Förläsningens innehåll. Cellsignalering och signaltransduktion. Cellsignalering

Transkript

1 Cellsignalering och signaltransduktion CMB Förläsningens innehåll Cellsignalering begrepp Signalermolekyler / ligander Receptorer Signalvägar och signaltransduktion Förändring av proteiners aktivitet Fosforylering G-proteiner är On/Off switchar Celler är beroende av olika signaler (A-G) som kommer från andra celler Extracellulär signalering Cellsignalering a) Extracellulär signalering (cellkommunikation) b) Intracellulär signalering (signaltransduktion) a) b) I frånvaro av signaler kan celler dö/gå i apoptos 1

2 Signalmolekyl Receptor Aktiverad signalväg (amplifiering) Effektorer Extracellulär signalering Utsöndrade lösliga signaler Endokrin signalering Parakrin signalering Autokrinsignalering Signalerna! 1. Utsöndrade lösliga molekyler 2. Bundna molekyler (t ex cellytan) 2

3 Utsöndrade extracellulära signalmolekyler - endocrina & parakrina Stor variation, exempel: Små molekyler: (transmittorsubstanser; GABA, DOPA, Acetylcholin, Glutamat, ATP mm) Lipofila hormoner (steroidhormoner, corticoider, thyroxin mm) Peptider (neuropeptider) Proteiner (proteinhormoner, tillväxtfaktorer, cytokiner, morfogener) Polysackarider (heparin, heparansulfat) Bundna extracellulära signaler Bundna till celler Membran proteiner Glykoproteiner Bundna till extracellulärt matrix (ECM) Proteiner Glycoproteiner Proteoglykaner Extracellulära signalerna kallas ligander och binder till receptorer Receptorer Några begrepp: Ligandspecificitet: Receptorer är protein som binder specifika ligander Aktiverad receptor : Receptor som bundit ligand Jämvikt mellan inaktiva och aktiva receptorer beror av [ligand] Receptor - Ligand interaktion Affinitet (Kd, bindningskonstant) Bindningsställen (antal receptorer/cell) 3

4 Receptorer Huvudklasser av receptorer Ligandspecifika (extracellulär domän) Aktiverar specifika svar i cellen (inåt) Aktiverar intracellulär signalering sk. Signaltransduktion Enzym-kopplade receptorer Jonkanal-kopplade receptorer G-protein-kopplade receptorer (7-TM) 7-TM receptorer utan G-protein Andra.. ex nukleära receptorer Heterogena klasser baserade på strukturella och funktionella likheter Enzym-kopplade receptorer Extracellulär-, transmembran- och intracellulär domän Receptorerna kan själva vara ett enzym Kinas, fosfatas, cyclas Receptorerna kan binda/associera med ett enzym Kinas, fosfatas, proteas Receptorer med enzymaktivitet (enzym-kopplade receptorer) Receptor tyrosin kinaser (RTKs) tillväxtfaktorreceptorer Cytokin-receptorer (typ I och typ II) TGF-ß receptorer (Transforming growth factor-ß) Receptorfosfataser TNFR (Tumour necrosis factor receptors) 4

5 Growthhormone (GH) and its receptor (GHR) Jonkanal-kopplade receptorer Ligand-reglerad jon-transport/flöde över membran Ofta på nervceller Receptortyp: cytokinreceptor (typ 1) G protein-kopplade receptorer 7-TM struktur Binder till och reglerar tri-meriska G protein G-protein= GTP bindande protein Affinitet och Dissociationskonstant" Ligand-receptor binding - enkel reversibel reaktion/jämvikt R + L κ off κ on RL κ d = [R][L] [RL] 5

6 EPO: erythropoietin reglerar bildandet av röda blodkroppar Intracellulär signalering Aktiverade receptorer orsakar ett cellulärt svar: Effekter i cytoplasman eller på membranet Snabbt svar Aktivering eller hämning av enzymaktivitet. Förändrad aktivitet av cytoskelett / cellrörelser (motilitet). Effekter på genuttryck (i kärnan) Varaktigt svar Aktivering eller inhibering av gener. Påverkan av transkriptionsfaktorer. 6

7 Signaltransduktion Signalering och effektorer: förändrade protein aktiviteter/funktioner Leder till: 1. Snabbt cellsvar (Kap 15) Short-term cellular responses metabolt svar, cell form, cellrörelser, kontraktioner, frisättning av joner/signaler, modulering av signaltransduktion etc. Signalmolekyl Receptor Aktiverad signalväg (amplifiering) Effektorer 2. Varaktigt cellsvar (Kap 16) Long-term Reglering av genexpression: Celldelning, Celldifferentiering, Varaktiga förändringar i cellen. Etc. nucleus Cellulärt svar: olika effektorer 1) Aktivering av proteinkinaser Nästan alla signalvägar aktiverar kinaser 2) G-proteiner (molekylära switchar ) 3) Aktivering av second messengers 4) Aktivering av transkriptionsfaktorer (nukleära/cytosolreceptorer) 5) Öppning av jonkanaler 6) Proteolytisk aktivering 1. Aktivering av proteinkinaser PROTEINKINASERING Reglering av proteiners funktion och aktivitet Enskilt viktigaste regleringsmekanismen Leder i många fall till förändrad proteininteraktion hur proteiner binder till varandra 7

