Základy buněčné signalizace

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Základy buněčné signalizace"

Vladislav Kovář
před 6 lety
Počet zobrazení:

LF UK Uměle zkonstruovaný myší zub Ikeda e. et al.

1 Základy buněčné signalizace MUDr. Jan láteník, hd. Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF UK Uměle zkonstruovaný myší zub Ikeda e. et al.: Fully functional bioengineered tooth replacement as an organ replacement therapy, NAS 106, 2009,

2 Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky! řeprogramování co to je? fibroblast is neurony kardiomyocyty hepatocyty Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006, Komunikace mezi buňkami: 1. Syntéza a 2. uvolnění signální molekuly buňkou která signalizuje 3. Transport signálu k cílové buňce 4. Detekce signálu specifickým receptorovým proteinem 5. Spuštění jedné nebo více signálních drah (transdukce signálu) 6. Specifický účinek na buněčný metabolismus, vývoj, diferenciaci atp. 7. Odstranění/ukončení signálu 2

Na jakou vzdálenost signál působí: + AUTOCRINE Signální molekula (ligand): eptidy/proteiny ACTH, inzulin, glukagon, růstové faktory, cytokiny a mnoho jiných Malé lipofilní

3 Na jakou vzdálenost signál působí: + AUTOCRINE Signální molekula (ligand): eptidy/proteiny ACTH, inzulin, glukagon, růstové faktory, cytokiny a mnoho jiných Malé lipofilní molekuly: steroidy, thyroidní hormony, prostaglandiny Malé hydrofilní molekuly AMK nebo deriváty AMK - katecholaminy, histamin, serotonin, glutamát, GABA, glycin aj. lyny: NO 3

4 Receptor Vždy protein Vazba ligandu + konformační změna převod signálu (signální transdukce) Specifita vzhledem k vazbě ligandu následnému účinku Dvě třídy signálních molekul 4

5 Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky Iontové kanály Receptory spřažené s G-proteiny Receptory s enzymatickou aktivitou Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky Iontové kanály prona +, K +, Ca 2+, Cl - např. Receptor proacetylcholin, GABA, glutamát, glycin Receptory spřažené s G-proteiny Receptory s enzymatickou aktivitou 5

6 Svalový receptor pro acetylcholin Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky Iontové kanály Receptory spřažené s G-proteiny Seven-spanning Receptory s enzymatickou aktivitou 6

7 Molekulární vypínače G-proteiny: Molekulární přepínače založené na GTasové aktivitě 7

8 Cílové molekuly pro G-proteiny: - membránové enzymy - iontové kanály Druhý posel: Cyklický adenosinmonofosfát (cam) Cyklický guanosinmonofosfát (cgm) Inositol-1,4,5-trisfosfát 1,2-diacylglycerol Calcium (NO, kyslíkové radikály) 8

9 Cyklický AM a proteinkinasa A R C R C Neaktivní KA + 4 cam cam R cam C R cam cam C Aktivní KA KA aktivuje štěpení zásobního triacylglycerolu v tukové buňce 9

Signalizace přes fosfolipázu C Calcium v buňce: V cytoplasmě jen 0.1-0.

10 Signalizace přes fosfolipázu C Calcium v buňce: V cytoplasmě jen μm, cca 1 μm je již signál Zdroj signálu je: zvnějšku: ligandem aktivované Ca 2+ kanály napětím řízené Ca 2+ kanály ze zásob v ER: I3 receptor/kanál ryanodinový receptor/kanál závislý na membránovém potenciálu (kosterní sval) závislý na Ca 2+ (srdce, CNS) 10

Kalmodulin (148 AMK) obr.: Berridge et al., Nature 1998: 395, 645-648.

11 Kalmodulin (148 AMK) obr.: Berridge et al., Nature 1998: 395, O tom jakou informaci Ca 2+ signál nese, rozhoduje jeho LOKALIZACE FREKVENCE AMLITUDA 11

12 Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky Iontové kanály Receptory spřažené s G-proteiny Receptorys enzymatickou aktivitou: samymajíenzymovouaktivitu: receptorové tyrosinkinázy(př. inzulin, EGF) asociovanés tyrosinkinázou(př. cytokiny, interleukiny) Receptorové tyrosinkinázy př.: Ras/MAK 12

13 Růstový faktor Monomerní receptor-tk GD Neaktivní Ras Vazba ligandu, dimerizace receptoru, autofosforylace 13

14 SH3 GRB2 SH2 SH3 GRB2 SH2 Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor) 14

15 GT GRB2 SH2 SH3 Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor) GT GRB2 SH2 SH3 Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor) Ras aktivován 15

