JELÁTVITEL I A JELÁTVITELRŐL ÁLTALÁBAN, RECEPTOROK INTRACELLULÁRIS (NUKLEÁRIS) RECEPTOROK G FEHÉRJÉHEZ KÖTÖTT RECEPTOROK
Vereb 2015
A jelátvitel
!
hírvivő molekula (messenger) elektromos formában kódolt információ A jelátvitel: hír kódolása és kibocsátása az egyik sejt, a jeladó által, valamint felfogása és dekódolása a célsejt által Szűkebb értelemben: a jel felfogásának és értelmezésének molekuláris részletei Vereb 2015
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
!
1. Endokrin szignalizáció: belső elválasztású mirigy → véráram → célsejt
Véráram
A belső elválasztású mirigy a vérbe szekretálja a hormonokat
Távoli célsejtek
Vereb 2015
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
!
2. Parakrin jelátvitel: sejtközötti állomány közvetítésével, néhány mikron távolság
Szekrétoros sejt
Szomszédos célsejt
2a. Autokrin (spec.: intrakrin) A szekrétoros sejt ugyanaz mint a célsejt Vereb 2015
!
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet 2b. Irányított szekréció
2c. Szinaptikus jelátvitel
terminális
Jeladó sejt
jel
veziku lum
Megkötött célsejt
Killer T sejt, limfocita aktiváció
2d. Membránhoz kötött ligand (juxtakrin) mitoch
Jeladó sejt Fas-Fas ligand
Szomszédos célsejt
Szinaptikus rés (lásd vezikuláris transzport) Vereb 2015
A jel-molekulák útja változó hosszúságú lehet
!
3. Gap junction (junkció)
GLIOBLASZTÓMA: fáziskontraszt és Lucifer Sárga Vereb 2015
Ligand-receptor kölcsönhatás csoportosítása
!
1. ligand oldhatósága: hidrofil vagy hidrofób 2. receptor elhelyezkedése: intracelluláris vagy sejtfelszíni
Vereb 2015
I. Intracelluláris receptorok:
!
* Ligandjaik lipofil hormonok (szteroidok, tiroxin, retinsav) * Közvetlen hatás a génátírásra → sejtciklus, metabolizmus vált. Szállító fehérje a vérben
Hormon
Sejtmag
Citoplazmatikus receptor (gátló fehérjével) Receptor-hormon komplex A megfelelő gének megváltozott expressziója Vereb 2015
I.
Intracelluláris receptorok: steroid hormonok hatásmechanizmusa
Hormon bediffundál a sejtbe
inhibitor
receptor inhibitor
!
HSP-k, immunophilinek
HBD (hormonkötő domén)
Dimerizáció TATA Génátírás
RNS Poli II
TF
NTD (N terminális domén)
DNS
HRE (hormon válasz elem)
DBD (DNS-kötő domén) Vereb 2015
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
Vereb 2015
!
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 2015
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 2b. Tirozin foszfatáz: leukocita CD45 foszfatáz 2c. Guanilát cikláz: atriális natriuretikus faktor R 2d. Szerin/treonin kináz: Transzformáló növekedési faktor β (TGF β) R 3. Ioncsatorna működésű receptorok pl. acetilkolin receptor (nikotinerg) Vereb 2015
!
G proteinhez kapcsolt receptorok 7 transzmembrán doménnel * 7 alfa-helikális transzmembrán domén * intra- és extracelluláris hurkok extracelluláris hurkok Transzmembrán α hélix
Külső tér
Citoplazma citoplazmatikus hurkok Vereb 2015
!
A receptor működési elve G Hormon protein (pl. adrenalin) trimer receptor
Effektor (pl. Adenilát cikláz)
0. A szereplők: 1. Hormon kötödése → a receptor konformáció változása 2. A receptor kapcsolódik a trimer Gs proteinhez Vereb 2015
A receptor működési elve
!
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 5. Gsα elhidrolizálja a GTP-t GDP-vé, disszociál a cikláztól, újra egyesül a trimer Vereb 2015
!
A cAMP mint másodlagos hírvivő A G protein által aktivált adenilát cikláz ATP-ből cAMP-t termel 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 cAMP
Inaktív AMP
Aktív Vereb 2015
A foszforiláció: általános szabályozási forma
PROTEIN KINÁZ FEHÉRJE
FEHÉRJE
FEHÉRJE
FEHÉRJE
PROTEIN FOSZFATÁZ
* konformáció, töltés, polaritás megváltoztatása * megfordítható (defoszforiláció ← foszfatáz)
! ISMÉTLÉS Vereb 2015
Kaszkádszerű szervezés → erősítés lehetősége
!
