A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
A jelátvitel
1. Endokrin szignalizáció: belső elválasztású mirigy → véráram → célsejt
hírvivő molekula (messenger) elektromos formában kódolt információ
Véráram
A jelátvitel: hír kódolása és kibocsátása az egyik sejt, a jeladó által, valamint felfogása és dekódolása a célsejt által
A belső elválasztású mirigy a vérbe szekretálja a hormonokat
Távoli célsejtek
Szűkebb értelemben: a jel felfogásának és értelmezésének molekuláris részletei Vereb 2012
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
Vereb 2012
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet 2b. Irányított szekréció
2. Parakrin jelátvitel: sejtközötti állomány közvetítésével, néhány mikron távolság
2c. Szinaptikus jelátvitel
terminális
Szekrétoros sejt
Jeladó sejt
Szomszédos célsejt
jel
veziku lum
Megkötött célsejt
Killer T sejt, limfocita aktiváció
2d. Membránhoz kötött ligand (juxtakrin) mitoch
2a. Autokrin (spec.: intrakrin) Jeladó sejt
A szekrétoros sejt ugyanaz mint a célsejt Vereb 2012
Fas-Fas ligand
Szomszédos célsejt
Szinaptikus rés (lásd vezikuláris transzport) Vereb 2012
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
Ligand-receptor kölcsönhatás csoportosítása
3. Gap junction (junkció) 1. ligand oldhatósága: hidrofil vagy hidrofób 2. receptor elhelyezkedése: intracelluláris vagy sejtfelszíni
GLIOBLASZTÓMA: fáziskontraszt és Lucifer Sárga Vereb 2012
I. Intracelluláris receptorok:
Vereb 2012
I.
* Ligandjaik lipofil hormonok (szteroidok, tiroxin, retinsav) * Közvetlen hatás a génátírásra → sejtciklus, metabolizmus vált.
Intracelluláris receptorok: steroid hormonok hatásmechanizmusa inhibitor
receptor
Szállító fehérje a vérben
Hormon bediffundál a sejtbe
HSP-k, immunophilinek
HBD (hormonkötő domén)
inhibitor
Hormon
Sejtmag
Dimerizáció
Citoplazmatikus receptor (gátló fehérjével) Receptor-hormon komplex
TATA Génátírás
A megfelelő gének megváltozott expressziója
RNS Poli II
TF
NTD (N terminális domén)
DNS Vereb 2012
HRE (hormon válasz elem)
DBD (DNS-kötő domén) Vereb 2012
I.
Intracelluláris receptorok: homo és heterodimer típusok Homodimer receptorok
Heterodimer receptorok
Ösztrogén-R, Progeszteron-R, Androgén-R, glükokortikoid-R, minerálkortikoid-R
Retinsav- R, D3 vitamin-R, Tireoid-R, „árva” (orphan) receptorok (CAR, ERR, lipid R-ok)
ER-ER, PR-PR, GCR-GCR, stb. homodimerek
RAR-RXR, VDR-RXR, TR-RXR heterodimerek (RXR = retinoid X receptor)
Citoplazmában inaktív, gátló komplexben (ko-represszorral, pl. Hsp90-nel)
Magban inaktív, gátló komplexben (ko-represszorral), DNS-hez kötődik
Ligandkötéssel aktiválódik, magba transzlokálódik, ott aktivátor komplexet köt, DNS-hez kötődik, hiszton acetilázt aktivál
Ligandkötésre a ko-represszort koaktivátorra cseréli, hiszton acetiláz komplexet aktivál
II. Sejtfelszíni receptorok: * Ligandjaik hidrofil (adrenalin, peptid hormonok) vagy hidrofób (prosztaglandinok) molekulák ** Másodlagos hírvivők → azonnali változások ** Génátírás szabályozása kaszkád mechanizmusok útján Sejtfelszíni receptorok
Sejtfelszíni receptorokhoz kötött ligandumok
Ligandumok
A másodlagos hírvivők koncentrációja alacsony
A másodlagos hírvivők koncentrációja megnőtt
Vereb 2012
Vereb 2012
A sejtfelszíni receptorok három fő kategóriája 1. Saját enzimaktivitás nélküli receptorok 1a. G proteinhez kapcsolt pl. adrenalin, szerotonin, glukagon, bradikinin receptorok 1b. Tirozin kinázhoz kapcsolt pl. citokin receptor szupercsalád: eritropoetin, interferonok, interleukinok receptorai 1c. Proteolízisen keresztül szabályozó pl. TNFR, Wnt/Fzd, SHH, Delta/Notch
2. Saját enzimaktivitással bíró receptorok pl. ciklázok, kinázok, foszfatázok 2a. Tirozin kináz: EGFR, erbB2, PDGFR, InzulinR
G proteinhez kapcsolt receptorok 7 transzmembrán doménnel * 7 alfa-helikális transzmembrán domén * intra- és extracelluláris hurkok
extracelluláris hurkok
2b. Tirozin foszfatáz: leukocita CD45 foszfatáz
Külső tér
Transzmembrán α hélix
2c. Guanilát cikláz: atriális natriuretikus faktor R 2d. Szerin/treonin kináz: Transzformáló növekedési faktor β (TGF β) R
Citoplazma
