INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II 1
VÝZNAM INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE V MEDICÍNĚ Příklad: Intracelulární signalizace: aktivace Ras proteinu (aktivace receptorové kinázy aktivace Ras aktivace kinázové kaskády Raf-MAPKK-MAPK) Onemocnění: různé lidské nádory (např. 95% pankreatických karcinomů) (aktivující mutace ras genu ras onkogen konstitutivní aktivace kinázové kaskády Raf-MAPKK-MAPK konstitutivní stimulace proliferace) 2
FIGURE 16-20 Activation of Ras following ligand binding receptor tyrosine kinases (RTKs). 3
4
INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II: 10. Aktivace adenylátcyklázy 11. Aktivace cgmp fosfodiesterázy 12. Typy signalizace přes receptorové kinázy 13. Signalizace přes receptorové tyrosinkinázy 14. Aktivace Ras proteinu 15. Aktivace PI3 kinázy 16. Signalizace přes receptorové serin-threoninkinázy 17. Typy signalizace přes receptory asociované s kinázami 18. Aktivace Src kináz 19. Aktivace Jak kináz 20. Typy signalizace přes receptory regulující proteolýzu 21. Aktivace IκB kinázy 5
10. AKTIVACE ADENYLÁTCYKLÁZY: Aktivovaná adenylátcykláza: ATP camp camp: aktivace proteinkinázy A [FIG.] Proteinkináza A (PKA): serin-threoninkináza realizace signálu na základe fosforylace cílových proteinů camp fosfodiesteráza: camp AMP Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci adenylát cyklázy: Adrenalin/buňky srdečního svalu (β-adrenergní receptory) zvýšení frekvence kontrakce TSH/buňky štítné žlázy sekrece thyroxinu Glukagon/jaterní buňky glykogenolýza 6
7
10. AKTIVACE ADENYLÁTCYKLÁZY: Aktivovaná adenylátcykláza: ATP camp camp: aktivace proteinkinázy A [FIG.] Proteinkináza A (PKA): serin-threoninkináza realizace signálu na základe fosforylace cílových proteinů camp fosfodiesteráza: camp AMP Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci adenylát cyklázy: Adrenalin/buňky srdečního svalu (β-adrenergní receptory) zvýšení frekvence kontrakce TSH/buňky štítné žlázy sekrece thyroxinu Glukagon/jaterní buňky glykogenolýza 8
11. AKTIVACE cgmp FOSFODIESTERÁZY: Aktivovaná cgmp fosfodiesteráza: cgmp GMP cgmp: otevření ligandem regulovaných iontových kanálů v plazmatické membráně tyčinek sítnice cgmp regulované iontové kanály: přeměna signálu světlem aktivovaného rhodopsinu na elektrický signál v tyčinkách sítnice (fotoreceptory) [FIG.] [FIG.] Guanylátcykláza: GTP cgmp 9
10
11
11. AKTIVACE cgmp FOSFODIESTERÁZY: Aktivovaná cgmp fosfodiesteráza: cgmp GMP cgmp: otevření ligandem regulovaných iontových kanálů v plazmatické membráně tyčinek sítnice cgmp regulované iontové kanály: přeměna signálu světlem aktivovaného rhodopsinu na elektrický signál v tyčinkách sítnice (fotoreceptory) [FIG.] [FIG.] Guanylátcykláza: GTP cgmp 12
12. TYPY SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ KINÁZY: Signalizace přes receptorové tyrosinkinázy (většina receptorových kináz) Signalizace přes receptorové serin-threoninkinázy 13
13. SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY: Receptorové tyrosinkinázy [FIG.] Mechanismus přenosu signálu receptorovými tyrosinkinázami: interakce ligandu s receptorem dimerizace vzájemná fosforylace a aktivace cytoplazmatických domén přenos signálu na další proteiny (adaptorové proteiny: GRB2, SOS) [FIG.] Aktivace Ras proteinu Aktivace PI3 kinázy Aktivace fosfolipázy C (PLC): PLC-γ viz Aktivace fosfolipázy C 14
Some subfamilies of RTKs 15
13. SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY: Receptorové tyrosinkinázy [FIG.] Mechanismus přenosu signálu receptorovými tyrosinkinázami: interakce ligandu s receptorem dimerizace vzájemná fosforylace a aktivace cytoplazmatických domén přenos signálu na další proteiny (adaptorové proteiny: GRB2, SOS) [FIG.] Aktivace Ras proteinu Aktivace PI3 kinázy Aktivace fosfolipázy C (PLC): PLC-γ viz Aktivace fosfolipázy C 16
