S-2. Jelátviteli mechanizmusok A sejtmembrán elválaszt és összeköt. Ez az információ-áramlásra különösen igaz! 2.1. A szignál-transzdukció elemi lépései Hírvivô (transzmitter, hormon felismerése = kötôdés a receptorhoz Szignál-transzdukció: jelátvitel a membránon keresztül (pl. G-fehérjék A jel erôsítése: másodlagos hírvivôk (pl. camp, cgmp, Ca 2+ szerepe Protein kinázok (szerin és threonin kinázok: minden sejtben sokféle Célfehérjék foszforilációja / defoszforilációja (kinázok, foszfatázok Esetleg: fehérjeszintézis módosulása Megváltozott sejtfunkció Másodlagos hívivők hidrofób molekulák camp cgmp IP 3, DAG Ca 2+ NO Soklépcsôs foszforilációs kaszkád
2.2. A receptorok osztályozása Receptorok Membránreceptorok Intracelluláris receptorok Ionotrop Metabotrop Citoplazmatikus Nukleáris 7-TM 1-TM Ligand-vezérelt ioncsatornák G-fehérjéhez kapcsolt Tirozin-kinázok Saját enzimaktivitás Gén transzkripció Fehérje szintézis
2.3. Ionotrop receptorok külsô ligand E.C. ioncsatorna I.C. A valódi ionotrop receptor esetén a receptor és a csatorna azonos entitás Mediátor: Receptor: Csatorna: Hatás: acetilkolin n-ach R Na + / K + (* depolarizáció glutamát AMPA Na + / K + (* depolarizáció depolarizáció gamma-aminovajsav GABA-A R Cl - repolarizáció NMDA Na + / K + / Ca 2+ (** glicin glicin R Cl - repolarizáció (*: non-specifikus monovalens kation csatorna (**: non-specifikus kation csatorna
Adenilát cikláz aktivitás (camp szint Nô (G s Purinerg (A 2 Adrenerg (β 1, β 2, β 3 Dopaminerg (D 1 Szerotonerg (5HT 4 Hisztaminerg (H 2 Vazopresszin (V 2 Prosztaglandin (PGD Prosztaciklin (PGI VIP, Szekretin, Glukagon ACTH, TSH, FSH, LH Csökken (G i Purinerg (A 1 Adrenerg (α 2 Dopaminerg (D 2, D 3, D 5, Szerotonerg (5HT 1 Kolinerg (M 2, M 4 GABA B Glutamát 2, 3, 4 metabotrop Szomatosztatin Opiát PLC aktivitás (IP 3, DAG szint nô Purinerg (P 2y, P 2v Adrenerg (α 1 Kolinerg (M 1, M 3, M 5 Hisztaminerg (H 1 Prosztaglandin E (PGE 1 Thromboxan (TXA 2 Vazopresszin (V 1 2.4. Metabotrop receptorok
2.5. A G-fehérjék mûködése G s, G i -> adenilát cikláz -> camp, camp G q -> foszfolipáz C -> IP 3 + DAG G t (transzducin -> cgmp foszfodieszteráz -> cgmp α-alegység aktivált hatások adenilát cikláz (G s, G i foszfolipáz C (G q cgmp foszfodieszteráz (G t Diffúzibilis másodlagos hírvivők (camp, cgmp, Ca 2+ Agonista kötôdés GTP/GDP csere A G protein és a receptor disszociál GTP α β γ GDP AC A válasz megszünése Agonista hiányában a G-protein ciklus kikapcsol α β γ GDP AC βγ-komplex aktivált hatások K + és Ca 2+ csatornák módosítása membránhoz kötött lokalizált hatások γ β α AC GTP Effektor aktiváció second messenger képződése β γ AC α GDP + GTP hidrolízis G-protein - effektor disszociáció P i
2.6. A 7-TM metabotrop receptorok szerkezete NH 2 E.C. I II III IV V VI VII I.C. Agonista II III * IV I VII VI V HOOC III, VI, VII domainek: Agonista-kötôhely C-terminális szakasz: G-fehérje-kapcsolat V-VI intracelluláris loop: G-fehérje-szelektivitás
2.7. Jelerôsítés Enzimatikus aktivitás következtében Molekulák száma β-adrenerg agonista 1 α-adrenerg agonista Aktív adenilát cikláz 1 Aktív foszfolipáz C camp 100 DAG Aktív protein kináz A 100 Aktív protein kináz C Foszforilált enzim 10 000 Foszforilált enzim Végtermék 1 000 000 Végtermék
