Jelátviteli útvonalak 2 Információ metabolizmus Szignál transzdukció GPCR: PLC és foszfoinozitid kaszkád Szignál (pl. adrenalin) + receptor (pl. 1 -adrenerg) G q foszfolipáz-c (PLC) IP 3 (hidrofil) + DAG (hidrofób) IP 3 ER Ca 2+ -csatorna Ca 2+ DAG + Ca 2+ protein-kináz C (PKC) PKC (15 szövetspecifikus izoforma) szubsztátok: enzimek, citoszkeletális és nukleáris fehérjék (pl. neuronális és immunfunkciók, sejtosztódás) PIP 2 : minor sejtmembrán foszfolipid a citoszol oldalon (arachidonsav) (sztearinsav) foszfolipáz-c foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát (PIP 2 ) diacil-glicerol (DAG) inozitol-1,4,5-triszfoszfát (IP 3 ) 1
PLC/foszfoinozitid szignalizációs utak sejtmembrán PIP 2 DAG foszfolipáz-c hasítás IP 3 Ca 2+ protein-kináz-c ER membrán Ca 2+ IP 3 - citoplazma receptor Szignálok: 1 -adrenerg agonista acetilkolin (muszkarinos receptor) angiotenzin ATP glutamát (metabotróp receptor) GnRH (gonadotropin releasing hormon) oxitocin hisztamin (H 1 receptor) szerotonin (5-HT-1c rec.) PDGF Adrenerg receptorok (GPCR) G q G i G s Noradrenalin (norepineferin) Simaizom kontrakció Neurotranszmitter felszabadulás gátlás Simaizom kontrakció Szívizom kontrakció, simaizom relaxáció Adrenalin (epineferin) 2
Ca 2+ mint másodlagos hírvivő Intracelluláris [Ca 2+ ] < 10 7 M (Ca 2+ -ATP-áz pumpák!!!) Univerzális (eukarióta) Ca 2+ -modulátor: kalmodulin (CaM) 17 kd; 2 domén, 4 EF-kéz motívum CaM-kináz (Ca 2+ - és kalmodulin-függő kináz, pl. MLCK) Ser/Thr kináz, autofoszforiláció emlékező enzim; funkció: pl. tanulás, memória, LTP (CaMKII) EF-kéz motívum Ca 2+ -koordináció (7 ligandum) CaM-kináz II (12 alegység) Ca 2+ mint másodlagos hírvivő CaMkináz CaMkináz peptid További Ca 2+ -CaM szabályozások: SR Ca 2+ -csatorna (rianodin-receptor) MLCK (miozin könnyű lánc kináz) NO-szintáz Foszfoinozitid-3-kináz (PI3K) Glutamát-karboxiláz (GABA szintézis) Kalcineurin (foszfoprotein-foszfatáz 2B) aktív hely CaM-kináz CaM célpeptid 3
Ca 2+ -koncentráció a sejtben Ca 2+ -koncentráció mérése: pl. Fura-2 (fluoreszcens Ca 2+ indikátor) Ca 2+ jeltípusok: oszcilláció, felvillanás ( blip ), pöfögés ( puff ), hullám ( wave ) sárga fluor. Receptor Tyr-kinázok: inzulin receptor RTK: tirozin foszforiláció (59 humán) Inzulin receptor (INS-R) 2 - és 2 β-alegység (S-S híd) Szintézis (INSR gén): 1 lánc (1382 as.) 1 inzulin köt és aktivál Több szignalizációs útvonal PI3K/PKB(AKT) Ras/MAPK inzulin receptor -alegység Tyrkináz β-alegység 4
Inzulin receptor autofoszforiláció Kereszt foszforiláció 3 Tyr oldalláncon aktivációs hurok nem gátolja az aktív helyet Célfehérjék: IRS-1 és -2 (inzulin receptor-szubsztrát): adapter fehérjék Effektor funkciók: glükóz felvétel, glikogénszintézis (PIP 3 /PKB útvonal) génexpresszió szabályozás (Ras/MAPK útvonal) inzulin-kötőhely inzulin inaktív és aktivációs hurok gátol (egy ektodomén) célpeptid aktív helyen aktív (tri)foszforilált domén PIP 3 /PKB (Akt) útvonal IRS-1 PTB-domén köt IR P-Tyr-hez (konsz.: NPXpY), PH-domén