FIGURE 16-20 Activation of Ras following ligand binding receptor tyrosine kinases (RTKs). The receptors for epidermal growth factor (EGF) and many other growth factors are RTKs. 17
13. SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ TYROSINKINÁZY: Receptorové tyrosinkinázy [FIG.] Mechanismus přenosu signálu receptorovými tyrosinkinázami: interakce ligandu s receptorem dimerizace vzájemná fosforylace a aktivace cytoplazmatických domén přenos signálu na další proteiny (adaptorové proteiny: GRB2, SOS) [FIG.] Aktivace Ras proteinu Aktivace PI3 kinázy Aktivace fosfolipázy C (PLC): PLC-γ viz Aktivace fosfolipázy C 18
14. AKTIVACE Ras PROTEINU: Aktivace Ras proteinu: přes adaptorové proteiny (GRB2, SOS) Ras-GDP Ras-GTP Aktivovaný Ras protein: aktivace Raf kinázy Kinázová kaskáda: Raf MAPKK (MEK) MAPK (ERK) (cytoplazmatické serin-threoninkinázy) [FIG.] MAP kináza: realizace signálu na základě fosforylace cílových proteinů Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci Ras proteinu: Insulin/různé typy buněk regulace metabolismu sacharidů, lipidů a proteinů EGF/epiteliální buňky stimulace proliferace HGF/hepatocyty stimulace proliferace 19
20
14. AKTIVACE Ras PROTEINU: Aktivace Ras proteinu: přes adaptorové proteiny (GRB2, SOS) Ras-GDP Ras-GTP Aktivovaný Ras protein: aktivace Raf kinázy Kinázová kaskáda: Raf MAPKK (MEK) MAPK (ERK) (cytoplazmatické serin-threoninkinázy) [FIG.] MAP kináza: realizace signálu na základě fosforylace cílových proteinů Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci Ras proteinu: Insulin/různé typy buněk regulace metabolismu sacharidů, lipidů a proteinů EGF/epiteliální buňky stimulace proliferace HGF/hepatocyty stimulace proliferace 21
15. AKTIVACE PI3 KINÁZY: Aktivace PI3 (fosfoinositid 3) kinázy: aktivované intracelulární domény receptorové tyrosinkinázy Aktivovaná PI3 kináza: produkcepip 3 aktivace proteinkinázy B Proteinkináza B (PKB) (Akt): serin-threonin kináza realizace signálu na základě fosforylace cílových proteinů [FIG.] Příklad intracelulární siganlizace používající aktivaci PI3 kinázy: IGF-I/různé typy buněk přežívání 22
23
15. AKTIVACE PI3 KINÁZY: Aktivace PI3 (fosfoinositid 3) kinázy: aktivované intracelulární domény receptorové tyrosinkinázy Aktivovaná PI3 kináza: produkcepip 3 aktivace proteinkinázy B Proteinkináza B (PKB) (Akt): serin-threonin kináza realizace signálu na základě fosforylace cílových proteinů [FIG.] Příklad intracelulární siganlizace používající aktivaci PI3 kinázy: IGF-I/různé typy buněk přežívání 24
16. SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ SERIN-TREONINKINÁZY: Mechanismus přenosu signálu receptorovými serin-treoninkinázami: interakce ligandu s receptorem dimerizace fosforylace a aktivace cytoplazmatické domény přenos signálu na další proteiny: fosforylace Smad proteinu (Smad2/Smad3) oligomerizace s dalším Smad proteinem (Smad4) realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů Smad signalizace: TGF-β [FIG.] Příklad intracelulární signalizace používající Smad signalizaci: TGF-β/různé typy buněk inhibice i stimulace proliferace 25
26
16. SIGNALIZACE PŘES RECEPTOROVÉ SERIN-TREONINKINÁZY: Mechanismus přenosu signálu receptorovými serin-treoninkinázami: interakce ligandu s receptorem dimerizace fosforylace a aktivace cytoplazmatické domény přenos signálu na další proteiny: fosforylace Smad proteinu (Smad2/Smad3) oligomerizace s dalším Smad proteinem (Smad4) realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů Smad signalizace: TGF-β [FIG.] Příklad intracelulární signalizace používající Smad signalizaci: TGF-β/různé typy buněk inhibice i stimulace proliferace 27
