Jelátviteli útvonalak 1

Átírás

1 Jelátviteli útvonalak 1 Információ metabolizmus Szignál transzdukció 1

2 Jelátviteli séma Mi lehet a jel? Hormonok Növekedési faktorok Fejlődési szignálok Neurotranszmitterek Antigének Sejtfelszíni glikoproteinek Extracelluláris mátrix komponensek Feromonok Fény Szaganyagok Ízanyagok Nyomás Szignalizációs típusok ~10-féle információ JEL RECEPCIÓ molekuláris kapcsolók, másodlagos hírvivők protein-kináz kaszkádok TRANSZDUKCIÓ VÁLASZ AMPLIFIKÁLÁS Jelátvitel típusai Szinaptikus neurotranszmitter Endokrin hormon Parakrin pl. növekedési faktorok Autokrin pl. citokinek Sejt-sejt, sejt-ecm direkt kontaktus, gap junction pl. integrinek (heterodimerek) bidirekcionális jelátvitel Endokrin jelátvitel endokrin mirigy Parakirin jelátvitel szekréciós sejt véráram Autokirin jelátvitel Jelátvitel membránfehérjékkel távoli célsejt szomszédos célsejt extracelluláris jel receptor membrán-kötött szignál 2

3 Jelátvitel általános tulajdonságai Receptorok integráns membránfehérjék citoplazmatikus/nukleáris receptorok Specifitás (molekuláris és sejtszintű) Affinitás: K d M Adaptáció/deszenzitizálás Jel Válasz Válasz Jelátvitel általános tulajdonságai Amplifikálás Komplexitás integrálás, crosstalk stb. Protein-kináz kaszkádok Ser/Thr, Tyr és kevert Másodlagos hírvivők Molekuláris kapcsolók pl. G-fehérjék, CaM Adapter és állványzat fehérjék moduláris fehérjék Termináció receptor internalizáció és/vagy foszforiláció, foszfatázok, hírvivő inaktiválás adrenalin adenilátcikláz proteinkináz A aktiváltenzim termék 3

4 Jelátviteli útvonalak túlélési faktorok, inzulin, IGF1 hormonok, neurotranszmitterek növekedési faktorok extracelluláris mátrix Wnt (morfogének) Hedgehog citokinek halál faktorok, FasL Szignál transzdukciós típusok Receptor-típusok G-fehérjéhez kapcsolt: pl. -adrenerg-receptor Receptor tirozin-kinázok: pl. inzulin- és EGF-receptor Receptor guanilát-cikláz: pl. ANF (atriális nátriuretikus faktor) Kapuzó ( gated ) ioncsatornák: pl. acetilkolin-receptor Feszültség-függő és ligandum-függő Adhéziós receptorok: pl. integrinek Toll-like receptorok (TLR): (ld. veleszületett immunitásban) Egyes morfogének (pl. Wnt) receptorai: pl. Frizzled Patched receptor / Hedgehog útvonal: fejlődési folyamatatok TGFβ receptor (receptor Ser/Thr kináz): sejtdiff., fejlődés, immunr. stb Nukleáris (szteroid) receptorok (ld. génexpresszió szabályozása) Másodlagos hírvivők hidrofil: Ca 2+, camp, cgmp, inozitol-triszfoszfát (IP 3 ), lipofil: diacil-glicerin (DAG), foszfatidil-inozitol-(3,4,5)- triszfoszfát (PIP 3 ), gáz: nitrogén-monoxid (NO), szénmonoxid 4

5 Ligandumkötés mérése hiperbola Közvetlen hiperbola illesztés! (pl. Origin program) Scatchard-ábrázolás Receptor típusok G-fehérje kapcsolt receptor (GPCR, 7TM, szerpentin receptor) Receptor tirozin-kináz Receptor guanilát-cikláz Ligandum-függő (kapuzó) ioncsatorna Adhéziós (integrin) receptor plazma membrán kináz kaszkád maghártya Magreceptor 5