PIP 2 - höz inzulin INS-R PTB: foszfotirozin-kötő-domén: Tyr-P i kötés SH2: Src-homológia domén: Tyr-P i kötés PH: plekstrin-homógia domén: PIP kötés PI-3K SH2-domén köt IRS-1-hez, PIP 2 -foszforiláció PIP 3 PDK1 PH-domén köt PIP 3 -hoz Aktivált PDK1 foszforilálja PKB/Akt-ot IRS-1 PI-3K PDK1 PKB aktivált PKB PI-3K: foszfoinozitid-3-kináz (lipid-kináz család) PDK1: PIP 3 -függő kináz (Ser/Thr-kináz; PH-domén) PKB/Akt (Ser/Thr kináz; van PH-doménje, PIP 3 -hoz közvetlenül is köt) 5
PIP 3 /PKB útvonal izomsejtben PKB inaktiválja GSK3-at, így GS aktív marad aktivált INS-R P TBC1D4 Rab IRS-1 aktiválja PI-3K-t PIP 3 PIP 3 -hoz kötött PKB-t a PDK1 aktiválja (PKB szubsztrát: mtor : élethossz kináz) Glikogén szintézis fokozódik glükóz PKB stimulálja a GLUT4 vezikulák membrán-transzportját glükóz felvétel GSK3: glikogén-szintáz-kináz; GS: glikogén-szintáz Inzulin PIP 3 útvonal inzulin + inzulin receptor aktivált receptor Tyr-foszforiláció enzimatikus reakció amplifikálás foszforilált IRS fehérjék fehérje-fehérje kölcsönhatás (SH2-domén) foszfoinozitid-3-kináz aktiváció enzimatikus reakció amplifikálás fehérje-lipid kölcsönhatás PIP 3 PIP 3 -függő-kináz (PDK1) aktiváció enzimatikus reakció amplifikálás aktivált PKB (Akt) GLUT4 transzporter és/vagy amplifikálás Glikogén-szintézis 6
Kannabinoidok jelátvitele THC (marihuána és hasis fő hatóanyaga) és anandamid (endokannabinoid) a CB 1 kannabinoid receptorhoz (GPCR) köt memória, alvás, fájdalomérzet, étvágy hatások Szignalizációs utak: PKB/Akt, G i, MAPK Δ 9 -tetrahidrokannabinol (THC) Anandamid (arachidonil-etanolamid) Receptor Tyr-kinázok: EGF-receptor EGF: epidermális növekedési faktor (6 kd) (S. Cohen, Rita Levi-Montalcini, Nobel-díj, 1986) EGF-receptor: monomer+egf dimerizáció (Her2 heterodimerek is, ld. gyógyszertervezés!) EGF EGF-kötő extracelluláris domén transzmembrán héilx C-farok kereszt-foszforiláció foszfo-tyr + Grb2 (adapter) Tyr-kináz domén C-farok dimerizációs kar Grb2 SH2-domén (Tyr-P i kötés) EGF-R dimer 7
Receptor Tyr-kinázok: EGF-receptor Grb2 (SH2- és 2 SH3-domén) Sos (GEF) Ras (membrán horgony) (humán rákok 30%-ában mutáns) MAPK kaszkád (mitogén-aktiválta protein-kináz) Raf-1 (MAPKKK) MEK (MAPKK) ERK (MAPK) Raf és ERK: Ser/Thr-kináz, MEK: Ser/Thr- éstyr-kináz (vegyes kináz) EGF-receptor SH2-domén: foszfo-tyr kötés SH3-domén: Pro-gazdag régióhoz kötés SH2 SH3 SH3 aktivált Ras EGF Ras/MAPK útvonal EGF + EGF-receptor aktivált receptor fehérje-fehérje kölcsönhatás (SH2- és SH3domén) EGF-R + Grb2 + Sos aktivált Ras Tyr-foszforiláció GDP GTP csere amplifikálás fehérje-fehérje kölcsönhatás aktivált Raf (MAPKKK) enzimatikus reakció amplifikálás aktivált MEK (MAPKK) enzimatikus reakció amplifikálás aktivált ERK (MAPK) pl. Elk1 célfehérje foszforiláció Elk1-SRF komplex transzkripció (transcription f.) 8
