CELLSIGNALERING CELLSIGNALERING. alla levande celler tar emot och skickar signaler

Transkript

1 CELLSIGNALERING CELLSIGNALERING alla levande celler tar emot och skickar signaler encellig organism signaler till/från omgivningen flercellig organism intracellulär signalering förutsättning för att en fungerande organism ska utvecklas 1

2 INNEHÅLL Generella principer Signalsubstanser Receptortyper Intracellulär signalöverföring CELLSIGNALLERING signalerande cell signalmolekyl - receptor målcell Reglerar all cellverksamhet 2

3 Membran-bundna ligander Sekreterade ligander Generella principer Cellens uppsättning av receptorer avgör vilka ligander/signaler den svarar på Alternativa kombinationer av ligander och receptorer => olika svar i samma cell Samma ligand (och receptor) kan ge olika svar i olika celler Varaktighet beror på halveringstid och spridningsförmåga 3

4 SIGNALSUBSTANSER Diffunderar in i cellen: Små hydrofoba (steroider etc) NO och CO Binder membranreceptorer: Neurotransmittorer Peptidhormoner, tillväxtfaktorer Eicosanoider (prostaglandiner) 4

5 RECEPTORER Generella principer: signaltransduktion, signal-kaskader överföring förändring amplifiering distribution modulering 5

6 Små hydrofoba intracellulära receptorer Diffunderar genom membran steroidhormoner tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner) vit. D3 retinoider (Nukleära receptorer) Nukleära receptorer 6

7 NO (intracellulär receptor) från Arginin (enos, inos) diffunderar genom membran kortlivad binder till intracellulärt enzym (receptor) ACh NO cgmp (Relax) nervceller endotelceller glatta muskelceller Neurotransmittorer (hydrofila) 7

8 Neurotransmittorer Ligand-reglerade jonkanaler Gatade jonkanaler 8

9 PEPTIDER membranreceptorer hormoner insulin, glukagon, tillväxthormon neuropeptider från nervceller Endorfin, enkefalin (samtidigt hormoner) tillväxtfaktorer EGF, NGF, PDGF cytokiner membranförankrade tillväxtfaktorer EGF Epidermal growth factor INSULIN (Tyrosin kinas receptorer) 9

10 EICOSANOIDER membranreceptorer Lipider från arakidonsyra, kortlivade Autokrin, parakrin signalering trombocytaggregering, inflammation, glatt muskulatur acetylsalicylsyra (Aspirin, Treo mfl.) hämmar cyclo-oxygenas syntes av prostaglandiner 10

11 RECEPTORER Intracellulära Enzym transkriptionsfaktorer membranreceptorer Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade INTRACELLULÄRA RECEPTORER cytoplasman eller i kärnan Transkriptionsfaktorer Ligandbindande domän DNA-bindande domän Transaktiverande domän (reglerar transkription) styr genutryck 11

12 Östrogen-receptorn MEMBRAN-RECEPTORER 12

13 MEMBRANRECEPTORER Ligander kan inte passera cellmembran Neurotransmittorer, peptidhormoner, neuropeptider, tillväxtfaktorer, eicosanoider Kan blockeras, inaktiveras eller överstimuleras av främmande substanser, nikotin, valium, morfin, läkemedel, toxiner snabbt svar (sekunder-minuter) förändrad proteinfunktion långsamt svar (minuter-timmar) förändring i proteinsyntes Jonkanallänkad receptor 1. neurotransmittor binder 2. jonkanalen öppnas 3. joner strömmar in/ut 4. spänningen över cellmembranet ändras 13

14 G-PROTEINKOPPLADE RECEPTORER största gruppen membranreceptorer Neurotransmittorer, peptider, eicosanoider (7 α-helices) G-proteinkopplade receptorer - G protein G = guanine nukleotide-binding heterotrimer α, β, γ α binder GTP/GDP reglerar aktivitet Stor familj G-protein, reglerar ex: K+ kanaler i myokardiet membranbundna enzymer 14

15 Ex: aktiverar adenylatcyclase -> camp (intracellulär 2nd messenger) Animation 15

16 ENZYMLÄNKADE RECEPTORER intracellulär enzym-del, eller associerad med ett enzym extracellulär ligandbindande domän Intracellulär enzymatiskt domän snabba svar Cytoskelettet, ex. cellrörelse långsamma svar tillväxtfaktorer, e.x. EGF -> genutryck Tyrosinkinas-receptorer fosforylerar tyrosin-grupper på målproteinet extracellulär N-terminal binder ligand transmembranregion α-helix intracellulärt C-terminal med tyrosinkinasaktivitet 16

17 Ligandbindning -> 1. Dimerisering och autofosforylering 2) nedströms signalmolekyler binder autofosforylerade tyrosingrupper 17