6 Másodlagos hírvivők 3,5 -ciklikus-amp (camp) PKA aktiválása cgmp PKG aktiválása 1,2-diacilgricerin (DAG) PKC aktiválása inozitol-1,4,5- triszfoszfát (IP 3 ) Ca 2+ -csatornák nyitása ER-ben nitrogén-monoxid (EDRF: endotheliumderived relaxing factor) guanilát-cikláz aktiválás PKC és CaM aktiválása foszfatidil-inozitol- 3,4,5-foszfát (PIP 3 ) PKB (Akt) aktiválás G-fehérje kapcsolt receptorok Hét transzmembrán hélix (7TMR) eukarióta fehérjecsalád, humán genom: ~900 külső 350: pl. hormonok, endogén ligandumok, fény; 400: szaglás és ízlelés; ~150 orphan receptor: ismeretlen ligandum gyógyszerek ~40%-ának célfehérjéi Kobilka (2007) és Lefkowitz (1980, 1986): Nobel-díj 2012 (az extracelluláris tér felől) membrán citoszol G-fehérje kapcsolódás 2 -adrenerg receptor 6

7 GPCR jelátvitel ligandum kötődéskiváltotta konformációváltozás Effektorok: adenilát-cikláz foszfolipáz-c foszfodiészteráz-6 GTP hidrolizál, G disszociál effektorról és reasszociál G -val aktivált-receptor köti a G -t ligandum disszociál receptorról, G köt effektor enzimhez G -ban konf.vált., GDP disszociál GTP kötés hatására G disszociál, G disszociál Heterotrimer G-fehérjék és alegységek G-fehérje szupercsalád (~200) (Gilman és Rodbell, , 1994) heterotrimer és kis G-fehérje (pl. Ras, Rho, Rab) család Effektor enzimek: adenilát-cikláz, foszfolipáz-c, foszfodiészteráz-6 Fő osztályok (másodlagos hírvivő: camp, cgmp, IP 3, DAG) G s : adenilát-cikláz; camp (pl. -adrenerg receptor) G i : adenilát-cikláz; camp (pl. 2 -adrenerg receptor) G olf : adenilát-cikláz; camp (pl. szagreceptorok) G q : foszfolipáz C; IP 3 és DAG (pl. 1 -adrenerg receptor) G t : (transzducin) foszfodiészteráz-6, cgmp (pl. rodopszin) G g : (gusztducin) foszfodiészteráz-6, cgmp (pl. íz-recept.) G : K + -csatorna (GIRK), membrán potenciál (pl. muszkarinos acetilkolin receptor) 7

8 G-fehérjék: molekuláris kapcsolók ( -komplex) GAP: GTP-áz aktiváló protein off on GEF: Guanin nukleotid kicserélődési faktor A ligandum-kötött GPCR egy GEF, bekapcsolt állapotba hozza a G-fehérjét Az effektor (pl. adenilát-cikláz) egy GAP, gyorsírja a G- fehérje inaktivációját G-fehérjék: molekuláris kapcsolók Ras: (kis G-fehérje prototípus) Ala146: guanin (és nem adenin) kötés Switch-1 és switch-2 kötődik a - foszfáthoz, effektor kölcsönható felszín hozzáférhető (kötődés pl. adenilát-ciklázhoz); hidrolízis után switch -ek relaxálnak, nincs kötődés effektorhoz illetve G visszaköt G -hoz. 8

9 Heterotrimer G-fehérje adenilát-cikláz fragmentum G s és adenilát-cikláz komplexe (aktív forma: GTP) Heterotrimer G-fehérje (inaktív forma: GDP) adenilát-cikláz adenilát-cikláz domének (piros:katalitikus, barna: regulációs) Adrenalin és a -adrenerg receptor adrenalin β-adrenerg receptor adenilátcikláz (AC) (transzmembrán fehérje) Adenilátcikláz / camp rendszer ciklikus- AMP proteinkináz A proteinkináz A Inaktív PKA (ld. előző félév!) 9