17. TYPY SIGNALIZACE PŘES RECEPTORY ASOCIOVANÉ S KINÁZAMI: Přenos signálu z receptoru obsazeného ligandem na další proteiny Asociované kinázy: Rodina Src kináz Rodina Jak kináz 28
18. AKTIVACE Src KINÁZ: Src kinázy: tyrosinkinázy Aktivace Src kináz: interakce ligandu s příslušným receptorem aktivace Src kinázy úloha SH2 a SH3 domén [FIG.] Aktivované Src kinázy: fosforylace cílových proteinů Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci Src kináz: EGFR (receptorová tyrosinkináza)/epiteliální buňky PDGFR (receptorová tyrosinkináza/fibroblasty 29
Figure 3-69 The activator of a Srctype protein kinase by two sequential events. 30
18. AKTIVACE Src KINÁZ: Src kinázy: tyrosinkinázy Aktivace Src kináz: interakce ligandu s příslušným receptorem aktivace Src kinázy úloha SH2 a SH3 domén [FIG.] Aktivované Src kinázy: fosforylace cílových proteinů Příklady intracelulární signalizace používající aktivaci Src kináz: EGFR (receptorová tyrosinkináza)/epiteliální buňky PDGFR (receptorová tyrosinkináza/fibroblasty 31
19. AKTIVACE Jak KINÁZ: Jak kinázy: tyrosinkinázy Aktivace Jak kináz: interakce ligandu s příslušným receptorem vzájemná fosforylace fosforylace a aktivace cytoplazmatických domén receptoru přenos signálu na další proteiny: fosforylace STAT proteinů dimerizace STAT proteinů realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů STAT signalizace: interferony ad. [FIG.] Příklady intracelulární signalizace používající STAT signalizaci: Interferon γ/makrofágy: aktivace Erytropoietin/erytroidní progenitorové buňky stimulace proliferace a diferenciace Růstový hormon/jaterní a další typy buněk stimulace exprese IGF-I 32
33
19. AKTIVACE Jak KINÁZ: Jak kinázy: tyrosinkinázy Aktivace Jak kináz: interakce ligandu s příslušným receptorem vzájemná fosforylace fosforylace a aktivace cytoplazmatických domén receptoru přenos signálu na další proteiny: fosforylace STAT proteinů dimerizace STAT proteinů realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů STAT signalizace: interferony ad. [FIG.] Příklady intracelulární signalizace používající STAT signalizaci: Interferon γ/makrofágy: aktivace Erytropoietin/erytroidní progenitorové buňky stimulace proliferace a diferenciace Růstový hormon/jaterní a další typy buněk stimulace exprese IGF-I 34
20. TYPY SIGNALIZACE PŘES RECEPTORY REGULUJÍCÍ PROTEOLÝZU: Přenos signálu z receptoru obsazeného ligandem na molekuly regulující proteolýzu Aktivace IκB 35
21. AKTIVACE IκB KINÁZY: Aktivace IκB kinázy: interakce ligandu s příslušným receptorem aktivace IκB kinázy Aktivovaná IκB kináza: fosforylace IκB (inhibitor of kappab) ubikvitinace IκB degradace IκB uvolnění NFκB NFκB (nuclear factor kappab): realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů NFκB signalizace: zánětlivé cytokiny (IL-1, TNF-α) ad. [FIG.] Příklady intracelulární signalizace používající NFκB signalizaci: IL-1/T lymfocyty stimulace exprese dalších zánětlivých cytokinů 36
37
21. AKTIVACE IκB KINÁZY: Aktivace IκB kinázy: interakce ligandu s příslušným receptorem aktivace IκB kinázy Aktivovaná IκB kináza: fosforylace IκB (inhibitor of kappab) ubikvitinace IκB degradace IκB uvolnění NFκB NFκB (nuclear factor kappab): realizace signálu na základě regulace transkripce cílových genů NFκB signalizace: zánětlivé cytokiny (IL-1, TNF-α) ad. [FIG.] Příklady intracelulární signalizace používající NFκB signalizaci: IL-1/T lymfocyty stimulace exprese dalších zánětlivých cytokinů 38
LITERATURA: Alberts B. et al.: Základy buněčné biologie. Espero Publishing. Ústí nad Labem, pp. 486-509, 1998. 39