak szabályozatlan stimulálása Megemelkedett transzkripciós faktor szint által vezérelt sejtnövekedés

61 Több évtizedes kutatások során feltárt jelutak Hanahan & Weinberg 2000

62 Szabályozási cél pontok ezrei????????? HERCEPTIN?? STI-571???????

63 MOLECULAR BIOLOGY & INFORMATI INFORMATIKA KA Bioinformatika ~ bp DNA ~ genes ~ protein ~ interaction 1 human cell