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 Intracellulära Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade Intracellulär signalöverföring second messengers MAP-kinas och JAK/STAT CELLSIGNALLERING signalerande cell signalmolekyl - receptor målcell förändring i målcellen reglerar all cellverksamhet, inkl metabolism, rörelse, tillväxt, överlevnad, differentiering 2

3 signalering med membran-bundna molekyler tex. vid embryonalutv. signalering med sekreterade molekyler Generella principer En cells receptoruppsättning avgör vilka ligander/signaler den svarar på Olika signal-kombinationer kan ge olika svar i samma cell Samma ligand (och receptor) kan ge olika svar i olika celler Signalens varaktighet beror av signalsubstansens halveringstid och spridningsförmåga 3

4 SIGNALSUBSTANSER Små hydrofoba molekyler (steroidhormon) NO och CO Neurotransmittorer Peptidhormoner och tillväxtfaktorer Eicosanoider (Växthormoner) 4

5 överföring Generella principer: signaleringskaskader förändring amplifiering distribution modulering Små hydrofoba Diffunderar över membran intracellulära receptorer steroidhormoner tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner) vit. D3 retinoider (Nukleära receptorer) 5

6 Nukleära receptorer NO syntetiseras från Arg (enos, inos) diffunderar till grannceller genom membran binder till enzym i målcellen ACh NO cgmp relaxerad nervceller endotelceller glatta muskelceller CO: verkar på liknar sätt som NO 6

7 Neurotransmittorer små hydrofila molekyler Ligand-reglerade jonkanaler i nervsynapser 7

8 Gatade jonkanaler neurotransmittor öppnar PEPTIDER- binder membranreceptorer peptidhormoner insulin, glukagon tillväxthormon m.fl. neuropeptider sekreteras av en del nervceller endorfin och enkefalin (samtidigt hormoner) tillväxtfaktorer EGF, NGF, PDGF cytokiner membranförankrade tillväxtfaktorer 8

9 EGF Epidermal growth factor INSULIN (Tyrosin kinase receptorer) EICOSANOIDER Lipider mebranreceptorer autokrin eller parakrin signalering syntetiseras från arakidonsyra, kortlivade stimulerar trombocytaggregering, inflammation, kontraktion av glatt muskulatur acetylsalicylsyra (Aspirin, Treo mfl.) hämmar enzymet cyclooxygenas (syntes av prostaglandiner) hämmar trombocyter. 9

10 intracellulära RECEPTORER membranreceptorer Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade 10

11 INTRACELLULÄRA RECEPTORER I cytoplasman eller i kärnan Transkriptionsfaktorer Ligandbindande domän DNA-bindande domän Transaktiverande domän (reglerar transkription) Påverkar genutryck (dvs långsamt svar!) Östrogenreceptorn 11

12 MEMBRANRECEPTORER MEMBRANRECEPTORER Signalsubstanser kan inte passera cellmembran neurotransmittorer peptidhormoner, neuropeptider, tillväxtfaktorer eicosanoider Kan blockeras, inaktiveras eller överstimuleras av främmande substanser, nikotin, valium, morfin Farmaka (läkemedel) och toxiner (gifter) snabbt svar (sekunder-minuter) förändrad proteinfunktion långsamt svar (minuter-timmar) förändring i proteinsyntes 12

13 Jonkanallänkad receptor Ligand-gated ion channel neurotransmittor binder till receptorn som är en jonkanal jonkanalen öppnas joner strömmar in i/ut ur cellen spänningen över cellmembranet ändras G-PROTEINKOPPLADE RECEPTORER största gruppen membranreceptorer Neurotransmittorer peptider, eicosanoider 7 α-helices genom membranet 13