2.8. Intracelluláris receptorok Hidrofób molekulák receptorai Citoplazmatikus (steroidok vagy magreceptorok (tiroxin Intracelluláris NO receptor A ligand-receptor komplex transzkripciós faktorként működik és fehérjeszintézist indukál
2.9. Az intracelluláris Ca 2+ mint másodlagos hírvivő Az intracelluláris Ca 2+ koncentráció növekedése minden esetben a sejtaktiváció kisérôjelensége, tehát ubiquiter változás. A [Ca 2+ ] i szabályozása steady-state körülmények között: Ca 2+ -influx = Ca 2+ -efflux forward mode Potenciális [Ca 2+ ] i targetek Ca 2+ -szenzitív ioncsatornák (K + és Cl - csatornák Calmodulin / Ca-CaMII kináz Troponin-C (szív, vázizom Protein kináz C endoplasmaticus / sarcoplasmaticus reticulum reverse mode [Ca 2+ ] i [Ca 2+ ] i mitochondrium
2.10. A Ca 2+ -belépés útvonalai 3. 5. Ligand-gated 6. Reverse mode operation 1. 4. 2. Store-operated Ca-channel Ca 2+ -belépés szabályozása ligand-gated csatornán E.C. I.C. endoplasmaticus / sarcoplasmaticus reticulum 1. L-tipusú Ca-csatorna 2. T-tipusú Ca-csatorna 3. Ligand-gated Ca-csatorna 4. Store-operated Ca-csatorna 5. Na-csatorna -> [Na + ] i -> [Ca 2+ ] i 6. Reverse mode NCX mûködés PKC
2.11. A jelátviteli útvonalak kompartmentalizációja Horgonyzó (scaffold fehérjék és a -barrier jelentôsége β-ar: beta-adrenerg receptor G s : stimulatorikus G-fehérje AC: adenilát cikláz C: camp PKA: protein kináz A : camp-foszfodieszteráz K + Ca 2+ β-ar AKAP G AKAP AC G s s AC PKA PKA c c c c c c c c c c c c A -barrier az I.C. tér egy adott részére (kompartmentjére korlátozza a jelátviteli folyamatot mert lokális camp szint növekedést tesz lehetôvé AKAP (A-Kinase Anchoring Protein egy olyan scaffold fehérje amely a következő molekulákkal állhat kapcsolatban: β-adrenerg receptor protein kináz A protein kináz C protein foszfatázok citoszkeletális fehérjék Ca 2+ -csatornák K + -csatornák Emiatt szoros proximitás alakul ki a jelátviteli lánc egyes tagjai között, amely gyors aktiválódást és specifikus hatást tesz lehetôvé. Mivel egy scaffold fehérje több különbözô jelátviteli láncban szereplő molekulát is helyhez köthet, lehetővé teszi a jelátviteli útvonalak konvergálását.
2.12. A jelátviteli útvonalak specificitása Egy sejt adott szignálra adott válaszát a sejten található receptor fehérjék, a kapcsolódó jelátviteli mechanizmusok és a jelen lévô effektor fehérjék szabják meg. A jelátvitel specificitását biztosító tényezôk 1. Adott sejten milyen receptor van? 2. Ez milyen szignáltrandukciós útvonallal kapcsolódik? 3. Milyen raft-ban és hol foglal helyet? 4. Hogyan kompartmentalizálódik?
2.13. Kapcsolt jelátviteli mechanizmusok szívizomsejt β 1 -AR M 2 -R α 1 -AR G s AC G i PKC DAG G q PLC SR Ca-pumpa I f PLB camp PKA A K A P Ca 2+ IP 3 Ks SR Ryanodin rec.
2.14. Adrenerg jelátvitel a szívizomban G i/o NOS NO GC cgmp I Ca [Ca 2+ ] i β 3 -AR β 1 -AR G s β 2 -AR G i PLA 2 AA Cardioprotection G s PKA-függô kapcsolat AC camp PKA SR RyR 2 Remodeling Hipertrófia I f I Ks I Na I Ca I Kr I Cl PKA-függô áramok SERCA Sejtmag CaMKII Pacemaker aktivitás Akciós potenciál idôtartam I Cl I Ca I NCX I K(Ca [Ca 2+ ] i Ritmuszavarok Ca 2+ -függô áramok Kontrakció