Receptorer - tyrosinkinas

Transkript

1 Receptorer - tyrosinkinas RTKs och cytokin receptorer Biomedicinarprogrammet CMB Lodish; Kap 16 s , Finn Hallböök Receptorer - tyrosinkinas Upplägg föreläsning: Proteinkinasering ReceptorTyrosinKinas (RTK) Receptorer kopplade till tyrosinkinas Cytokinreceptorer Signaltransduktionsvägar JAK/STAT Ras / Raf aktivering MAPkinaskaskaden 1

2 Cellsignalering a) Extracellulär signalering (cellkommunikation) b) Intracellulär signalering (signaltransduktion) a) ligand receptor b) Cellytereceptorer och intracellulär signalering GPCR RTK 2

3 Celler är beroende av olika signaler (A-G) som kommer utifrån Extracellulär signalering I frånvaro av signaler kan celler dö PROTEINKINASERING Reglering av proteiners funktion och aktivitet Kinasering viktig regleringsmekanism 3

4 Proteinkinasering Viktig regulativ process Aktivera Inaktivera proteinkinas P ATP ADP proteinfosfatas Kinasering av aminosyrarester m. -OH : tyrosinrester (), serin-, threoninrester (S/T) Pi Serin: -CH 2 -O- P Threonin: -CH-CH3 Tyrosin: - -O- P OP Proteinkinasering Några begrepp: Proteinkinas = enzym som fosforylerar (kinaserar) ett substrat Proteinkinasering = Proteinfosforylering Fosfotyrosin = kinaserad tyrosinrest.. Proteinfosfatas = enzym som de-fosforylerar ett substrat (tar bort fosfatgrupper från substratet) 4

5 Proteinkinas fosforylerar specifika proteiner Substratspecificitet: Aminosyran: Serin/threoninrester (S/T) Tyrosinrester () Tyrosin och Serin/Threonin (, S/T) Dual specificity kinaser Proteinet: omgivningen runt, S/T Olika typer av proteinkinaser Tyrosin () kinaser Serin/threonin (S/T) kinaser Dual-specificity kinaser (både och S/T) 5

6 Fosforyleringen kan leda till: Ändrad protein-interaktion: se ex. a ex. Fosforylering av tyrosin kan leda till att specifika proteiner (adaptorer) binder till regionen med fosfotyrosinresten Ändrad proteinkonformation: se ex. b ex. Fosforylering av T och kan leda till konformationsändring i ett enzyms aktiva säte och därmed aktivera enzymet (ökar affiniteten mellan enzymet och dess substrat) a b Tyrosinkinaser i cellkommunikation 1. Receptor-tyrosinkinaser (RTK) Receptorer med inneboende ligandaktiverad tyrosinkinasenzymaktivitet 2. Receptorer utan endogent tyrosinkinas (cytokinreceptorer) Cytosoliska tyrosinkinaser som aktiveras av membran- receptorer 6

7 1. ReceptorTyrosinKinaser RTK 1. ReceptorTyrosinKinaser (RTK) >50-tal olika RTK i >14 olika subgrupper (baserade på ligandtyp) Egenskaper: Membran protein Transmembran protein Extracellulär ligandbindande domän Intracellulär tyrosinkinasdomän (TK domän) Homodimeriseras vid ligandbindning Dimeriseringen aktiverar TK-aktiviteten Substratet är receptorn självt vilket leder till autofosforylering Fosforylering av flera specifika tyrosinrester () i TKdomänen 7

