Jelátviteli folyamatok az immunrendszerben, immunreceptorok 09. 19. A jelátvitel alapfogalmai, a jelátadás módjai. 09. 26. G fehérjékhez kötött receptorok jelátvitele 10. 03. Enzimekhez kapcsolt jelátadási mechanizmusok, jelátviteli molekulák szerkezeti egységei: az SH2, SH3, PTB és PH domének 10. 10. Tirozin kinázok, és foszfatázok 10. 17. A ras/ MAP kinázok, PKC és a foszfatidil inozitol foszfátok által közvetített jelátadás. 10. 24. A B-sejtek antigénfelismerő receptora (BCR), BCR közvetített jelátvitel 10. 31. Őszi szünet 11. 07. A T-sejtek antigén felismerő receptor komplexe (TCR) – TCR közvetített jelátvitel 11. 14. Fc receptorok szerkezete és jelátadási módjaik. 11. 21. A citokin receptorok és jelátadási módjaik. Komplement receptorok. 11. 28. Toll-szerű receptorok (TLR) jelátviteli mechanizmusai. Adhéziós molekulák. 12. 05. NK sejtek receptorai, és jelátvitelük. Az apoptózishoz vezető jelátvitel. 12. 12. Konzultáció
Az ajánlott irodalom: • Immunológia tankönyv (Medicina, 2012), • Molecular Biology of the Cell (Hunt, Raff, Roberts, Johnson and Lewis) Chapter 15. Cell Communication General Principles of Cell Communication Signaling through G-Protein-Linked CellSurface Receptors Signaling through Enzyme-Linked CellSurface Receptors • Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, 3rd, Completely Revised Edition Gerhard Krauss ISBN: 978-3527-60576-7
A „jelátvitel” gyakorisága közleményekben Közlemények száma
0,12
10000
0,10 0,08
1000
0,06 0,04
100
0,02 10
1980
1985
1990 1995 2000
1994: A.G.Gilman, M. Rodbell: Nobel díj: G proteinek
„Jelátvitel” és „sejt” terminológiát használó közlemények aránya
2016: 577542
Nobel Prize in Physiology or Medicine for 1992 jointly to Edmond H. Fischer and Edwin G. Krebs for their discoveries concerning "reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism". Alfred G. Gilman and Martin Rodbell for their discovery of "G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells". 1994
The discoverers of NO as a signal molecule are awarded this year's Nobel Prize. Robert F Furchgott 1998 The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award The Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2000 jointly to Arvid Carlsson, Paul Greengard and Eric Kandel for their discoveries concerning "signal transduction in the nervous system" Voltage gated K+ channel: Roderick MacKinnon using X-ray crystallography won a share of the 2003 Nobel Prize in Chemistry.
The Nobel Prize in Chemistry 2012 was awarded jointly to Robert J. Lefkowitz and Brian K. Kobilka "for studies of G-protein-coupled receptors"
US National Library of MedicineNational Institutes of Health Search database
SEJTEK KÖZÖTTI KOMMUNIKÁCIÓ Szekretált molekulák által közvetített jelátadás (signaling) jeladó sejt célsejt, target sejt
receptorok jelátadó molekulák Pl: citokinek
– citokin receptorok Jelátadás membránhoz kötött molekulákkal
Sejtek közötti jelátadás (intercellular signaling)
Sejtfelszíni receptor + hidrofil jelátadó molekula
A sejten kivüli jelátadó molekulák a sejtfelszíni, vagy intracelluláris receptorokhoz kötődnek kis, hidrofób jelátadó molekula vér hordozó fehérje
intracelluláris receptor (sejtmagban, vagy citoplazmában)
Pl: ösztrogén receptor
•A jel FELISMERÉSE : specifikus RECEPTOROKKAL más sejtekből, vagy a környezetből érkező jelek felfogására •RECEPTOROK: – transzmembrán fehérjék, – glikozil-foszfatidil inozitol (GPI) horgonyzott fehérjék – intracelluláris receptorok •JEL sejt válasz: -intracelluláris másodlagos jelek láncreakciója -korai aktiválódási génexpresszió -aktiválódás- növekedés és differenciáció -anergia -sejthalál
Receptorok fajtái: sejten belüli: transzkripciós faktorok aktiválása, génátírás
sejt felszíni: vízoldékony ligandum
másodlagos hírvivők sejten belüli koncentrációja nő
Az intercelluláris jelátadás típusai Endokrin
Parakrin
Autokrin
Sejt-sejt
Endokrin és szinaptikus jelátadás összehasonlítása
azonos ligandum különböző ligandumok
Autocrine signaling
Signaling via gap junctions
sejtek koordinált válasza
Sejten kivüli jelátadó molekulák: ligandumok Egysejtűek - élesztő: mating faktor (peptid) haploid partner sejt proliferációját gátolja haploid sejtek fuziója
Magasabb rendű élőlények: -fehérjék, aminosavak, nukleotidek, zsirsav származékok, szteroidok, gázok (NO) -jelet adó sejtből exocitózis vagy diffúzió útján szabadulnak fel -kis koncentrációban hatnak (10-8 M) Receptor- ligandum kötődés: Affinitás: kötődés 10-8 M/l ligandum koncentrációnál - nagy affinitás > 10-8 M ” - alacsony affinitás
Affinitás jellemzője: Kd: disszociációs konstans
P:protein (receptor), L:Ligandum, C: receptor-ligandum komplex koncentrációja
Általában: [A], [B], koncentráció és [AxBy] az AB komplex koncentrációja
Kd:
Biotin-avidin: 10-15 M IgG-FcgRI: 10-7 M IgE-FceRI: 10-11 M
Többféle jel együttesen határozza meg egy sejt sorsát Túlélés
Osztódás
Differenciálódás
Programmozott sejthalál
Bizonyos jelek a túléléshez, más jelek kombinációja sejtosztódáshoz vezet A sejtek jel hiányában elpusztulnak (programmozott sejthalál)
Receptorok az immunrendszerben: A felismert molekula szerint: -antigén felismerő receptorok - növekedési faktor receptorok - citokin receptorok - adhéziós molekulák - komplement receptorok - Fc receptorok - NK receptor - killer inhibitor receptor (KIR) - mintázat felismerő receptorok (Toll-szerű receptorok) A receptor felépitése szerint : -egy fehérje lánc -több alegység (Multi subunit Immune Recognition Receptors - MIRR) külön ligandum kötõ és jelátvivõ alegység A kódoló gén szerint: -immunglobulin szupergéncsalád, TNFR család etc.