14 G-proteinkopplade receptorer - G protein 'guanine nukleotidebinding proteins heterotrimer α, β, γ subenheter subenhet α binder GTP/GDP reglerar G-proteinets aktivitet Stor familj G-protein, ex: reglerar K+-kanaler i myokardiet aktiverar membranbundna enzymer Ex: G-proteinet aktiverar adenylatcyclase -> camp (intracellulär 2nd messenger) Animation 14

15 ENZYMLÄNKADE RECEPTORER intracellulärt enzym eller associerad med ett enzym extracellulär ligandbindande domän Intracellulär enzymatiskt domän snabba svar påverkar ex. cytoskelettet -> cellrörelse långsamma svar på tillväxtfaktorer, t.e.x. EGF, PDGF, NGF 15

16 Tyrosin-kinasreceptorer fosforylerar tyrosin-grupper på målproteinet extracellulärt N-terminal binder ligand transmembran α-helix intracellulärt C-terminal med tyrosinkinasaktivitet Ligandbindning -> 1. Dimerisering och autofosforylering 16

17 2) Vidareöverföring av signal - nedströms signalmolekyler binder autofosforylerade tyrosingrupper p p p Avstängning av signal tyrosinfosfataser som plockar bort fosfatgrupperna Eller: endocytos av hela receptorn och degradering i endosomer/ lysosomer 17

18 Fler enzymlänkade receptorer protein tyrosin-fosfataser Receptorassocierade proteaser protein-serin/threonin kinas guanylylcyklas ligandbindning ger cyklas-aktivitet GTP -> cgmp cgmp skickar signalen vidare i cellen INTRACELLULÄR SIGNALÖVERFÖRING ligand binder receptorn Intiterar kedja av molekylära händelser 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 Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning) Metabol aktivitet Sekretion 18

19 camp - en 2nd messenger 19

20 Generell mekanism: Fosforylering och defosforylering styr enzym-aktivitet Animation signal amplifiering Ex2: Cykliskt AMP-inducerad genexpression CRE = camp response element CREB = CRE-binding protein camp kan även påverka jonkanaler direkt 20

21 Phospholipase C PLC Kan aktiveras av G-protein kopplade och tyrosin kinase receptorer => DAG och IP3 (2nd messengers) phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol inositol 1,4,5-trisphosphate Activation of phospholipase C by protein-tyrosine kinases 21

22 IP 3 och Ca 2+ IP 3 binder till receptorer (jonkanallänkad) på ER Jonkanal öppnar Ca 2+ flödar ut från ER Ca 2+ binder till Ca 2+ - bindande proteiner som ändrar form (akt. enzym) DAG DAG och IP 3 DAG och Ca2+ samverkar rekryterar och aktiverar proteinkinas C (PKC) IP 3 PKC translokeras från cytoplasman till plasmamembranet PKC fosforylerar sina olika målprotein (varierar beroende på celltyp) 22

23 Calmodulin ett exempel på Ca 2+ -bindande protein som aktiverar målproteiner CaM-kinaser fosforylerar i sin tur sina målproteiner: -metabola enzym, -jonkanaler, -transkriptionsfaktorer -etc. intracellulär Ca 2+ -koncentration en mycket viktig signal exciterbara celler: nervceller och muskelceller Sekretion, aggregering. Embryonalutvecklingen 23

24 MAP kinase pathway Mitogen-activated protein kinases kaskad av proteinkinaser styr cellens olika svar på signaler, celltillväxt, differentiering, etc Receptor > Ras > Raf > MEK > ERK > målprotein Aktivering av ERK MAP Kinases Raf ett kinas som fosforylerar MEK (MAP-kinas/ERK-kinas) ett kinas som fosforylerar ERK ett kinas som fosforylerar andra kinaser, transkriptionsfaktorer etc. 24

25 ERK inducerar gener ERK extracellular signal-regulated kinase aktiverar proteiner i både cytoplasman och i kärnan 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 genom fosforyleringar 25

26 Integrin signaling 26

27 signaling networks 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 27

28 A mammalian signaling network 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 28

29 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