8 Ligander till RTKs 1. Utsöndrade peptid/proteinligander O=a mindre proteiner (10-60kD) O=a aktiva som homodimerer 2. Membranbundna proteinligander 2 typer: Transmembranbundna GPI-bundna (glycosyl phosphatidyl inositol-länkade) 3. Extracellulärt matrixligander Ex. Ligander till RTKs utsöndrade proteiner 1. Ligandfamilj: Epidermal growth factor (EGFs) Fibroblast growth factor (FGFs) Insulin-like growth factor (IGFs) (inkl insulin) Neurotrophins (NTs) Platelet-derived growth factor (PDGFs) Vascular-endothelial growth factor (VEGFs) Glial-cell line-derived neurotrophic factor (GDNF m fl.) Hepatocyte growth factor (HGF) GAS6 m fl Receptorfamilj Her/EGF -receptorer FGF -receptorer IGF -receptorer Trk -receptorer PDGF -receptorer VEGF-receptorer c-ret HGF- receptorn (c-met) Axl (Ark, UFO) - receptor 8

9 Signaltransduktionsvägar aktiverade av RTKs Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cγ (PLCγ) reglering av intracellulärt Ca 2+ Phosphatidylinostol-3-kinase (PI-3 kinas) reglering av protein kinas B (PKB) Tyrosinkinaser i cellkommunikation 1. Receptor-tyrosinkinaser (RTK) Receptorer med inneboende ligandaktiverad tyrosinkinasenzymaktivitet 2. Receptorer utan endogent tyrosinkinas (cytokinreceptorer) Cytosoliska tyrosinkinaser som aktiveras av membran- receptorer 9

10 2. Receptorer utan endogent tyrosinkinas (receptorer kopplade till TKs) 40-tal receptorer indelade i 3 huvudgrupper, baserat på receptorenhetssammansättning Receptorerna saknar TK -domän Ligandbindning initierar hetero- eller homodimerisering av receptorenheter (en eller olika typer). Ligandbindning leder till aktivering av cytosoliska tyrosinkinaser Dessa kinaser kinaserar -rester i receptorenheterna men även i andra cytoplasmatiska proteiner. Receptorer kopplade till cytosoliska tyrosinkinas Cytoplasmatiskt tyrosinkinas 10

11 Cytosoliska tyrosinkinas 30-tal kinaser i 11 familjer Ex: JAK familjen (Janus kinas): Jak1-3, Tyk Src familjen: Src, es, Fyn etc. Abl m fl. Signaltransduktionsvägar aktiverade av cytosoliska TKs och RTKs JAK/STAT (Cytokinreceptorer men ej RTKs) Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cγ (PLCγ) reglering av intracellulärt Ca 2+ Phosphatidylinositol-3-kinase (PI-3 kinas) 11

12 JAK/STAT vägen Erythropoietin (EPO)-receptor Interferon receptorer Vissa interleukin receptorer STAT dimer transkriptionsfaktor 12

13 Inducerad signal regleras av fosfataser Signaltransduktionsvägar aktiverade av cytosoliska TKs och RTKs JAK/STAT (Cytokinreceptorer men ej RTKs) Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cγ (PLCγ) reglering av intracellulärt Ca 2+ Phosphatidylinositol-3-kinase (PI-3 kinas) Only cytokin receptors (Insulin - INSR) mfl 13

14 Aktivering av Ras leder till bla. Aktivering av MAPK-kaskaden Ras (aktivt) Aktivator MKKK (MAPkinakinaskinas) MKK (MAPkinaskinas) MAPK (MAPK= mitosis associated protein kinase) Aktivering av TF eller andra substrat Aktivering av Ras Aktiveringen av Ras är central i RTK-signalering Ras är ett GTP-bindande protein med svag GTPas aktivitet Ras aktiveras genom att GTP binder till Ras Ras inaktiveras genom hydrolys av GTP till GDP (inaktivt med GDP) Ras assisteras av 2 protein! Guanine Exchange factor (GEF): Sos dissocierar GDP från Ras (betydande roll vid aktivering) GTPase Activating Protein factors (GAP): stimulerar GTPas aktiviteten hos Ras 14

15 Aktivering/Inaktivering av Ras Sos Inaktivt Ras bild Aktivt Ras =GTPas Aktiverande faktor Ras - Sos interaktion Sos (=GEF) assisterar Ras vid byte av GDP till GTP Inaktivt Ras Aktivt Ras 15