Receptor tirozin-kináz család Moduláris fehérjék Cys-gazdag domén ligandum -kötő domén Tyr-kináz domén Ig-domén Leu-gazdag domén külső tér citoszol VEGF: vaszkuláris EGF; PDGF: vérlemez eredetű GF; NGF: neuronális GF; FGR: fibroblaszt GF Citokin (interferon, interleukin, kemokin) receptorok pl. eritropoetin + EPO-R v. leptin + leptin-r Aktivált receptor + JAK (Janus kinase) szolubilis Tyr-kináz EPO-R és STAT foszf. STAT signal transducers and activators of transcription ) STAT-P i dimerizáció nukleáris transzfer transzkripció aktiváció Ras/MAPK útvonal is JAK-STAT útvonal citoszol dimerizáció nukleusz SH2-domén EPO EPO receptor transzkripció szabályozás MAPK kaszkád 9
Src: SH-domének névadója Src ( szark ): szolubilis Tyr-kináz (9 humán) (Bishop és Varmus 1979, 1989) SH2-, SH3- és kináz-domén Rouse szarkóma (csirke) vírus onkogén (v-src) c-src: proto-onkogén autoinhibíció: C-farok Tyr-P i (v-src-ben hiányzik aktív mindig) szubsztrát inaktív Src foszfotirozin autoinhibíció és aktiválás Moduláris szignalizációs fehérjék Funkció adapter állványzat kináz foszfatáz Ras reguláció transzkripció JAK-STAT reguláció (SH2-domén 87 humán proteinben) kötődomének Pro-gazdag vagy PIP 3 Tyr-P i Tyr-P i PIP 3 foszfolipid (Ca 2+ -függő) DNS transzkripció C-term. domén, ubikitinálódáshoz DAG-IP 3 enzim 10
Jelátviteli utak crosstalk -ja példa: INS-R foszforilálja (közvetlenül és közvetve: PKB) pl. a -adrenerg receptort receptor internalizáció v. Ras-MAPK útvonal aktiválás inzulin -adrenerg-r receptor internalizáció citoszol transzkripció szabályozás nukleusz Szolubilis guanilát-cikláz: NO jelátvitel Szintézis: NO-szintáz (3 emlős izoenzim) Ca 2+ -CaM-függő enzim: Arg + NADPH + O 2 NO Effektor: szolubulis guanilát-cikláz (NO-receptor) PKG aktiválás Inaktiváció: cgmp-pde (Viagra gátol!) Nitroglicerin ( NO): angina pectoris gyógyszer véredény endotélium acetilkolin simaizom simaizom relaxáció 11
Kapuzó ioncsatorna-receptorok Archetípus: nikotinos acetilkolin-receptor (nachr) (elektromos rája elektromos szervéből) nikotin: agonista heteropentamer (268 kd): 2 (homológ láncok, 16 humán), 5x4 TM hélix ionotróp R (nem metabotróp): Na + -, K + -, (Ca 2+ )- csatorna nem-telíthető (~10 7 ion/sec) 2 ACh kötés allosztérikus membrán-hélix rotáció (15 o ) membráncsatorna nyílik (Leu helyett poláros oldalláncok) depolarizáció inaktiválás: ACh-észteráz (gátlószer mérgek!), receptor foszforiláció agy izoforma, izom izoforma (nikotinre nem érzékeny) antagonista toxinok: kobratoxin, kuráre Homológ receptorok: Glu-R, HT-5 3 (szerotonin): Na + -, K + -cs. Gly-R: Cl -csatorna acetilkolin nikotin V-függő Na + - csatorna preszinaptikus neuron axon V-függő K + - csatorna akciós potenciál (Feszültség-függő és kapuzó ioncsatornák kapcsolata) V-függő Ca 2+ - csatorna 2 ACh-tartalmú szinaptikus vezikulum szinaptikus rés posztszinaptikus neuron ACh-Rioncsatorna akciós potenciál 12
Nikotinos acetilkolin-receptor 4 transzmembrán hélix M2 hélix: amfipatikus ACh-kötőhelyek külső zárt nyitott belső AChR 2 ACh 20 Å apoláros Leuoldalláncok blokkolnak ACh-kötés hatására M2 elcsavarodik M2 poláros oldalláncok csatorna felé AChR-kobratoxin komplex 13