Receptorok, szignáltranszdukció jelátviteli mechanizmusok Sántha Péter 2016.09.16. A sejtfunkciók szabályozása - bevezetés A sejtek közötti kommunikáció fő típusai: Endokrin Parakrin - Autokrin Szinaptikus ingerületátvitel (kémiai és elektromos szinapszisok) Réskapcsolatok (gap junctions) Kémiai hírvivő anyagok ( primary messengers ) : Hormonok Neurotranszmitterek Lokális kémiai hírvivők (parakrin anyagok): citokinek, gyulladásos mediátorok, növekedési faktorok, NO, antigének stb. Membránreceptorok: Kötés: specificitás és affinitás problémája aktiválás (konformációváltozás induced fit ) jelátvitel (szignalizáció) Az aktiválódás következményei: A membránpotenciál megváltozása (pl. PSP): Ligandfüggő ioncsatornák (ionotróp receptorok) funkcionális kapcsoltság önálló ioncsatornákkal (metabotróp receptorok) 1
A sejtek közötti kommunikáció típusai A sejtfunkciók szabályozása A sejtek közötti kommunikáció fő típusai: Endokrin Parakrin Autokrin (Juxtakrin) Szinaptikus ingerületátvitel (kémiai és elektromos szinapszisok) Réskapcsolatok (gap junctions) Kémiai hírvivő anyagok ( primary messengers ) : Hormonok Neurotranszmitterek Lokális kémiai hírvivők (parakrin anyagok): citokinek, gyulladásos mediátorok, növekedési faktorok, NO, antigének stb. Membránreceptorok: Kötés: specificitás és affinitás problémája aktiválás (konformációváltozás) jelátvitel (szignalizáció) Az aktiválódás következményei I.: A membránpotenciál megváltozása (pl. PSP): Ligandfüggő ioncsatornák (ionotróp receptorok) funkcionális kapcsoltság különálló ioncsatornákkal (metabotróp receptorok) 2
A dopamin kötésének molekuláris modellje a D2 metabotrop receptoron Hatáserősség és affinitás vizsgálata: dózis hatás görbék ED 50 Agonisták antagonisták A ligand hatás kompetitív (Z), és nem kompetitív (Y) gátlása 3
A különböző hormonok plazmakoncentrációja pmol/l - nmol/l nagyságrend nagy receptor affinitás! Másodlagos hírvivő molekulák aktiválódása ( second messenger system ) Funkció: Információ továbbítás az aktivált receptor molekula és a szabályozott végrehajtó (effektor) molekula között (enzimek, ioncsatornák, transzporterek, regulátorfehérjék, motoros fehérjék stb.) Gyakoribb másodlagos hírvivő rendszerek: Intracelluláris Ca 2+ camp (cgmp): adenilát-(guanilát-) cikláz - proteinkináz A rendszer Foszfoinozitol difoszfát (PIP 2 )/foszfolipáz C proteinkináz C / Ca 2+ Tirozinkinázok és katalitikus receptorok: növekedési faktorok, inzulin, ANP Nitrogénmonoxid (NO): NO receptor guanilátcikláz Eicosanoidok COX, lipoxigenáz, epoxigenáz (CP450)-prostaglandinok, leukotr Intracelluláris receptorok citoplazmatikus vagy nukleáris receptorok szteroidok, T3/T4, 1,25-OH-D3, retinoidok, NO 4
Melyek a közös jellemzők? Specificitás: szelektív ligand receptor kötés proteinkinázok szelektív foszforilációja (specifikus foszforilációs helyek: Ser, Thr vagy Tyr oldalláncok) de: a proteinkinázok különböző fehérjéket aktiválhatnak/inaktiválhatnak (divergencia) egy fehérje több különböző proteinkináz és más regulátor által szabályozható (konvergencia) az egyes sziganlizációs rendszerek között átfedések, kölcsönhatások lehetnek (gátlás/serkentés;, feed-back/feed-forward ) szignalizációs hálózatok Erősítés: kaszkád rendszerek adenilát-cikláz, proteinkinázok enzimek: nagy mennyiségű termék sok fehérje szabályozása Biztonság: a szignált térben és időben korlátozni kell beépített biztonsági elemek pl.: adenilátcikláz G-fehérje: GTP-hasítás inaktiválja az komplexet camp foszfodiészterázok bontják a camp-t Ca2+ : Ca2+ - pumpák csökkentik az IC Ca 2+ koncentrációt Szignál felerősítés (amplifikáció) kaszkád mechanizmusok 5
A másodlagos hírvivő rendszerek orvosi jelentősége Farmakológiai célmolekulák: koffein, theofillin foszfodiészterázok NSAID, COX2 gátlók - COX sildenafin szelektív foszfodiészteráz gátló Kórállapotok előidézése: toxinok: pertussis toxin (PTX) Gi fehérje cholera toxin (CTX) Gs fehérje Onkogenitás: Phorbolészterek (PKC) Src (receptor-associated tyrosine kinase) proto-onkogén Ras (Small GTP-binding protein) Az intracelluláris kalcium szignál mint másodlagos hírvivő rendszer 6
A kalcium szignalizációs mechanizmusok moduláris szerveződése vázizom Szívizom (CICR) szekretoros sejtek 7
A kalmodulin (és más Ca-kötő fehérjék) modellje Az intracelluláris Ca2+ forgalom (simaizomsejt) [Ca 2+ ] iz ~10-7 VOC: Voltage Operated Calcium Channel; CCE: Capacitive Calcium Entry; CaM: Calmodulin; MLCK Myosin Light Chain Kinase 8
GPCR: G-protein coupled receptors 9
A heterotrimer G-fehérjék kapcsolatai a különbözű szignalizációs utakkal G-fehérje kapcsolt receptorok adenilát cikláz/protein kináz A útvonal 10
Adenilátcikláz - camp proteinkináz-a rendszer Serkentő szignál Gátló szignál Inakti- válás Inakti- válás Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen 27. Auflage 1997 Adenilátcikláz - camp proteinkináz-a rendszer II. 11
G-fehérje kapcsolt receptorok PLC (foszfolipáz C) DAG/IP3 útvonal Foszfatidil-inozitol - foszfolipáz C proteinkináz C rendszer Serkentő szignál PIP2: foszfoinozitolbiszfoszfát IP3: inozitoltrifoszfát DG: diacilglicerol sejt válasz Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen 27. Auflage 1997 12
13