Partiell repetition. (läsanvisningar till boken gäller) CYTOSKELETTET Nätverk av 3 olika slags proteinfilament

Transkript

1 Partiell repetition (läsanvisningar till boken gäller) CYTOSKELETTET Nätverk av 3 olika slags proteinfilament AKTIN Dynamiska, ATP/ADP cellcortex, cellmotilitet, focal adhesion, sarcomer Myosin I, II INTERMEDIÄRFILAMENT - stabilare Sura (I), basiska (II), desmosomer/ hemidesmosomer, draghållfasthet, intern organisation, nuclear lamina MIKROTUBULI Dynamiska, GTP/GDP Mitotisk spindel, cellform, vesikel trafik, cilia, flageller. Dynein, kinesin, centriol,

2 Actin Actinbindande proteiner reglerar polymerisering Formin: initerar actinfilament Profilin: actin/adp -> actin/atp (Treadmilling) Arp2/3 Binder nära +ändan ADF/Cofilin Bryter actinfilament= nya +ändar Actin buntar, -nätverk - Fimbrin α-actinin - Filamin Fimbrin α-actinin

3 CELLUTSKOTT (actin-baserade strukturer) permanenta transienta Microvilli tarmepitel Pseudopodia Fagocytos amöbor Lamellipodia Microspikes, filopodia fibroblaster Actin motorproteiner Myosin II Myosin I Skelettmuskulatur Kontraktila element vesiklar, organeller, Plasmamembran (microvilli, pseudopodia) (finns även Myosin III-XVI)

4 Skelettmuskulatur sarcomer Reglering Ca2+ Troponin/ Tropomyosin KONTRAKTILA ELEMENT icke-muskelceller (myosin II) Calmodulin, Ca2+ Reglering Intracellulärt Ca2+ aktiverar Calmodulin, som binder CaM-kinase som fosforylerar Myosing II light chain kinase som fosforylerar Myosin II (på RLC), bildar filament med ATPase aktivitet => sliding stressfibrer myosin II kontraktil ring cellkravlande

5 Intermediärfilament INTERMEDIÄRFILAMENT Typ I (sura), Typ II (basiska, neutrala) Keratiner co-polymeriserar i epitelceller Desmosomer, hemidesmosomer Typ III nätverk från kärnan ut till plasmamembranet. glatt muskulatur, fibroblaster, vita blodkroppar Typ IV neurofilament i neuron, stödjer axon Typ V nukleära laminer Mikrotubuli Kinesin, dynein (ATP) α-tubulin β-tubulin (GTP/GDP) Vesikeltransp, organell organisation Mitos/meios Cilier, flageller, centriol

6 Bindväv epitelvävnad -Epitelceller polariserade -basal laminae -kroppens yttre/inre ytor - undeliggande bindväv EM: Proteinfibrer och adhesionsproteiner Collagen (olika typer, olika funktioner.) Elastin fibronectin Laminin

7 CELLFÖRBAND (cell junctions) Cell-matrix bindningar Focal adhesions Hemidesmosomes Integrin (adhesion, signalering) Transmembran proteoglykaner fibronektin, kollagen, laminin Cell-cell bindningar Adherens junctions Desmosomes Cadheriner, ICAM, selektiner, integrin Tight junctions Gap junctions Cell-matrix bindningar Hemidesmosom Focal adhesion Intermediärfilament Aktinfilament Mekanisk spänning överförs via integrin och fibronektin

8 Cell-cell bindningar Adherens junctions desmosomer Selektiner (L, E, P) -Transienta bindn. -Homofil/heterofil ICAM:s -Mer stabila (transienta) -Binder Integriner Cadheriner -Mest stabila. -Homofil adhesion Tight Junctions Gap Junctions Lås Skiljer apikala och basala delarna Hålls på plats av actin (via zonula occludens protein link) Occludin Claudin JAM (junctional adhesion molecule) Joner och små molekyler Metabol och elektrisk aktivitet förs vidare Connexiner 6 st bildar en por

9 signalsubstanser Neurotransmittorer Peptider peptidhormoner insulin, glukagon hypofyshormoner: GH, FSH, prolaktin etc. neuropeptider sekreteras av en del nervceller endorfin och enkefalin (hormoner) tillväxtfaktorer EGF, NGF, PDGF cytokiner membranförankrade tillväxtfaktorer Steroider, Retinoider, D3, Thyroid hormon Eicosanoider NO (guanylat cyklase) Membranreceptorer Jonkanal-kopplade G-protein länkade Enzym-länkade receptorer Tyrosine kinase protein tyrosin-fosfataser Receptorassocierade (proteaser, kinaser,.) protein-serin/threonin kinase guanylylcyklas