A receptorok körforgása • nem permanensen vannak jelen a plazmamembránban. • a ligandum által elfoglalt receptotorok a „clathrin-coated pits”be kerülnek, amely a receptorokat a sejt belsejébe viszi, internalizáció (endocitózis). • Clathrin-coated pits clathrin-coated vezikulumok, továbbítják az internalizálódott receptorokat az endoszómákba • Itt történik a receptor válogatás, „sorting”. A receptorok egy része a lizoszómákba kerül és lebomlik, más részük visszakerül a sejtmembránra (reciklizálódik)
Mi a szerepe az endocitózisnak? a válasz mértékének szabályozása (sejtfelszíni / internalizált receptorok) A válasz specifitásának szabályozása (sejtfelszíni és intracelluláris receptorok más jeleket közvetítenek)
• •
Nature 416, 133 - 136 (2002). Switching off signalling: the dual role of the Cbl protein. a, Binding of a growth factor to its receptor is followed by b, receptor dimerization and self-phosphorylation on several tyrosine amino acids. c, Cbl is a signalling protein that anchors at specific phosphorylated tyrosines. It promotes the uptake of activated receptors through internalization of clathrin-coated membrane pits. Two activities of Cbl are needed. d, First, it attracts ubiquitin-loaded E2 molecules, which tag receptors with ubiquitin. The receptors can then be recognized and sorted into clathrin-coated areas. e, Second, Cbl attracts an endophilin–CIN85 complex. Endophilin catalyses the conversion of lysophosphatidic acid to phosphatidic acid. This allows the inner leaflet of the plasma-membrane bilayer to adopt an extreme inward curvature, which might favor invagination and scission. f, The growth-factor–receptor complexes are transported to the lysosome and degraded.
• A jel terjedésének mechanizmusa: sejten belüli jelátadás
A LIGANDUM-RECEPTOR kölcsönhatás Biológiai hatást vált ki . • =>A jeladó komplex aktiválása megváltoztathatja az a jelpálya részét képező effektor fehérjék • szerkezetét, • elhelyezkedését, • vagy funkcióját
• -A jelpálya a jelátviteli hálózat része • => információs vektor sejtmag • Sejtek koherens módon válaszolnak a jelek összességére
Sejten kívüli ligandum által aktivált, egyszerű, sejten belüli jelpálya
Sejten belüli jelátadó molekulák
Jelátviteli hálózat
A jelátviteli mechanizmus összetevõi: jelátadó molekulák : • ligandumok (sejten kívüli jelátadó molekulák) • specifikus receptorok • sejten belüli jelátadásban résztvevő molekulák : * GTP kötő fehérjék * protein kinázok * protein foszfatázok * más enzimek:PLC, PI3K * adapter molekulák, állvány fehérjék
Különböző sejtek ugyanarra a jelre másként válaszolhatnak: •
ugyanaz a ligandum más receptorhoz kötődik
•
más jelátvivő rendszerhez kapcsolódó receptorhoz
kötődik
Példa az immunológiából:
Fcg receptorok Ligandum: IgG
Néha ugyanaz a receptor aktiválhat ellentétes biológiai hatásokhoz vezető jelpályákat is
Trends in Cell Biology 2001, 11:372-377
Különböző receptorok használhatnak azonos jelátviteli elemeket Transmembrane Signaling
Growth Factor Receptor
Cytokine Receptor Complex Growth (Il-2, Il-7, Hormone Receptor Il-9, IL-13)
Insulin IGF-1, IRR Receptor
IFN Receptors
PM
pY
pY pY pY pY
pY
pY
SH-2
pY
pY
Y pY
Janus Kinase
Janus Kinase
pY
PTB
NPXpY
pY
pY
pY
Janus Kinase
Specifitás ?
