Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Berki Tímea és Boldizsár Ferenc Jelátvitel
A KALCIUM JEL
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A Ca2+ fiziológiás szerepe I. • S. Ringer: Ca2+ jelenlétében a békaszív órákig megtartja aktivitását • Locke: a Ca2+ eltávolítása gátolja a neuromuszkuláris transzmissziót • Kamada és Kimoshita (1943): Ca2+ bevitele az izom rostokba a rostok összehúzódását eredményezi • Otto Loewi: “Ca2+ ist alles.” (A Ca2+ minden.) • Ca2+ -a “második” másodlagos messenger
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A Ca2+ fiziológiás szerepe II. • 3 formában található a szervezetben: – Szabad – Kötött – Komplexek részeként (hidroxiapatit a kalcifikálódott szövetekben pl. csontok, fogak) • Hiperkalcémia: csökken a neuromuszkuláris átvezetés, szívizom diszfunkció, letargia • Hipokalcémia: a membránok ingerelékenysége ↑, tetániás rohamok, halál [Ca2+] [Mg2+] Plazma, extracelluláris folyadék
1-2mM
1mM
Intracelluláris citoplazmatikus
50-100nM
0,5-1mM
Intracelluláris raktár
30-300mM
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Citoplazmatikus Ca2+ alacsonyan tartása • Ca2+-ATPázok – Plazma membrán – ER (SERCA) • Na+/Ca2+ kicserélő – Plazma membrán • Ionofórok: – lipid-oldékony, membrán-permeábilis ionhordozók – pl. A23187 (524kDa), ionomycin (709kDa) Streptomycesből izolálták
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az intracelluláris Ca2+ mérése • Ca2+-szenzitív fotofehérjék: Aequorin (Aequoria victoria) – Ca2+-kötés esetén kék fényt emittál – Előbb célsejtbe kell mikroinjektálni (pl. óriás tintahal axon) • Fluoreszcens indikátorok : Quin-2, Fura-2 (UV); Fluo-3 (látható fény) – Sejtszuszpenzió esetén használható – a kapott jel az egyedi szinkronizálatlan események összességét mutatja – Egy sejt vizsgálata – fluoreszcens/konfokális mikroszkóp • Genetikailag tervezett indikátorok: – Aequorin- transzfektált sejtek – Kalmodulin- miozin könnyű lánc kináz-GFP
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Ca2+-csatornák az ER-ben • Rianoidin receptor (RyR): 4x560kDa – Ingerelhető sejtekben (váz -és szívizom) – Modulátorok: Ca2+, ATP, kalmodulin, FKBP12 (immunofilin) • IP3 receptor (IP3R): 4x310kDa
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Ca2+-beáramlás plazma membrán csatornákon keresztül
• Feszültség-függő csatornák (VOCC) – Ideg- és izomsejtek – Depolarizáció hatására kinyílnak – L, N, P/Q, R és T típusú • Receptor-függő csatornák (pl. Glutamát NMDA rec.) • TRPM2 csatornák – ADP-ribóz aktiválja – Oxidatív stressz
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az intra/extracelluláris Ca2+- jelátvitel kompartmentjei, Ca2+-csatornák
Ca2+-csatorna (ligand-függő)
Ca2+ -csatorna (feszültség-függő)
Ca2+ -csatorna (Ca2+-raktár kiürülése szabályozza)
Ca2+
Ca2+
Külső Ca2+ készlet (mM) Ca2+
NCX
Ca2+
Ca2+
Belső Ca2+ készlet (~100 nM)
Szolubilis Ca2+-szenzor fehérjék SERCA pumpa MNCX Ca2+ Ca2+
Ca2+
Ca2+
Uniporter Ca2+
Sejtmag
ER csatorna Endoplazmatikus retikulum
Mitokondrium
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Raktár-függő Ca2+-belépés (SOCE) Raktár-függő Ca2+-belépés = kapacitatív Ca2+ belépés (1986.) • Ha az intracelluláris raktárok készlete csökken, a plazma membrán Ca2+ -csatornái kinyílnak – TRP (tranziens receptor potenciál) fehérjék – CRAC (Ca2+ felszabadulás aktiválta Ca2+ -áram) csatornák pl. Orai 1 (33kDa) – STIM1 (77kDa): ER transzmembrán fehérjéje, Ca2+- szenzor 3 potenciális mechanizmus ami STIM1 aktivációhoz vezet: • Direkt interakció az ER és a plazma membrán között • STIM1 mozgása az ER-ból a plazma membránba • Szolubilis mediátor: CIF (Ca2+-influx faktor) (1993.)
