PŘENOS SIGNÁLU V BUŇCE. Nela Pavlíková

Transkript

1 PŘENOS SIGNÁLU V BUŇCE Nela Pavlíková nela.pavlikova@lf3.cuni.cz

2 Odpovědi na otázky Co za ligand aktivuje receptor spřažený s G-proteinem obsahující podjednotku α T? Opsin. Co prochází otevřenými CNGC ( cyclic nucleotide gated channel )? Existuje mnoho typů CNGC, bývají nespecificky propustná pro kationty, tzn. Na + a Ca ++ do buňky, K + z buňky. Je pravděpodobné, že kanál není propustný pro všechny kationty stejně (některé prochází rychleji, některé pomaleji). Každopádně po jeho uzavření nastává hyperpolarizace membrány. c-src je kináza obsahující SH 2 doménu Aktivovaná CaMkináza fosforyluje další signální molekuly. Pro ty, které zajímají podrobnosti (které nemusíte znát): The Ca 2+ calmodulin-dependent protein kinase (CaM kinase) cascade includes three kinases: CaM-kinase kinase (CaMKK); and the CaM kinases CaMKI and CaMKIV, which are phosphorylated and activated by CaMKK. Members of this cascade respond to elevation of intracellular Ca 2+ levels and are particularly abundant in brain and in T cells. CaMKK and CaMKIV localize both to the nucleus and to the cytoplasm, whereas CaMKI is only cytosolic. Nuclear CaMKIV regulates transcription through phosphorylation of several transcription factors, including CREB. In the cytoplasm, there is extensive cross-talk between CaMKK, CaMKIV and other signaling cascades, including those that involve the camp-dependent kinase (PKA), MAP kinases and protein kinase B (PKB; also known as Akt). Activation of PKB by CaMKK appears to be important in protection of neurons from programmed cell death during development. TGFβ = transforming growth factor beta (hlavní a oficiální název), jiná varianta názvu: tumor growth factor beta

3 Co můžeme potkat na membráně? Receptory Iontové kanály (transportéry) aa

4 Iontové kanály Ca ++ kanály (napěťově řízené, ligandem řízené, store-operated kanály) K + kanály Na + kanály Cl - kanály Napěťově řízené Ligandem řízené Metabolicky řízené, řízené ph,

5 Receptory Bez vlastní enzymatické aktivity: - receptory spřažené s G-proteinem - receptory asociované s tyrosinkinázou (cytokinové receptory) - FAS receptor (receptor smrti) S vlastní enzymatickou aktivitou: - receptorové tyrosinkinázy - receptorové serin/threonin kinázy

6 Jaké enzymy můžeme potkat v signalizačních kaskádách? Kinázy (proteinkináza A, B, C; JAK, STAT, MAPK, CaMK, ) Fosfatázy Cyklázy (adenylát cykláza, guanylát cykláza) Fosfodiesterázy (fosfodiesteráza 6) GTPázy (α jednotka G-proteinu, Ras, Rho, ) Fosfolipázy (fosfolipáza Cβ)

7 Signální dálnice Receptor spřažený s G-proteinem (α s, α i ) adenylát cykláza camp proteinkináza A Receptor spřažený s G-proteinem (α q ) fosfolipáza Cβ IP 3 CaMK DAG proteinkináza C Receptor spřažený s G-proteinem (α t ) fosfodiesteráza 6 cgmp proteinkináza G CNGC Receptorová tyrozinkináza fosfolipáza Cγ IP 3 CaMK DAG proteinkináza C

8 Signální dálnice Receptorová tyrozinkináza GRB2/Sos Ras MAPKKK MAPKK MAPK AP1 Receptor spřažený s G-proteinem / receptorová tyrosinkináza PI3K PIP 3 Akt (= proteinkináza B) Cytokinový receptor JAK STAT jádro Receptorová serin/threonin kináza Smad jádro

9 RECEPTOR SPŘAŽENÝ S G-PROTEINEM - 7 transmembránových segmentů

10

11 G-protein heterotrimer, složen ze tří různých podjednotek: a, b, g a podjednotka ~ 33-55kD b podjednotka ~ 35kD g podjednotka ~ 15kD - tvoří komplex Gb/g - vazebné místo pro GDP / GTP - vnitřní hydrolytická aktivita ke GTP (naváže GTP = aktivace hydrolyzuje GTP na GDP = deaktivace) - v neaktivním stavu: navázán GDP asociována s komplexem Gb/g savci: 20 různých G proteinů (každý obsahuje unikátní Ga podjednotku + jednu z 5 b podjednotek a jednu z 12 g podjednotek)

12 Ga i Ga s Ga q

13 Ga s stimuluje adenylát cyklázu syntéza camp aktivace proteinkinázy A (PAK) fosforylace blízkých substrátů cholera toxin: udržuje Ga s trvale aktivovanou camp Ga i po aktivaci inhibuje adenylát cyklázu camp pertussis toxin: Ga i podjednotka neschopná odpoutat GDP neschopná aktivace nemůže inhibovat adenylát cyklázu camp ovlivňuje regulaci mnoha iontových kanálů