SH-2
SH2
N
pY
Y
Shc
SH2
SH2 SH2
C
N
PH
PTB
NPXpY
YICM YMPM
YVNI
YIDL SH2
IRS-1
C
• A jelátadás dinamikus folyamat • a jelátadó molekulák (egyébként a citoplazmában) a sejtmembrán belső felén elhelyezkedő jeladó (signaling) komplex közelében csoportosulnak • a plazma membrán közelében vagy a citoszólban elhelyezkedő fehérjék a sejtmagba helyeződnek át a megfelelő stimulus hatására • példák: • -Protein kináz C (PKC) áthelyeződik a citoszólból a membránba, amikor a [Ca2+]i és a DAG szint növekszik. • -MAPK áthelyeződik a citoszólból a sejtmagba sejten kívüli stimulusok hatására
A jelátadás leállítása: A jelátadás reverzibilis folyamat -A sejten kívüli jelek arra késztetik a sejtet, hogy reagáljon és alkalmazkodjon az állandóan változó külső környezethez, ezért a jelnek reverzibilisnek kell lennie A jelátadást leállítja: -foszforiláció/defoszforiláció: protein kinázok és foszfatázok: i. Receptor deszenzitizálás Ser/Thr foszforilációval ii. Receptor inaktiváció (pl. az autofoszforilációs hely tirozin maradékának defoszforilációja) iii. Az effektor kötő hely deszenzitizálása (pl. YMXM motívum) iv. Az effektor molekulák foszforilációja, disszociáció a receptortól (pl. Ser/Thr foszforiláció Grb/Sos, vagy IRS proteinek) v. Az intermedier kinázok (pl. Phosphorylase kinase, MAPK) inaktiválása -A ligandum eltávolítása a keringésből -Receptor lebomlása
A célsejt deszenzitizálásának öt módja az adott jeladó molekulára
elkülönülés
leszabályozás
inaktiválás
jelátadó molekula gátló fehérje inaktiválása termelése
A SEJTMAGBAN LEVŐ RECEPTOROK CSALÁDJA HORMON RECEPTOROK: Ligandum által aktivált gén reguláló fehérjék
The binding of ligand to the receptor causes the ligandbinding domain of the receptor to clamp shut around the ligand, the inhibitory proteins to dissociate, and coactivator proteins to bind to the receptor's transcriptionactivating domain, thereby increasing gene transcription
The three-dimensional structure of a ligand-binding domain with (right) and without (left) ligand bound.
A SEJTMAGBAN LEVŐ HORMONRECEPTOROKHOZ KÖTŐDŐ jelátadó molekulák
. Kis hidrofób molekulák
Sejtmagban levő hormon receptorok aktiválására elinduló válasz
Some of the primary-response proteins turn on secondary-response genes, whereas others turn off the primary-response genes. The actual number of primary- and secondary-response genes is greater than shown. As expected, drugs that inhibit protein synthesis suppress the transcription of secondary-response genes but not primary-response genes, allowing these two classes of gene transcription responses to be readily distinguished.
A SEJTFELSZÍNI RECEPTOROK 3 FAJTÁJA:
Neurotranszmitterek által kapuzott ioncsatornák
A jelátadás 4 fő típusa:
A két fő intracelluláris jelátadó mechanizmus közös vonásai
a) Foszforiláció útján
b) GTP kötő fehérjék közvetítésével
történő jeltátadás
Szignál integráció
Az aktiváció előfeltétele a két különböző helyen történő foszforiláció
Az aktív jeltovábbító fehérje kialakulásához két foszforilált fehérje dimerizálódása kell
Különböző, sejten belüli molekulák a jelpálya mentén - jeltovábbítás a sejtmembrán receptortól a sejtmagig
A sejten belüli jelátadó komplexek két fajtája
Egy hipotetikus jelpálya
Moduláris kötő domének
Examples of signal transduction inhibitors in clinical or preclinical trials Stem Cells 19, 295-303, 2001
Targets
Inhibitors
Compounds
monoclonal antibody monoclonal antibody kinase inhibitor kinase inhibitor antisense oligonucleotide kinase inhibitor kinase inhibitor
Herceptin (Trastuzumab) C225, E7.6.3 ZD-1839, CP-358774, PD-168393 SU-101, STI571, AG1295 AS ODN, ISIS-2503 SU5416, PTK787/ZK222584 STI571 (Imatinib)
Tyrosines kinases HER2 EGF receptor PDGF receptor IGF-I receptor VEGF receptor Bcr-Abl
GTP-binding protein Ras
farnesyltransferase inhibitor R115777, SCH66336, L-778123
Serine/threonine kinases Raf MEK PKC
antisense oligonucleotide kinase inhibitor kinase inhibitor antisense oligonucleotide kinase inhibitor
ISIS-5132 ZM336372, L-779450 PD-184352, U0126 ISIS-3521 CGP41251, UCN-01
kinase inhibitor
LY294002
Lipid kinase PI3'-kinase