10 camp-függő protein-kináz (PKA) R 2 C 2 alegységszerkezet + camp R 2 + 2C (allosztérikus aktivátor) Intrasztérikus gátlás Pszeudoszubsztrát (R alegységben): Arg-Arg-Asn-Ala-Ile Ala a foszforilálódó Ser/Thr helyén camp ciklikus-adenozin-monofoszfát camp-függő protein-kináz (PKA) Mg 2+ - PKA katalitikus alegység (38 kd) Pszeudoszubsztrát kötédése 10

11 Heterotrimer G-fehérjék és betegségek Kolera-toxin (Vibrio cholerae): heterohexamer fehérje (A 1 B 5 ) B alegység köt epiteliális sejtmebrán G M1 gangliozidhoz, A alegység bekerül a sejtbe és egy kis G-fehérje (ARF6) aktiválja ADP-ribozilálja a G s -et a P-hurkon GTP-áz aktivitás gátlódik camp PKA CFTR Cl - csatorna és Na + /H + -antiporter vízvesztés Pertusszisz toxin (Bordatella pertussis) G i -t ADP-ribozilálja ADP-csere adenilát-cikláz NEM gátlódik camp? célfehérje ADP-riboziláció (szerep: pl. membrán forgalom) kolera -toxin ADP-ribóz NAD + camp/pka jelátviteli utak camp másodlagos hírvivőt használó szignálok adrenalin, noradrenalin ACTH, CRH, szomatosztatin FSH, LH, MSH, PTH, TSH glukagon dopamin (D 1 -, D 2 -receptor) hisztamin (H 2 -receptor) szerotonin (5-HT-1a, 5-HT-2) prosztaglandin-e 1, -E 2 (PGE 1,2 ) adenozin szaganyagok ízanyagok (édes és keserű) PKA szubsztrátok konszenzus: xr(rk)x(st)h glikogén-szintáz (glikogén szintézis foszforiláz-b-kináz (glikogén lebontás) piruvát-kináz (glikolízis) piruvát-dehidrogenéz tirozin-hidroxiláz (dopamin, adrenalin szintézis) hiszton-h1, -H2B (DNS kondenzáció) foszfolamban (szívben SERCA szabályozás) CREB ( camp resonse element binding protein ; génexpresszió szabályozás 11

12 Adrenalin (glukagon)/camp útvonal Adrenalin + β-adrenerg receptor (glukagon + glukagon r.) kötődés aktivált receptor GDP GTP csere amplifikálás aktivált G-fehérje (G s ) fehérje-fehérje kölcsönhatás (allosztéria) aktivált adenilát-cikláz enzimatikus reakció amplifikálás camp koncentráció (allosztéria) aktivált protein-kináz-a enzimatikus reakció amplifikálás (izom, máj) aktivált foszforiláz-kináz enzim amplifikálás aktivált glikogén-foszforiláz enzim amplifikálás glikogén glükóz glikolízis (izom; adrenalin) vér glükóz (máj; glukagon) AC aktiváló és gátló GPCR-ek Adenilát-cikláz aktiválás és gátlás zsírsejtekben camp szint finomhangolás lipolízis fokozás/gátlás aktiváló hormon adrenalin glukagon ACTH gátló hormon PGE adenozin külső tér citoszol adenilát -cikláz GPCR GPCR stimuláló G-protein gátló G-protein 12

13 Ioncsatorna szabályozó GPCR Muszkarinos acetilkolin (ACh)-receptor (metabotróp rec.) G i, de is G köt specifikus szívízom K + -csatornákhoz hiperpolarizáció szívverés lassul acetilkolin külső tér K + -csatorna citoszol aktív AChreceptor 13