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Foszfolipáz C (PLC) Hormon
Plazma membrán
Receptor PTI a GTP
b
g
DAG a
PKC
Citoplazma
PLC
GTP
G-fehérje
IP3 Ca2+
IP3 megnyitja a Ca2+ - csatornát
IP3
IP3R
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+ Ca2+
Simaizom endoplazmatikus retikulum lumene
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A Ca2+-jel számos útvonal része Acetilkolin, Glutamát, Szerotonin, ATP
Depolarizáció/ Feszültség CRAC Ca2+
DHPR Feszültség függő csatorna
Antigén
Antigén
Növekedési faktorok
BCR
TCR
RTK
Ligandfüggő csatorna
Src
Hormonok, Neurotranszmitterek, Növekedési faktorok, Hormonok, Ozmolaritás Neurotranszmitterek GPCR
RAS
TRPC TRPA TRPV
Fény, Szag, Íz molekulák
PMCA
NCX
Ca2+
Ca2+
CNG
GPCR
G14/15 Gq/11
b g GI/0
Gs,Golf, Gt
DAG PIP2
PIP2
Ca2+
PLCg
PIP2
PLCe
PIP2
PLCb
Na+
PLCd
AC Ca2+
DAG
DAG
cAMP
Ca2+
DAG ADP-ribóz, Arachidonsav, Szfingozin
IP3 IP3R
Ca2+
GC cGMP
GTP
GC
Ca2+
RyR IP3R
PKC NAADP
Ca2+
Sph
Ca2+ Ca2+
RyR
Ca2+ Ca2+
cADPR Ca2+
ATP
Ca2+
Ca2+
PMR1
Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+
P
RyR
Calm
CamK-IV
Ca2+
HDAC NFAT MEF2
CREB
SERCA Cain
Ca2+
IP3R
Mitokondriális uniporter
Ca2+
PTP
Gén expresszió
Na+/H+ cserélő Hipertrófia
CBP p300
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Ca2+ által szabályozott cél fehérjék I. Kalmodulin-függő: • CaM kinázok • EF2 kináz • Foszforiláz kináz • MLCK • Kalcineurin→NFAT • Plazma membrán Ca2+ ATPázok • Adenilát cikláz • Ciklikus nukleotid foszfodiészteráz • MAP-2 • Tau • Fodrin
• Neuromodulin • NOS
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Ca2+ által szabályozott célfehérjék I. Kalmodulin-független: • Kalpain (Ca2+-aktivált Cys proteáz) • Szinaptotagmin – exocitózis • DAG kináz – DAG inaktivációja • Ras neuronális Ca2+ szenzorok • GEFek és GAPek • Citoszkeletális fehérjék a-aktinin, gelszolin
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A Ca2+- jelátvitel effektor mechanizmusai Fehérje foszforiláció
Nitrogén-monoxid képződés
Ca2+
CaM kináz I,II és IV Elongációs faktor-2 kináz Foszforiláz kináz Miozin könnyű lánc kináz
Kalmodulin
Fehérje defoszforiláció
Citoszkeleton
Kalcineurin
MAP-2 Tau Fodrin Neuromodulin
Ca2+ transzport
Ciklikus nukleotid metabolizmus
Plazma membrán Ca2+ ATPáz
Adenilát cikláz Ciklikus nukleotid foszfodiészteráz
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Ca2+ a fototranszdukcióban Plazma membrán
Na+ pumpához
Citoplazma
4 Na+
Foton Na+, Ca2+, K+ kicserélő
ATP Rodopszin
Rodopszin*
Rodopszin*
P
RK
Ca2+
1 Transzducin
Transzducin*
PDE
K+
Csatorna záródása K+
PDE*
Ca2+
Na+
cGMP
Guanilát cikláz
cGMP 5’GTP
cGMP
Ca2+
GTP
cGMP-függő csatorna