8 Proteinkinasering Regulativ process Aktivera Inaktivera Kinasering av aminosyrarester med hydroxigrupp på sidokedjan, OH Tyrosin- (Y), Serin- (S), Threoninrester (T), Proteinkinasering Några begrepp: Proteinkinas = enzym som fosforylerar (kinaserar) ett substrat Proteinkinasering = Proteinfosforylering fosfo-tyrosin = kinaserad tyrosinrest.. fosfo-serin = kinaserad serinrest.. Proteinfosfatas = enzym som de-fosforylerar ett substrat (tar bort fosfatgrupper från substratet) (Histidinrester (H)) Proteinkinas fosforylerar specifika proteiner Substratspecificitet: Aminosyran: Serin/threoninrester (S/T) Tyrosinrester (Y) Tyrosin och Serin/Threonin (Y, S/T) Dual specificity kinaser - (Histidin (H)) Proteinet: omgivningen runt Y, S/T Proteinkinaset benämns utgående ifrån vilken aminosyra rest det fosforylerar Tyrosin (Y) kinaser Serin/threonin (S/T) kinaser Dual-specificity kinaser (både Y och S/T) Histidin (H) kinaser 8

9 Extra slide Cytosoliska kinaser och Receptorkinaser Cytosoliska Tyrosinkinaser Serin/threonin kinaser Dual-specificity kinaser Receptor- Tyrosinkinaser Serin/threonin kinaser a Fosforyleringen kan leda till ändrad proteinaktivitet / funktion genom: Ändrad protein-interaktion: se ex. i bild a ex. Fosforylering av tyrosin kan leda till att specifika proteiner (adaptorer) binder till regionen med fosfotyrosinresten Ändrad proteinkonformation: se ex. i bild b ex. Fosforylering av T och Y kan leda till konformationsändring i ett enzyms aktiva säte och därmed aktivera enzymet (ökar affiniteten mellan enzymet och dess substrat) b 2. G-proteiner är molekylära On-off switchar G-protein = GTP-bindande proteiner Trimeriska G-protein (GPCR) Små Ras -lika G-protein (Ras, Rho, Rac mfl ) PÅ och AV beroende på om de binder GTP eller GDP Deras förmåga att binda och aktivera andra proteiner regleras G-protein on off switchar 9

10 3) Syntes/aktivering av sekundära budbärare second messengers Second messengers cykliskt AMP (camp) cykliskt GMP (cgmp) DAG (diacylglycerol) IPs Fosfoinositider (IP 3 ) Ca 2+ Kväve oxid (NO) Höga konc. av 2d messengers sätter igång det cellulära svaret De vanligaste sekundära budbärarna Second messengers amplifierar och sprider ett svar i cellen från receptorer Animering Lodish 2d messengers NO Kväveoxid: påverkar bla glatt muskulatur 10

11 4a. Aktivering av transkriptionsfaktorer Ex. cytokinreceptorer Aktivering (ex. fosforylering) av transkriptionsfaktorer leder till translokation från cytoplasman in i kärnan Tex. Exponering av nukleär lokaliserings signal (NLS) I kärnan kan transkriptionsfaktorerna binda till regulativa element pch stimulera/inhibera transkriptionen 4b) Direkt Ligand-aktivering av transkriptionsfaktorer Nukleära receptorer är både receptor och transkriptionsfaktor Ligander: Steroidhormoner, tyroxin, retinoider 5) Öppning av jonkanaler Transmittorsubstanser (Ca 2+, Cl -, Na +, K + ) 11

12 6) Proteolytisk nedbrytning resp klyvning Ex Wnt signalering Aktivering genom att en inhibitor bryts ner Aktivering genom att blockera nedbrytningen av transkriptionsfaktor Inhibitorn = Protein som hindrar eller binder upp tex transkriptions co-aktivatorer och därmed hindrar dem att gå in i kärnan Reglerad nedbrytning sker med ubiquitinylering och proteasomen Kaskadeffekt amplifiering av signalen Sammanfattning Celler kommunicerar med varandra med hjälp av olika extracellulära signaler sk. ligander. Receptorer binder specifika ligander och förmedlar vanligtvis signalerna över cellmembranet. Ligandaktiverade receptorer startar intracellulära signalvägar sk. signaltransduktion. Olika receptorer använder sig av olika eller överlappande intracellulära signalvägar. 12