Jelátviteli folyamatok az immunrendszerben, immunreceptorok

Átírás

1 Jelátviteli folyamatok az immunrendszerben, immunreceptorok A jelátvitel alapfogalmai, a jelátadás módjai G fehérjékhez kötött receptorok jelátvitele Enzimekhez kapcsolt jelátadási mechanizmusok, jelátviteli molekulák szerkezeti egységei: az SH2, SH3, PTB és PH domének Tirozin kinázok, és foszfatázok A ras/ MAP kinázok, PKC és a foszfatidil inozitol foszfátok által közvetített jelátadás A B-sejtek antigénfelismerő receptora (BCR), BCR közvetített jelátvitel Őszi szünet A T-sejtek antigén felismerő receptor komplexe (TCR) TCR közvetített jelátvitel Fc receptorok szerkezete és jelátadási módjaik A citokin receptorok és jelátadási módjaik. Komplement receptorok Toll-szerű receptorok (TLR) jelátviteli mechanizmusai. Adhéziós molekulák NK sejtek receptorai, és jelátvitelük. Az apoptózishoz vezető jelátvitel Konzultáció

2 Az ajánlott irodalom: Immunológia tankönyv (Medicina, 2012), Molecular Biology of the Cell (Hunt, Raff, Roberts, Johnson and Lewis) Chapter 15. Cell Communication General Principles of Cell Communication Signaling through G-Protein-Linked Cell- Surface Receptors Signaling through Enzyme-Linked Cell- Surface Receptors Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, 3rd, Completely Revised Edition Gerhard Krauss ISBN:

3 Közlemények száma A jelátvitel gyakorisága közleményekben 2016: ,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Jelátvitel és sejt terminológiát használó közlemények aránya 1994: A.G.Gilman, M. Rodbell: Nobel díj: G proteinek

4 Nobel Prize in Physiology or Medicine for 1992 jointly to Edmond H. Fischer and Edwin G. Krebs for their discoveries concerning "reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism". Alfred G. Gilman and Martin Rodbell for their discovery of "G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells" The discoverers of NO as a signal molecule are awarded this year's Nobel Prize. Robert F Furchgott 1998 The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award The Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2000 jointly to Arvid Carlsson, Paul Greengard and Eric Kandel for their discoveries concerning "signal transduction in the nervous system" Voltage gated K+ channel: Roderick MacKinnon using X-ray crystallography won a share of the 2003 Nobel Prize in Chemistry.

5 The Nobel Prize in Chemistry 2012 was awarded jointly to Robert J. Lefkowitz and Brian K. Kobilka "for studies of G-protein-coupled receptors" US National Library of MedicineNational Institutes of Health Search database

6 SEJTEK KÖZÖTTI KOMMUNIKÁCIÓ Szekretált molekulák által közvetített jelátadás (signaling) jeladó sejt célsejt, target sejt jelátadó molekulák receptorok Pl: citokinek citokin receptorok Jelátadás membránhoz kötött molekulákkal Sejtek közötti jelátadás (intercellular signaling)

7 Sejtfelszíni receptor + hidrofil jelátadó molekula A sejten kivüli jelátadó molekulák a sejtfelszíni, vagy intracelluláris receptorokhoz kötődnek kis, hidrofób jelátadó molekula vér hordozó fehérje intracelluláris receptor (sejtmagban, vagy citoplazmában) Pl: ösztrogén receptor

8 A jel FELISMERÉSE : specifikus RECEPTOROKKAL más sejtekből, vagy a környezetből érkező jelek felfogására RECEPTOROK: transzmembrán fehérjék, glikozil-foszfatidil inozitol (GPI) horgonyzott fehérjék intracelluláris receptorok JEL sejt válasz: -intracelluláris másodlagos jelek láncreakciója -korai aktiválódási génexpresszió -aktiválódás- növekedés és differenciáció -anergia -sejthalál

9 Receptorok fajtái: sejten belüli: transzkripciós faktorok aktiválása, génátírás sejt felszíni: vízoldékony ligandum másodlagos hírvivők sejten belüli koncentrációja nő

10 Az intercelluláris jelátadás típusai Endokrin Parakrin Autokrin Sejt-sejt

11 Endokrin és szinaptikus jelátadás összehasonlítása azonos ligandum különböző ligandumok

12 Autocrine signaling Signaling via gap junctions sejtek koordinált válasza

13 Sejten kivüli jelátadó molekulák: ligandumok Egysejtűek - élesztő: mating faktor (peptid) haploid partner sejt proliferációját gátolja haploid sejtek fuziója Magasabb rendű élőlények: -fehérjék, aminosavak, nukleotidek, zsirsav származékok, szteroidok, gázok (NO) -jelet adó sejtből exocitózis vagy diffúzió útján szabadulnak fel -kis koncentrációban hatnak (10-8 M) Receptor- ligandum kötődés: Affinitás: kötődés 10-8 M/l ligandum koncentrációnál - nagy affinitás > 10-8 M - alacsony affinitás

