BIOFIZIKA 2012 10 27 Jelátvitel Liliom Károly MTA TTK Enzimológiai Intézet liliom@enzim.hu
A biofizika előadások temamkája 1. 09-03 Biofizika: fizikai szemlélet, modellalkotás, biometria 2. 09-10 SZÜNET 3. 09-17 Az érzékelés biofizikája 4. 09-24 Mikrostruktúrák 5. 10-01 Zárthelyi dolgozat 1 6. 10-08 Sejtmembránok, lipid- fehérje kölcsönhatások 7. 10-15 Membránpotenciál, transzport biológiai membránokban 8. 10-27 Jelátvitel 9. 10-29 Zárthelyi dolgozat 2 10. 11-05 Metodika- 1: Morfológia, lokalizáció, kölcsönhatás (mikroszkópia) 11. 11-12 Metodika- 2: Szerkezetmeghatározás (krisztallográfia, NMR, CD) 12. 11-19 Metodika- 3: Kölcsönhatás és szerkezet jellemzése: spektroszkópia 13. 11-26 Metodika- 4: Kölcsönhatások valósidejű követése: SPR, QCM 14. 12-03 Zárthelyi dolgozat 3 Pótzárthelyi - 2012. 12. 11. 10h- 12h 2
Akhv transzporterek (folyt.) P- hpusú ATP- áz (foszforilálódik, vanadát gátolja) V- hpusú (Vakuoláris) ATP- áz F- hpusú (energy coupling Factor) ABC- transzporterek (MDR) Nature 2012-10- 25: C.elegans P- glikoprotein kristályszerkezetét meghatározták. A humán P- gp (MDR, ABCB1) szerkezetére homológia- modellt képeztek, amely összhangban van a kísérlem adatokkal. Orvosi jelentősége a mulmdrog- rezisztencia gátlása kemoterápiában. 3
PMCA SERCA Ca 2+ - jelátvitel 4
Jelátvitel = kommunikáció Külső hatások (ingerek) = elsődleges hírvivők (hormonok, transzmi2erek, mediátorok) Receptorok = bármilyen sejnelszíni vagy sejten belüli fehérje, amely hírvivőre reagál (GPCR, RTK, integrinek, ) Effektorok = azok a fehérjék, amelyek a receptorok akmvációjára lépnek működésbe (kinázok, foszfatázok, foszfolipázok, nukleo@d- ciklázok, kalmodulin) Másodlagos hírvivők = az effektor fehérjék termékei (camp, cgmp, IP3, AA, Ca 2+, ) Végső hatás = valamely transzkripciós faktor akmvációja = génáhrás szabályozása EDDIG OLYAN SZÉP EGYSZERŰ VOLT A KÉP = ÖNÁLLÓ JELPÁLYÁK DE NEM ILYEN EGYSZERŰ: Modulátorok = adapter és állványfehérjék, amelyek módosítják a receptorok és effektorok kapcsolatait Harmadlagos hírvivők; Egyszerre elsődleges és másodlagos hírvivők, CROSSTALK 5
Jelátvitel jelpályák Hagyományosan párkölcsönhatások vizsgálata és abból a jelpályák rekonstrukciója Biofizika, 2012, Liliom Károly 6
Jelátviteli hálózat(ok) Y2H (HTS) és/vagy a szakirodalomból adatgyűjtés (data- mining) 7
Mindenü} jelen Ca 2+ - jelpálya 8
Szívizomsejt autonóm Ca 2+ - jelek 9
Jelátvitel jelpályák - modellek Kiválasztjuk az ado} jelátviteli fehérje (i} pl MAPK) kölcsönhatási hálózatából a fontosnak gondolt kapcsolatokat és az o} szereplő kötődésekre felírjuk az aokat leíró differenciál- egyenleteket (természetesen csak akkor van értelme, ha kísérlemleg megalapozo} paramétereket tudunk használni, theát ismerjük a kötődési állandókat és a stöchiometriát) 10
Jelpálya dinamika 11
Jelpálya dinamika 12
Transzlokáció mechanizmusai A sötétadaptált esethez képest a megvilágítás hatására néhány perc ala} teljesen átrendeződik a transzducin és az arresmn lokalizációja. Mi lehet a transzlokáció mechanizmusa? Úgy tűnik, hogy a hajtóerő alapjában véve a diffúzió, az irányultságot és a megvilágítás- függést a kölcsönható partnerek, elsősorban a rodopszin, térben korlátozo} elhelyezkedése biztosítja. (tényleges szabad diffúzió vezikuláris transzport akhv citoszkeletális mozgatás) 13
Transzlokáció mechanizmusai A Ras kismolsúlyú vagy monomer GTP- áz az egyik közponm jelfeldolgozó fehérje, egy molekuláris kapcsoló, amelynek akmvitását nagyban befolyásolja a membránhoz kötődése. 14
Transzlokáció mechanizmusai A H/NRas formák membrán- asszociációjáért farnezil és palmitoil csoportok felelnek poszt- transzlációs módosítás útján, míg a KRas esetén ezt a farneziláció melle} a C- terminális rész pozihv töltései segímk elő. A dinamikus redisztribúció fenntartásához de- palmitoiláció illetve a savas kalmodulinhoz kötődés vagy foszforiláció szükséges. A Ras dinamikus transzlokációja az endocitózishoz kötö}. 15
Transzlokáció mechanizmusai A PDE egy prenilkötő fehérje, amely hozzájárul a különböző Ras fehérjék plazmamembrán- asszociációjának stabilizálásához. Ha csendesítjük a PDE szintjét, a Ras fehérjék átvándorolnak az endoplazmás remkulumba, gyengítve a jeltovábbítás hatékonyságát. 16
Transzlokáció mechanizmusai A KRas a pozihv töltéseket hordozó C- terminális régiójával kapcsolódik a membrán- foszfolipidek negahv fejcsoportjaihoz, a membránkötődést a farnezil- csoport is segím. A 181- es szerin foszforilációja (PKC) elegendő a membránról való leválásához. Posztranszlációs módosítások, amelyek közvetlenül befolyásolják a Ras fehérjék membrán- asszociációját. 17
Jelátvitel endocitózissal Az endocitózis szolgálhatja a jelcsendesítést (eltávolítja a jelforrást a membránról, illetve lizoszomába irányítás), a jelfenntartást (együ} tartja a szignálkomplexet) és a jelgenerálást is, mindegyik mechanizmusra több példa is ismert. 18
Jelátvitel = dinamika Térbeli és időbeli követés egyaránt fontos (kompartmentalizáció) Ciklikus folyamatok sztochaszmkus elemekkel tarkítva alkotják a szabályozási köröket EGY ÉLŐ SEJTBEN MINDIG TÖTÉNIK VALMI naiv idegsejthálózat fejlődő szemben, sötétben 19