10 Steroidhormonreceptorer, nukleära receptorer Ex Östrogenreceptorn Även tyroxin, D3, Retinoider Transkriptionsfaktorer 3 proteindomäner Ligandbindande DNA bindande transaktiverande Aktiveras antingen i: kärnan Cytoplasman och transport in i kärnan INTRACELLULÄR SIGNALÖVERFÖRING Ligand binder receptorn förändras, (ev aktiverar enzym) intracellulära budbärarmolekyler för signalen vidare Adenylylcyklas - camp Guanylylcyklas - cgmp Fosfolipas C - inositoltrifosfat (IP3) - diacylglycerol (DAG) PI3-kinas - fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3) Effekt på : Cell cykel Gentranskription Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning) Metabol aktivitet Sekretion

11 Tyrosinkinase receptor: Dimerisering, autofosforylering, signaltransduktion via SH2- bindande proteiner till nedströms targets. Avstängning : Fosfataser (defosforylering) eller Internalisering (endocytos) av receptor/ligand

12 cgmp Sekundära budbärarmolekyler camp Ca2+ diacylglycerol inositol 1,4,5-trisphosphate camp och Protein kinase signalering camp reglerar protein kinas aktivitet

13 DAG och IP 3 Fosfolipas C aktiveras DAG och IP3 bildas, aktiverar proteinkinas C (PKC) ) IP3 -> Ca2+ ökar (från ER) Calmodulin aktiveras -> PKC (+ CaM kinaser) -> fosforylering av targets Receptor Ras Raf MEK ERK - målprotein (här via Tyrosinkinas-receptor) Aktiverar både cytoplasmiska och nukleära proteiner

14 JAK/STAT signalväg Direkt signalväg mellan cellyta och kärna Cytokinreceptor JAK= Janus kinase STAT= transkriptionsfaktorer Integrering av singaler 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

15 Nuclear lamins Kärnporer, Importin/exportin, RAN

16 Utryckta regioner av Eukromatin - dekondenserade, tysta regioner av eukromatin -hårt packade (heterokromatin mkt hårt packat) Påverkas av: Kromatin-remodellerande komplex Histon-modifierande komplex Acetylering (reversibel) Metylering (irreversibel) Fosforylering (reversibel) Ubiquitinering (reversibel) DNA bindande proteiner

17 Ribosome-assembly sker i nucleolus Kärnan under mitos

18 Celldelning, mitos Condensin, cohesin, Reglering av cellcykeln, tillväxt, kontrollpunkter. Figure 8.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

19 cellcykelkontroll Cyklin, ubiquitinering, CKI:s i reglering av CDK:s (CKI= Cdk Inhibitor) Cyklin CAK Wee1 CKI:s (p27) Cdc25 cyklin Cykliner ubiquitineras/degraderas (CDK)/Cyklin initerar sin egen degradering

20 Ett ex: CDK1/CyklinB Regulation Via CAK och Wee Cdk1 inactivating Via Cdc25 activating Cdk1 Cdk1 Cdk1 Cdk1 Via Ubiquitinering/ Degradering i proteasom Kontrollpunkter, CKI, Chk Stopp i proliferation, cellcykeln Svar på TGF-beta Skadat DNA, Ökad p21 transkription (via p53) P21 binder, inhiberar CDK/cyklin i G1 Aktivering av Chk1, Chk2 (G1, S, G2) (checkpoint kinase) Fosforylerar/inaktiverar CdC25 inhibering av Cdk (utebliven aktiverande de-fosforylering av CDK) DNA skada Aktiverande defosforylering Inaktiverande

21 p53 vid G1-arrest Fosforylering stabiliserar p53 Normalt t½ ca 2 min P53 nivåer ökar ( 100 ggr) p53 reglerade gener ökar (p21,, ) Inhibition av Proliferation DNA syntes Stimulering av DNA reparation Apoptos-maskineriet cellantal regleras av tillväxtfaktorer restriction point i G1 utan tillväxtfaktorer: G0 = vilostadium lämnar cellcykeln kontrollsystemet delvis inaktiverat cykliner och cdk:s bryts ner återgång till cellcykeln om stimulering av tillväxtfaktorer

22 Mitos - Meios diploida celler dubblering av kromosomer två identiska diploida dotterceller förutsättning för sexuell reproduktion fyra haploida celler bildas Meios Synaptonemal complex

23 profas I: diplotene metafas II skapandet av en multicellulär organism

24 Apoptos programerat självmord Nekros och Apoptos Apoptotiska celler fagocyteras i sin helhet (Nekrotiska briserar => inflammation)

25 Apoptos - proteolytisk kaskad! Initiator Effector Inhibitors of apoptosis, IAP:s Aktivering: Extern väg Caspase kaskad aktiveras direkt. Intern väg Cytokrom C läckage från mitokondrier föregår aktivering av caspase kaskad Extern aktivering: Celldödsreceptorer aktiv uppmaning utifrån FAS-ligand, FAS receptor Caspase kaskad aktiveras direkt caspase 8 => andra caspaser aktiverar Bcl2-familjen => mitokondriemembran går sönder proapoptotiska molekyler läcker ut

26 Intern väg Utebliven överlevnadssignal Cellskada, Cell cykel stopp Cytokrom C läckage från mitokondrier föregår aktivering av caspase kaskad proteiner (Bax, Bak) binder mtmembran= por CytokromC, diablo m.fl. ut Apoptosome-aktivering av caspase cascade (via caspase 9) Smac/diablo inhiberar IAPs Caspaser kan ej inaktiveras d Bax, Bak kan hindras av Bcl2 (anti-apoptotisk) Bcl2 kan inhiberas av Bad (proapoptotisk Tillväxtsignaler uppmuntrar överlevnad =>aktiverar Bcl2 (anti-apoptotisk) Binder/iniberar proapoptotiska Bax, Bak => Inget utflöde av cytokrom C Bcl2 förmedlar överlevnad!