14 Ga q nepůsobí na ni ani cholera toxin ani pertussis toxin fosfolipáza C b inositol-3-fosfát (IP 3 ) Ca 2+ v buňce CaMKII diacylglycerol (DAG) proteinkináza C obě dvě cesty vedou k fosforylaci blízkých proteinů

15

16 Ga t transducin citlivý na pertussis toxin neschopnost odpoutat GDP inhibice signalizace Zrak: t 1 černobílé vidění t 2 barevné vidění Výskyt: retina, některé kmenové buňky efektor: fosfodiesteráza-6 (PDE 6 ) degradace cgmp

17 Ga o other efektory zatím nejsou známy citlivý na pertussis toxin neschopnost odpoutat GDP inhibice signalizace Výskyt: nervové a neuroendokrinní tkáně, mitotické vřetánko ranný vývoj: efekt serotoninu na migraci neuronů

18 Ga 12/13 aktivace REF ( Rho guanine-nucleotide exchange factors ) aktivace Rho proteinů výskyt: rovnoměrně ve tkáních

19

20 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY

21 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY růstové faktory, cytokiny, hormony 17 podrodin receptorů nutná dimerizace receptoru (i tetramery) pouze jeden transmembránový segment (N-konec extracelulární, C- konec intracelulární) fosforylace tyrosinů = vytvoření vazebných míst pro cytosolické signální proteiny navázání aktivace signální dráhy cytosolické signální proteiny: např. Src, fosfolipáza C g, PI3-kináza vazebná místa pro navázání na fosforylované tyrosiny: SH 2 doména (src), PTB doména (PI3-kináza)

22 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY endocytóza aktivovaného receptoru: zánik receptoru v lyzozomu vazba molekuly ubiquitinu na kinázu signalizace z endocytovaného receptoru např. NGF

23

24 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY Ras, Rho - monomerní GTPázy - zakotvené do vnitřní strany membrány - součást signálních drah receptorové tyrosinkinázy - aktivace: GEF (guanine nucleotide exchange factor) - inhibice: GAP (GTPase activating factor) rezistence rakovina Ras MAPkináza signalizace do jádra ( např. buněčná proliferace) Rho spojuje RTK s cytoskeletem ( tvar buňky, motilita, adheze)

25 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY

26

27

28 RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY PI-3 kináza Akt

29 JAK-STAT RECEPTORY ASOCIOVANÉ S TYROSINKINÁZOU

30 RECEPTOROVÉ SERIN-THREONIN KINÁZY ligand: např. TGF-b SmaDs regulační protein endocytóza aktivace degradace

31 NUKLEÁRNÍ RECEPTORY ligandy dokáží samy přejít přes cytoplazmatickou membránu = transkripční faktory (v aktivované formě spustí transkripci cílových genů) nukleární receptory aktivované ligandem vs. orphan receptory typ I receptor v cytosolu navázání ligandu homodimerizace transport do jádra navázání na response element DNA start transkripce typ II receptor v jádře navázaný jako heterodimer (+ korepresory) na response element ligand do jádra vazba na receptor disociace korepresoru start transkripce

32

33

34

35 Odpovědi na otázky Kde jsou CNGC (cyclic nucleotide gate channels; týká se signalizace Ga T )? V cytoplazamtické membráně. Kde se v buňce bere cgmp (který je pak odbouráván PDE 6 )? Je syntetizován enzymem guanylát cyklázou, která může být aktivována například vlivem změny koncentrace Ca ++ v cytosolu. Jak přesně probíhá aktivace protein kinázy A? Protein kináza A se skládá ze 4 podjednotek: dvou regulačních a dvou katalytických. Každá regulační podjednotka má dvě vazebná místa pro camp. Poté, co se celkem 4 molekuly camp navážou na regulační podjednotky, dojde k uvolnění katalytických podjednotek, které mohou začít fosforylovat okolní substráty. Jak je aktivována PI-3 kináza? Přesný způsob aktivace se u jednotlivých tříd tohoto enzymu liší. Některé obsahují SH2 doménu a tudíž se aktivují přímo vazbou na fosforylované tyrosiny receptorových tyrosin kináz, jiné jsou aktivovány přes GRB2 či přes Ras proteiny..

36 Odpovědi na otázky CaM kináza = Ca 2+ /calmodulin-dependent protein kinase II - aktivace: IP3 Ca ++ z ER Ca ++ /kalmodulin komplex aktivace CaM kinázy - zapojena v mnoha signálních kaskádách MAP kináza = mitogen-activated protein (MAP) kinase - kaskáda: MAP kináza kináza kináza aktivace MAP kinázy kinázy aktivace MAP kinázy - spuštění kaskády: např. přes Ras, PKC,

37 Odpovědi na otázky ligandy pro tyrosin kinázy: velmi často se vyskytují jako dimery (a aktivují vazebná místa u obou monomerů receptoru zároveň). Tj. na obrázcích někdy figurují 2 molekuly ligandu, někdy jedna, nejvýstižnější je asi tento: dimer

38 Odpovědi na otázky G-protein: po disociaci alfa podjednotky zůstávají ona i komplex beta/gama ukotvené v membráně

39 Odpovědi na otázky Signalizace Ca ++ z ER: vazba na kalmodulin aktivace CAMKII vazba na PKC (protein kináza C) + DAG (diacylglycerol) aktivace PKC