3. Ioncsatorna működésű receptorok pl. acetilkolin receptor (nikotinerg) Vereb 2012
citoplazmatikus hurkok Vereb 2012
A receptor működési elve
A receptor működési elve
G Hormon protein (pl. adrenalin) trimer receptor
Effektor (pl. Adenilát cikláz)
0. A szereplők:
3. Gsα a GDP molekulát GTP-re cseréli, elválik a másik két alegységtől 4. Gsα aktiválja az adenilát ciklázt → cAMP termelés. A G proteintől eltávolodott receptorról könnyebben ledisszociálhat a hormon
1. Hormon kötödése → a receptor konformáció változása
2. A receptor kapcsolódik a trimer Gs proteinhez
5. Gsα elhidrolizálja a GTP-t GDP-vé, disszociál a cikláztól, újra egyesül a trimer Vereb 2012
A cAMP mint másodlagos hírvivő
Vereb 2012
A foszforiláció: általános szabályozási forma
A G protein által aktivált adenilát cikláz ATP-ből cAMP-t termel PROTEIN KINÁZ
A cAMP az A típusú protein kinázok szabályozásában vesz részt: C2R2 + 4 cAMP ↔ 2 C + R2(cAMP)4 KIKAPCSOLÁS: cAMP-dependens protein kináz cAMP foszfodiészteráz Szabályozó alegységek
Katalitikus alegységek
Katalitikus hely
FEHÉRJE
FEHÉRJE
FEHÉRJE
FEHÉRJE
PROTEIN FOSZFATÁZ
cAMP
* konformáció, töltés, polaritás megváltoztatása * megfordítható (defoszforiláció ← foszfatáz) Inaktív AMP
Aktív Vereb 2012
Vereb 2012
Kaszkádszerű szervezés → erősítés lehetősége
Gátló és serkentő G proteinek
Hormon (10-10M)
Adrenalin (beta adrenerg) Serkentő Glukagon ligand ACTH
Adenilát cikláz ATP → cAMP (10-5M)
C aktiválása
C gátlása
PGE1 Adenozin Gátló Opioid ligand Cannabinoid 5HT α2-adrenerg
plazmamembrán
Kináz (cAMP függő) Aktivált enzim (pl. foszforiláz kináz)
A serkentő ligand receptora
Termék (pl. foszforiláz)
A gátló ligand receptora
Adenilát cikláz Serkentő Gprotein komplex
Gátló G-protein komplex
etc.
További termék (pl. glükóz)
Egyes adenilát ciklázokat csak az α aktivál, másokat az α aktivál és a βγ gátol, megint másokat a βγ aktivál, de csak ha kötődik az α is. Vereb 2012
Vereb 2012
A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA
G protein által aktivált fehérjék adenilát cikláz (Gs) (glikogénbontás, zsírbontás, ösztrogén/progeszteron szintézis, vízvisszavétel,
Az elnyelt foton csak a triggerként „LIGAND”szolgál
1:1
szaglás)
foszfolipáz Cβ (Go, Gq) 1:500
(Ca2+ jel, pl. Bradykinin, AT-II, α1-adrenerg, gerinctelenek látása)
cGMP foszfodieszteráz (Gt= transzducin) (Látásérzet – cGMP PDE aktiválása, Na+ csatorna zárás,
2:1
hiperpolarizáció, lásd. Biofizika...)
ioncsatornák (Cl-, K+, Na+, Ca2+) (5-HT, GABA, adrenerg, dopaminerg, nuszkarinerg receptorok – különösen a
1:106
központi idegrendszerben) Vereb 2012
Vereb 2012
G fehérjék a szív szabályozásaban
Na+/Ca2+ β-adrenergR Gs
G proteinek serkentése és gátlása egyes betegségekben
Muszkarinerg AcCh R (M2) Adenilát cikláz
β/γ αs
A GDP – GTP cserét a (ß-adrenerg) receptorhormon komplex aktiválja
K+
Gi β/γ αi hiperpolarizáció
Depolarizáció összehúzódás
cAMP
A Gβ,γ×Gsα komplex inaktív, a ciklázt (ill. más effektort) nem serkenti
A Gsα-GTP aktív, serkenti az adenilát ciklázt, és más effektorokat
PKA GTP hidrolízis: Saját GTP-áz aktivitás
lassab és gyengébb kontrakció Vereb 2012
Vereb 2012
G proteinek serkentése kolerában
Kolera...
Ezt a lépést a ß-adrenerg receptorhormon komplex aktiválja GDP
Vibrio Cholerae A Gβ,γ×Gsα komplex nem tudja Gβγ aktiválni az adenilát ciklázt
Bélhámsejt mikrovillusok
GTP
A Gsα-GTP aktiválja az adenilát-ciklázt Gα
Gβγ
GDP
Gα
+
GTP
NAD+
Kolera toxin ADP riboziláció (Gs !)
Gα
Vízvesztés a bélhámon át
Cholera toxin A és B5 alegység (GM1 gangliozidhoz kötődve) Vereb 2012
(Cl- csatornák, aquaporin)
Pi ADP-ribóz GTP
Az adenilát cikláz állandó aktiválódása
nikotinamid A GTP hidrolízis gátlása
Állandóan aktív Gs Vereb 2012
G proteinek gátlása szamárköhögésben
Bordetella Pertussis
Állandóan inaktív Gi Gβγ
nem tudja inaktiválni az adenilát ciklázt
Gα GDP
ADP-ribóz
GDP
nikotinamid
GTP
A Giα-GTP inaktiválja az adenilát-ciklázt
Pertussis toxin Gi ADP ribozilációja
PTx (Pertussis Toxin) S1: enzim S2-S6: dokkoló fehérje
Vereb 2012
NAD+ Gβγ
Gα
Gβγ
GDP
Immunszupresszió (fagocitózis gátlása, homing gátlása) Extravazáció, vérnyomás csökken, sokk Hipoglikémia Vérlemezke aktiválás
+
Gα GTP
Pi Vereb 2012