18 Avstängning av signal tyrosinfosfataser defosforylerar Eller: endocytos av receptorn, degradering p p p Enzymlänkade receptorer (forts) protein tyrosin-fosfataser Receptorassocierade proteaser serin/threonin kinas Guanylylcyklas ligandbindning ger cyklas-aktivitet GTP => cgmp cgmp : 2nd messenger 18

19 INTRACELLULÄR SIGNALÖVERFÖRING ligand binder receptorn receptorn förändras (ev. interagerar med enzym) intracellulära budbärarmolekyler för signalen vidare Adenylylcyklas - camp Guanylylcyklas - cgmp Fosfolipas C - inositoltrifosfat (IP3) - diacylglycerol (DAG) PI3-kinas - fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3) MÅl: Gentranskription Metabol aktivitet Cytoskelettet (form, rörelse, vidhäftning) Membran molekyler Sekretion camp - en 2nd messenger 19

20 Fosforylering och defosforylering styr enzym-aktivitet Animation signal amplifiering 20

21 camp-inducerad genexpression CRE = camp response element CREB = CRE-binding protein camp kan även påverka jonkanaler direkt Phospholipase C PLC aktiveras av tyrosin kinase och G-protein kopplade receptorer =>ger DAG och IP3 phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol inositol 1,4,5-trisphosphate 21

22 Fosfolipas C aktivering IP 3 och Ca 2+ IP 3 binder till receptorer (jonkanallänkad) på ER Ca 2+ flödar ut från ER Ca 2+ binder till Ca 2+ - bindande proteiner som ändrar form (ex calmodulin) => påverkar enzymer (fosforylering av RLC i Myosin II) 22

23 DAG DAG och IP 3 DAG och Ca2+ samverkar -aktiverar proteinkinas C (PKC) IP 3 PKC fosforylerar sina olika målprotein (varierar beroende på celltyp) Calmodulin ett exempel på Ca 2+ -bindande protein som aktiverar målproteiner CaM-kinaser fosforylerar/aktiverar målproteiner: -metabola enzym, -jonkanaler, -transkriptionsfaktorer -etc. 23

24 intracellulär Ca 2+ -koncentration viktig signal!! exciterbara celler: nervceller och muskelceller Sekretion, aggregering. Embryonalutvecklingen MAP kinase pathway Mitogen-activated protein kinases kaskad av proteinkinaser styr cellens svar på signaler, celltillväxt, differentiering, etc Receptor > Ras > Raf > MEK > ERK > målprotein 24

25 MAP-kinas kaskaden Ras aktiverar Raf, reglerad av GTP/GDP bindning Raf ett kinas som fosforylerar MEK ett kinas som fosforylerar ERK ett kinas som fosforylerar Vad fosforyleras? kinaser, transkriptionsfaktorer etc. ERK ERK extracellular signal-regulated kinase Fosforylerar proteiner (ex. TF:S) -aktiverar proteiner lokaliserade både I cytoplasman och i kärnan Aktiverade TF:s binder DNA 25

26 Ras-aktivering via Tyrosinkinasreceptor SH-domain på Grb2 binder aktiverad receptor Grb2-SOS-komplex aktiverar Ras Ras-GTP interagerar med olika proteiner som rekryterar Raf, som aktiveras. 26

27 Integrin signalering signaling networks 27

28 Fyra parallella intracellulära signalvägar och förbindelserna mellan dem p p p p p p transmembranreceptor tyrosinkinasreceptor G-protein G-protein fosfolipas C adaptorprotein adenylatcyklas IP 3 DAG Ras-aktiverande protein camp Ca 2+ Ras calmodulin Raf MEK A-kinas CaM-kinas C-kinas ERK Genregulatoriska proteiner Övriga målproteiner A mammalian signaling network 28

29 SAMMANFATTNING Cellsignallering på olika avstånd och med olika signalsubstanser Signalreglering, signalintegration Signalsubstanser Receptortyper Intracellulära Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade Intracellulär signalöverföring second messengers: camp, cgmp, IP 3, DAG, Ca 2+, PIP3 MAP-kinas och JAK/STAT Ex på tentafrågor Vilken är de principiella skillnaderna mellan endokrin, parakrin och neuronal (synaptisk) signallering? ) Nämn en signalsubstans för var och en Två olika sekundär budbärare (second messengers) syntetiseras då fosfolipas C aktiveras. Vilka? Ökad halt av en av dessa sekundära budbärare (second messengers) leder till ökad cytosolhalt av en jon. Vilken second messenger? Vilken jon? Förklara hur integrering av två signaler som cellen mottager samtidigt via två olika receptorer för två olika signalmolekyler kan ske. Vilka är de tre huvudtyper av ytreceptorer som finns? Ge en schematisk beskrivning av var och en av dem. Rita gärna 29