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. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
Aktivace adenylátcyklázy Aktivace cGMP fosfodiesterázy Typy signalizace přes receptorové kinázy Signalizace přes receptorové tyrosinkinázy Aktivace Ras proteinu Aktivace PI3 kinázy Signalizace přes receptorové serin-threoninkinázy Typy signalizace přes receptory asociované s kinázami Aktivace Src kináz Aktivace Jak kináz Typy signalizace přes receptory regulující proteolýzu 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: produkcePIP3 → 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: produkcePIP3 → 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