16 Ras membranbundet Ras sitter på insidan av plasmamembranet med ett sk farnesyl ankare. Aktivering av Ras med RTK GDP på Ras byts ut mot GTP (aktivt Ras) genom att Sos lokaliseras till membranet med hjälp av ett sk adaptorprotein som binder up Sos till intracellulära delen på ett RTK. Adaptorproteinet GRB2 (Growth factor Receptor Binding protein 2) binder till: fosfo-tyrosiner i receptorn genom sk. SH2- domäner Binder Sos genom sk. SH3-domäner 16

17 Aktivering av Ras med RTK Adaptorprotein (GRB2) Fosfotyrosin bindande domäner SH2 (Src Homologi domän) och PTB (phospho-tyrosin binding) SH2 domänen motsvarar den yta av proteinet som binder till P-Tyrosin i RTK mfl. SH2 PTB SH2 regioner finns bla i GRB2 (adaptor proteiner) 17

18 SH3 domänen SH3 domäner finns bla i GRB2 (adaptor proteiner) del av SOS SH3 del av GRB2 SH3 domänen motsvarar den yta av proteinet som binder till prolin-rika regioner i Sos mfl. protein Aktiverat Ras startar en kaskad: MAP kinas kaskaden Kinas kaskad Aktiverat Ras binder och initierar Raf-1 genom att inducera konformationsändring (Raf-1 = MAPKKK). Raf-1 är ett Serin/Threonin-kinas som bla kinaserar sig självt => Aktiverat Raf-1 Raf-1 fosforylerar och aktiverar ytterligare ett kinas; MEK som är ett dual-specificity kinas (=MAPKK) MEK fosforylerar och aktiverar MAPkinas (mitogen activated protein kinase) Aktiverat MAPkinas (ett Serin/Threonin-kinas) fosforylerar flertalet andra proteiner inkl. transkriptionsfaktorer => aktivering av gener 18

19 MAPkinas aktivering via Ras Aktivering av MAP kinas genom fosforylering av T183 och

20 MAPkinas kaskaden leder bla. till aktivering av transkriptionsfaktorer SRF: serum response factor, SRE: serum responsive element, TCF: ternary complex factor p90rsk: phosphoprotein 90KD ribosomal S6 kinase Stimulus Kaskaden Aktivator MKKK (MAPkinaskinaskinas) MKK (MAPkinaskinas) MAPK Substrate 20

21 Parallella MAPK kaskader MAP kinas (Erk1) kaskaden Jnk1 (SAP kinas, stress activated protein) kaskaden (Erk 5 kaskaden) p38 kinas kaskaden 3(4) parallella MAP-kinas kaskader Ex. stimulus Tillväxtfaktor mm. Integrin Cellkontakt mm. Oxidativ stress Cytokiner Aktivator MAPkinas kaskad Ras Rac1 Src TRAF6/TAB1 c-raf1 MEK/MKK1 ERK1/MAPK MEKK1 SEK/MKK4 JNK1(SAPkinas) MEKK2 MKK5 Erk5 TAK1 MKK3,6 P38/ERK2 Substrat (ex. TFs) c-myc, c-fos.. ELK, TCF, c-jun, c-fos.. MEF2 MNK1, CRF 21

22 Sammanfattning av receptor och signaltransduktionsvägar Sammanfattning Fosforylering viktig regulatorisk mekanism Tyrosinkinaser (TKs) viktiga vid cell signalering Det finns både Cytosoliska och Receptor-TKs Cytokinreceptorer aktiverar cytosoliska TK - JAK RTKs aktiveras genom ligandinducerad autofosforylering Aktivering av Ras är central i RTK signalering Ras aktiverar bla MAPkinas kaskaden Det finns flera parallella MAPkinas kaskader 22