Hormon (10-10M) Adenilát cikláz ATP → cAMP (10-5M) Kináz (cAMP függő) = PKA Aktivált enzim (pl. glikogén foszforiláz kináz) Termék (pl. glikogén foszforiláz) További termék (pl. glükóz)
etc.
Vereb 2015
!
Gátló és serkentő G proteinek Adrenalin (β-adrenerg R) Serkentő Glukagon ligand ACTH
Gátló ligand
C aktiválása
Adenozin Opioid Cannabinoid 5HT Adrenalin (α2-adrenerg R)
C gátlása
plazmamembrán
A serkentő ligand receptora
A gátló ligand receptora
Adenilát cikláz Serkentő Gprotein komplex
Gátló G-protein komplex
Többfajta adenilát cikláz ismert. Egyeseket csak a Gsα és Giα szabályoz, másokat a Gsα aktivál és a Giβγ gátol, megint másokat a Gsβγ aktivál, de csak ha kötődik a Gsα is. Egy sejt, logikusan, nem fejez ki két olyan különböző receptort azonos ligandumhoz (pl. β-adrenerg és α2-adrenerg R), melyek a Gs, ill. a Gi fehérjéket ligand hatására egyidejűleg aktiválnák. Vereb 2015
!
G protein által aktivált fehérjék adenilát cikláz (Gs) (glikogénbontás, zsírbontás, ösztrogén/progeszteron szintézis, vízvisszavétel, szaglás)
foszfolipáz Cβ (Go, Gq) (Ca2+ jel, pl. Bradykinin, AT-II, α1-adrenerg, gerinctelenek látása)
cGMP foszfodieszteráz (Gt= transzducin) (Látásérzet – cGMP PDE aktiválása, Na+ csatorna zárás, repolarizáció, lásd. Biofizika...)
ioncsatornák (Cl-, K+, Na+, Ca2+) (5-HT, GABA, adrenerg, dopaminerg, nuszkarinerg receptorok – különösen a központi idegrendszerben) Vereb 2015
A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA
Az elnyelt foton csak a triggerként „LIGANDUM” szolgál
1:1
1:500
2:1
! ISMÉTLÉS 1:106
Vereb 2015
G proteinek serkentése és gátlása egyes betegségekben
!
A GDP – GTP cserét a (ß-adrenerg) receptorhormon komplex aktiválja
A Gβ,γ×Gsα komplex inaktív, a ciklázt (ill. más effektort) nem serkenti
A Gsα-GTP aktív, serkenti az adenilát ciklázt, és más effektorokat GTP hidrolízis: Saját GTP-áz aktivitás
Vereb 2015
!
G proteinek serkentése kolerában Ezt a lépést a ß-adrenerg receptorhormon komplex aktiválja GDP
A Gβ,γ×Gsα komplex nem tudja Gβγ aktiválni az adenilát ciklázt
GTP
A Gsα-GTP aktiválja az adenilát-ciklázt Gα
Gβγ
GDP
Gα
+
GTP
NAD+
Kolera toxin ADP riboziláció (Gs !)
Vízvesztés a bélhámon át (Cl- csatornák, aquaporin)
Pi
Gα ADP-ribóz GTP
Az adenilát cikláz állandó aktiválódása
nikotinamid A GTP hidrolízis gátlása
Állandóan aktív Gs Vereb 2015
!
G proteinek gátlása szamárköhögésben Állandóan inaktív Gi Gβγ
nem tudja inaktiválni az adenilát ciklázt
Gα GDP
ADP-ribóz
GDP
nikotinamid
GTP
Pertussis toxin Gi ADP ribozilációja
A Giα-GTP inaktiválja az adenilát-ciklázt NAD+ Gβγ
Gα
Gβγ
GDP
Immunszupresszió (fagocitózis gátlása, homing gátlása) Extravazáció, vérnyomás csökken, sokk Hipoglikémia Vérlemezke aktiválás
+
Gα GTP
Pi Vereb 2015
Szemináriumi anyag: G fehérjék a szív szabályozásaban
Na+/Ca2+ β-adrenergR Gs
Adenilát cikláz
β/γ αs
Muszkarinerg AcCh R (M2)
!
K+
Gi β/γ
αi hiperpolarizáció
Depolarizáció összehúzódás
cAMP
PKA
lassab és gyengébb kontrakció Vereb 2015