27 Utebliven eller otillräckliga signaler om överlevnad, eller uteblivna cell-cell, cell-matrix interaktioner inducerar apoptos Permanenta celler förnyar komponenter Cellförnyelse - stamceller Epitel, BM,. Vissa differentierade celler kan proliferera Endothel celler (VEGF) Fibroblaster (PDGF) Glatta muskelceller (utv. från Fibroblaster) Leverceller (om vävnadsarkitektur behålls)

28 Reglering av differentiering/proliferering Extracellulära signaler inkl cell-cell kontakt avgör cell-öde? Stromal cells Cell-minne! olika svar på samma signal Transitceller - amplifiering Cell-åldrande! Förprogrammerat antal delningar Hematopoesen - blodbildningen

29 Produktion av differentierade celler från ES celler Cancer Benign Malign Orsaker: Genetiska (germ line) Miljö, exposition Medicinsk behandling Mutationer i gener som styr: proliferering differentiering apoptos DNA: korrekturläsning och reparation kan ge icke-reglerad tillväxt Cancer-utveckling initiering Genförändring(ar) som leder till onormal proliferation i förhållande till signaler utifrån progression ytterligare mutationer tillväxthastighet och adaptionsförmåga ökar invasivitet och förmåga till metastasering De-differentiering ger tillväxtfördel

30 Tillväxtstimulering utifrån är carcinogent Inflammation, hormonell stimulering regenerering Multiple hit krävs Onormal tillväxt (signalering, expression) Defekt kontroll/proof reading av DNA Icke fungerande DNA reparation Defekt broms Defekt apoptos Undgår immunförsvaret Genetiskt instabila

31 Egenskaper hos cancerceller Okänsliga för externa signaler (som reglerar cell proliferation) Undgår apoptos Undviker: programmerade proliferations-begränsningar Utrycker bl.a. telomeras Åldras inte normalt med antalet celldelningar (ej normal cellsenescence) Genetiskt instabila Defekt differentiering (ibland de-differentiering sekreterar tillväxtfaktorer inducerar angiogenes defekt cell-cell eller cell-matrix kontakt inhibition sekretion av proteaser bryter ner extracellulärmatrix Invasiva/ kan lämna normal plats i organismen Överlever och prolifererar på fel ställen Defekt kontaktinhibering Dysreglerad receptorsignalering Onormal autokrin stimulering Störd intracellulär signalering RAS!

32 Defekt apoptosinitiering / ökad apoptos inhibition Defekt differentiering (Leukemi) Bcl-2 hindrar cytokrom c-utsläpp Retrovirus (RSV) Tumörvirus (RNA, DNA) Papilloma Virus ~60 olika humana papillomavirus infekterar epitelceller benigna (vårtor) och maligna (livmoderhalscancer m.fl.) tumörer E6 och E7 protein kodade av early genes inaktiverar tumörsupressorproteiner Rb och p53 Hepatit B, C kan ge kronisk leverinfektion kontinuerlig proliferation av hepatocyter mer än 100 gånger ökad risk för levercancer hepatit B virus driver också direkt abnormal proliferation och överlevnad

33 Proto-onkogener de normala cellulära generna som virala onkogener härstammar ifrån viktiga cellregulatoriska gener abnormalt uttryckt eller muterat ger onkogener Onkogener förändrade proto-onkogener ~100 onkogener identifierade Dominant (en allele räcker) överuttryckt eller överaktivt protein V-onc (utan introner, härstammar från splicat mrna) C-onc (med introner) kromosomtranslokation Kronisk Myeoloisk Leukemi Abl protein tyrosinkinas punktmutation genamplifiering punktmuterade ras-gener i 20% av human cancer ->permanent aktivt Ras-protein

34 onkogenprodukter ~100 onkogenprodukter identifierade signalvägar - reglering av celltillväxt och överlevnad cellcykelregleringsprotein amplifierat eller förändrat med translokation (cyklin D1) blockerar differentiering och ger proliferering blockerar apoptos (Bcl2 ex) Oncogener forts Ökad tillväxtsignalering Ökad cell-överlevnad/ hämmad apoptos

35 TUMÖRSUPPRESSORGENER anti-proliferationsgener stoppar ej proliferation vid inaktiverande mutationer eller deletioner genförändring på båda allelerna krävs vanligen för cancerutveckling många olika tumörsuppressorgener identifierade P53 Rb PTEN BRCA1,2 Metastasering flera barriärer Därför är metastasering ett sent steg i cancerutveckling, och resultatet av multipla genetiska förändringar