16 Ras GT H 2 N GRB2 Raf (Ser/Thr kináza) COOH Ras GT H 2 N GRB2 Raf (Ser/Thr kináza) COOH MEK (Ser/Thr i Tyr kináza) 16

17 Ras GT H 2 N GRB2 Raf (Ser/Thr kináza) MAKKK: MA Kinase Kinase Kinase COOH MEK (Ser/Thr i Tyr kináza) MAKK: MA Kinase Kinase ERK 1/2 (MAK: Mitogen Activated rotein kinase) Obr. z katalogu Cell Signaling Technology 17

18 Signalizace do buněčného jádra 18

19 Jak signál ovlivňuje funkce proteinů Modifikace struktury/ funkce stávajících proteinů Změna spektra /množství proteinů v buňce... regulace genové exprese Regulace genové transkripce u eukaryot 19

Eukaryotické transkripční faktory: Rozdělení podle strukturních motivů: homeodomény

20 Model interakce více aktivátorů transkripce s mediátorovým komplexem obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y Eukaryotické transkripční faktory: Rozdělení podle strukturních motivů: homeodomény zinkové prsty ( zinc fingers ) leucinové zipy ( leucine zippers ) bhlh (basic Helix-Loop-Helix) proteiny 20

21 Eukaryotické transkripční faktory: Rozdělení podle způsobu exprese/regulace: inducibilní konstitutivní ligandem aktivované Inducibilní TFs: př. A1 (Activator rotein 1) Jun Fos TGACTCA TRE [TA (phorbol ester) response element] Jun Jun Jun ATF Jun family: c-jun, JunB, JunD Fos family: c-fos, FosB, Fra-1, Fra-2 21

22 Konstitutivní TFs: př. CREB (cam/ca 2+ response element binding protein) Ser133 CREB CREB TGACGTCA CRE [cam/ca 2+ response element] Ligandem-aktivované TFs: Nadrodina jaderných receptorů obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y

: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y. 2004.

23 Receptory pro glukokortikoidy a estrogeny jsou ligandem aktivované transkripční faktory, které translokují do jádra obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y Signalizace do buněčného jádra do jádra jde ligand receptor transkripční faktor jiná signální molekula (kinasa, druhý posel) 23

24 Kaskáda transkripční odpovědi Second messengers Kinase activation & Nuclear translocation Constitutive transcription factors Inducible transcription factors Target genes obr.: láteník et al., Life Sci. 2000: 67, Amplifikace signálu GARLAND UBLISHING

25 Integrace signálu Buňka reaguje na souhrn signálů: 25

26 Cross-talk signálních drah Cross-talk signálních drah 26

27 Analýzy genomu (Science 291, 2001): Lidský kinom: 518 kinas (Science 298, 2002) Zdroj obr.: Cell Signaling Technology 27

: Experimental conversion of liver to pancreas. Current Biology, 13, 105-115, (2003).

28 MASTER SWITCH : Jeden gen/protein vládnoucí všem... rotein A rotein B rotein C rotein D Horb, M.E., et al.: Experimental conversion of liver to pancreas. Current Biology, 13, , (2003). Transientní exprese jediného genového konstruktu, kódující modifikovaný klíčový TF dx1, změní trvale jaterní buňku na pankreatickou, produkující inzulin, glukagon a amylasu... 28

29 Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky! fibroblast Oct3/4, Sox2, Klf4, c-myc is neurony kardiomyocyty hepatocyty Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006, Obr. z: Yamanaka S. Cell 137, 2009,

A blueprint of stem cell-based tooth regeneration with a scaffold-free approach. Schematic procedures of stem cell-based scaffold-free tooth regeneration in humans.

30 A blueprint of stem cell-based tooth regeneration with a scaffold-free approach. Schematic procedures of stem cell-based scaffold-free tooth regeneration in humans. The procedures include induction of iscs or epithelial derived stem cells into epithelial (epi.) sheets and induction of iscs or dental mesenchymal (mes.) stem cells into mesenchymal masses with odontogenic potential, tissue recombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost tooth sites of patients, and regeneration of functional replacement teeth. Zhang and Chen Cell Regeneration :8 doi: / When dental stem cell therapies become routine it will be historic, and the most fantastic time to practice as a dentist. Citát: prof. eter Murray, College of Dental Medicine, Nova Southeastern University 30

Podobné dokumenty

Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006,

Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006, Obecné mechanismy buněčné signalizace Signalizace do buněčného jádra MUDr. Jan láteník, hd. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky! řeprogramování