14 Affinitás jellemzője: Kd: disszociációs konstans P:protein (receptor), L:Ligandum, C: receptor-ligandum komplex koncentrációja Általában: [A], [B], koncentráció és [A x B y ] az AB komplex koncentrációja K d : Biotin-avidin: M IgG-FcgRI: 10-7 M IgE-FceRI: M

15 Többféle jel együttesen határozza meg egy sejt sorsát Túlélés Osztódás Differenciálódás Bizonyos jelek a túléléshez, más jelek kombinációja sejtosztódáshoz vezet A sejtek jel hiányában elpusztulnak (programmozott sejthalál) Programmozott sejthalál

16 Receptorok az immunrendszerben: A felismert molekula szerint: -antigén felismerő receptorok - növekedési faktor receptorok - citokin receptorok - adhéziós molekulák - komplement receptorok - Fc receptorok - NK receptor - killer inhibitor receptor (KIR) - mintázat felismerő receptorok (Toll-szerű receptorok) A receptor felépitése szerint : -egy fehérje lánc -több alegység (Multi subunit Immune Recognition Receptors - MIRR) külön ligandum kötõ és jelátvivõ alegység A kódoló gén szerint: -immunglobulin szupergéncsalád, TNFR család etc.

17 A receptorok körforgása nem permanensen vannak jelen a plazmamembránban. a ligandum által elfoglalt receptotorok a clathrin-coated pits - be kerülnek, amely a receptorokat a sejt belsejébe viszi, internalizáció (endocitózis). Clathrin-coated pits clathrin-coated vezikulumok, továbbítják az internalizálódott receptorokat az endoszómákba Itt történik a receptor válogatás, sorting. A receptorok egy része a lizoszómákba kerül és lebomlik, más részük visszakerül a sejtmembránra (reciklizálódik) Mi a szerepe az endocitózisnak? a válasz mértékének szabályozása (sejtfelszíni / internalizált receptorok) A válasz specifitásának szabályozása (sejtfelszíni és intracelluláris receptorok más jeleket közvetítenek)

18

19 Nature 416, (2002). Switching off signalling: the dual role of the Cbl protein. a, Binding of a growth factor to its receptor is followed by b, receptor dimerization and self-phosphorylation on several tyrosine amino acids. c, Cbl is a signalling protein that anchors at specific phosphorylated tyrosines. It promotes the uptake of activated receptors through internalization of clathrin-coated membrane pits. Two activities of Cbl are needed. d, First, it attracts ubiquitin-loaded E2 molecules, which tag receptors with ubiquitin. The receptors can then be recognized and sorted into clathrin-coated areas. e, Second, Cbl attracts an endophilin CIN85 complex. Endophilin catalyses the conversion of lysophosphatidic acid to phosphatidic acid. This allows the inner leaflet of the plasma-membrane bilayer to adopt an extreme inward curvature, which might favor invagination and scission. f, The growth-factor receptor complexes are transported to the lysosome and degraded.

20 A jel terjedésének mechanizmusa: sejten belüli jelátadás A LIGANDUM-RECEPTOR kölcsönhatás Biológiai hatást vált ki =>A jeladó komplex aktiválása. megváltoztathatja az a jelpálya részét képező effektor fehérjék szerkezetét, elhelyezkedését, vagy funkcióját -A jelpálya a jelátviteli hálózat része => információs vektor sejtmag Sejtek koherens módon válaszolnak a jelek összességére

21 Sejten kívüli ligandum által aktivált, egyszerű, sejten belüli jelpálya Sejten belüli jelátadó molekulák

22 Jelátviteli hálózat

23 A jelátviteli mechanizmus összetevõi: jelátadó molekulák : ligandumok (sejten kívüli jelátadó molekulák) specifikus receptorok sejten belüli jelátadásban résztvevő molekulák : * GTP kötő fehérjék * protein kinázok * protein foszfatázok * más enzimek:plc, PI3K * adapter molekulák, állvány fehérjék

24 Különböző sejtek ugyanarra a jelre másként válaszolhatnak: ugyanaz a ligandum más receptorhoz kötődik más jelátvivő rendszerhez kapcsolódó receptorhoz kötődik Példa az immunológiából: Fcg receptorok Ligandum: IgG

25 Néha ugyanaz a receptor aktiválhat ellentétes biológiai hatásokhoz vezető jelpályákat is Trends in Cell Biology 2001, 11:

26 Különböző receptorok használhatnak azonos jelátviteli elemeket Transmembrane Signaling Growth Factor Receptor Insulin IGF-1, IRR Receptor Cytokine Receptor Complex (Il-2, Il-7, Il-9, IL-13) Growth Hormone Receptor IFN Receptors py py PM py Y py SH-2 SH-2 py py py py py Janus Kinase py py Janus Kinase py py py py Janus Kinase Specifitás? SH2 SH2 SH2 N PTB Y SH2 C N PH PTB YICM YMPM YVNI YIDL C NPXpY Shc NPXpY IRS-1 SH2

27 A jelátadás dinamikus folyamat a jelátadó molekulák (egyébként a citoplazmában) a sejtmembrán belső felén elhelyezkedő jeladó (signaling) komplex közelében csoportosulnak a plazma membrán közelében vagy a citoszólban elhelyezkedő fehérjék a sejtmagba helyeződnek át a megfelelő stimulus hatására példák: -Protein kináz C (PKC) áthelyeződik a citoszólból a membránba, amikor a [Ca 2+ ] i és a DAG szint növekszik. -MAPK áthelyeződik a citoszólból a sejtmagba sejten kívüli stimulusok hatására

28 A jelátadás leállítása: A jelátadás reverzibilis folyamat -A sejten kívüli jelek arra késztetik a sejtet, hogy reagáljon és alkalmazkodjon az állandóan változó külső környezethez, ezért a jelnek reverzibilisnek kell lennie A jelátadást leállítja: -foszforiláció/defoszforiláció: protein kinázok és foszfatázok: i. Receptor deszenzitizálás Ser/Thr foszforilációval ii. Receptor inaktiváció (pl. az autofoszforilációs hely tirozin maradékának defoszforilációja) iii. Az effektor kötő hely deszenzitizálása (pl. YMXM motívum) iv. Az effektor molekulák foszforilációja, disszociáció a receptortól (pl. Ser/Thr foszforiláció Grb/Sos, vagy IRS proteinek) v. Az intermedier kinázok (pl. Phosphorylase kinase, MAPK) inaktiválása -A ligandum eltávolítása a keringésből -Receptor lebomlása

29 A célsejt deszenzitizálásának öt módja az adott jeladó molekulára elkülönülés leszabályozás inaktiválás jelátadó molekula gátló fehérje inaktiválása termelése

30 A SEJTMAGBAN LEVŐ RECEPTOROK CSALÁDJA HORMON RECEPTOROK: Ligandum által aktivált gén reguláló fehérjék The binding of ligand to the receptor causes the ligandbinding domain of the receptor to clamp shut around the ligand, the inhibitory proteins to dissociate, and coactivator proteins to bind to the receptor's transcriptionactivating domain, thereby increasing gene transcription The three-dimensional structure of a ligand-binding domain with (right) and without (left) ligand bound.

31 A SEJTMAGBAN LEVŐ HORMONRECEPTOROKHOZ KÖTŐDŐ jelátadó molekulák Kis hidrofób molekulák.

32 Sejtmagban levő hormon receptorok aktiválására elinduló válasz Some of the primary-response proteins turn on secondary-response genes, whereas others turn off the primary-response genes. The actual number of primary- and secondary-response genes is greater than shown. As expected, drugs that inhibit protein synthesis suppress the transcription of secondary-response genes but not primary-response genes, allowing these two classes of gene transcription responses to be readily distinguished.

33 A SEJTFELSZÍNI RECEPTOROK 3 FAJTÁJA: Neurotranszmitterek által kapuzott ioncsatornák

34 A jelátadás 4 fő típusa:

35 A két fő intracelluláris jelátadó mechanizmus közös vonásai a) Foszforiláció útján b) GTP kötő fehérjék közvetítésével történő jeltátadás

36 Szignál integráció Az aktiváció előfeltétele a két különböző helyen történő foszforiláció Az aktív jeltovábbító fehérje kialakulásához két foszforilált fehérje dimerizálódása kell

37 Különböző, sejten belüli molekulák a jelpálya mentén - jeltovábbítás a sejtmembrán receptortól a sejtmagig

38 A sejten belüli jelátadó komplexek két fajtája

39 Egy hipotetikus jelpálya Moduláris kötő domének

40 Examples of signal transduction inhibitors in clinical or preclinical trials Stem Cells 19, , 2001 Targets Inhibitors Compounds Tyrosines kinases HER2 monoclonal antibody Herceptin (Trastuzumab) EGF receptor monoclonal antibody C225, E7.6.3 kinase inhibitor ZD-1839, CP , PD PDGF receptor kinase inhibitor SU-101, STI571, AG1295 IGF-I receptor antisense oligonucleotide AS ODN, ISIS-2503 VEGF receptor kinase inhibitor SU5416, PTK787/ZK Bcr-Abl kinase inhibitor STI571 (Imatinib) GTP-binding protein Ras farnesyltransferase inhibitor R115777, SCH66336, L Serine/threonine kinases Raf antisense oligonucleotide ISIS-5132 kinase inhibitor ZM336372, L MEK kinase inhibitor PD , U0126 PKC antisense oligonucleotide ISIS-3521 kinase inhibitor CGP41251, UCN-01 Lipid kinase PI3'-kinase kinase inhibitor LY294002

41