Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. RTE-Modellen

Transkript

1 Receptorfarmakologi Transduktionsmekanismer och Dos--sambandet Gunnar Schulte docent Karolinska Institutet FYFA Signaltransduktion och Receptorfarmakologi "Farmakologi": Läran om verkan av kemiska ämnen på levande system (organismer) signaltransduktion: förändringar som orsakas av kemiska ämnen i enstaka celler genom specifik interaktion med cellulära målprotein receptorfarmakologi: beskriver interaktionerna mellan ligander och deras receptorer - kvalitativt och kvantitativt Signaltransduktion och Receptorfarmakologi RTE-Modellen "Receptor" (enligt Rang & Dale): Mål- eller bindningsprotein där en liten molekyl (ligand) antingen verkar som eller ant (skall inte blandas ihop med andra mål för droger) R T E Den grundläggande principen: Signaltransduktion på en cellulär nivå betyder överföring av information från cellens utsida till cellens inre för att uppnå en fysiologisk förändring i cellen R T E

2 Receptorer - Jonkanaler - N Jonotropa receptorer (ligand-styrda jonkanaler) extracellulärt intracellulärt X 4 eller 5 extracellulärt intracellulärt exempel: nikotin (acetylkolin) receptor, GABA A receptor, Glutamat (NMDA) receptor Receptor aktivering -ligandstyrda jonkanalertill exempel a 2+ (excitatorisk, NMDA-R) eller l - (inhibitorisk, GABA A -R) Exempel: Neuromuskulär synaps Vesiklar fyllda med transmittorn acetylkolin [a 2+ ]=10-3 M [a 2+ ]=10-7 M Intracellulär signaltransduktion -Jonkanalerextracellulärt intracellulärt a 2+ a 2+ Depolarisering av membranpotentialen (aktionspotential) am NMDA Troponin receptor: muskelkontraktion glutamat styrd a 2+ kanal blockerad av en Mg 2+ propp AE a 2+ Muskelkontraktion Fosforylering av målprotein am kinas proppen försvinner efter en kraftig membrandepolarisering roll i synaptisk plasticitet

3 Receptorer - G protein kopplade receptorer - N Receptor aktivering -G protein kopplade receptorer- Nobelpris 1994 A. Gilman, M. Rodbell GD Adenylyl cyklas + G protein koppling Adenylyl cyklas GT AT exempel: rhodopsin, adrenerga receptor, opioid receptor, dopamin receptor cam Heterotrimera G proteiner GD-GT cykel Klassificering av G proteiner i GD G protein family Effect Effector Receptor example G s cam Adenylyl cyclase -adrenergic GD G i/o cam Adenylyl cyclase -adrenergic G q/11 a2+ hospholipase bradykinin GT G 12 ytoskeletal changes Rho-GTase Thrombin EFFEKT GT

4 Receptor-G protein komplex Förklaring: Kinaser Kinaser överför en fosfatgrupp från AT till en målmolekyl protein/ lipidkinaser protein kinaser är serin/threonin eller tyrosin kinaser specifika fosfataser tar bort fosfatgruppen AT AD Målprotein kinas Målprotein i fosfatas Intracellulär signaltransduktion -GR, cam och KA- Gs Adenylyl cyklas cam second messenger KA + REB Gi REB REB RE GEN Förändring i gentranskriptionen Förklaring: second messenger Second messenger är små budbärar molekyl som produceras intracellulärt exempel: cam, I 3, DAG, cgm etc.. viktig del i förstärkningskaskaden som formeras och bryts ned snabbt

5 Intracellulär signaltransduktion -GR, L- Förklaring: translokation Gi/q I 3 I 2 L K a 2+ DAG OH K Fosforylering av transkriptionsfaktorer, GR a 2+ För en viss del proteiner så är deras translokation efter en stimulus en viktig del i aktivering (K) Translokationen möjliggör en kompartimentering av signalen ER Fosfolipaser Fettsyra Arachidonsyra LA DAG Receptorer - Kinas-kopplade receptorer - N O O I 2 L O LD HO OH I(1, 4, 5) 3 katalytiskt domän OH exempel: insulin receptor, tillväxt faktor receptorer

6 Receptor aktivering -Receptor tyrosin kinaser- Intracellulär signaltransduktion -RTK- SOS Grb2 Shc ras GT MAKKK/ Raf AT AD MAKK/ MEK MAK/ ERK Fosforylering av transkriptionsfaktorer, som t.ex. c-fos Kinas-kopplade receptorer Förklaring: SH2 och SH3 domäner Receptor dimerisering Gen transkription Tyrosin autofosforylering Olika transkriptions faktorer SOS Grb2 Shc Tyr-fosforylering av adapterprotein MAK fosforylering ras Aktivering av GD/GT utbyte GD GT Mek activation Raf fosforylering membran fosforylering SH2 domäner verkar som docknings stället för -Tyr (enzymer och adapter protein) SH3 domäner förmedlar proteinprotein interaktioner (Shc-Grb2) L I3K src Shc, Grb2, sos, ras

7 Receptorer - steroid receptorer - Intracellulär signaltransduktion -steroidreceptorer- DNA bindande domän (zink finger) glukokortikoidreceptor hsp90 N hsp90 exempel: östrogen receptor +GRE -GRE antiinflammatoriska gener proinflammatoriska gener Vilken tid tar signalerna??? N N X 4 eller 5 G protein koppling Ligandstyrda jonkanaler GR RTK Steroid receptorer millisekunder sekunder minuter timmar Hur stängs signalerna av??? Receptorn inaktiveras GT i G proteiner hydrolyseras till GD second messenger bryts ner fosfataser defosforylerar fosfoproteiner proteiner bryts ner nukleära protein exporteras

8 Receptorfarmakologi - Mål Receptorfarmakologi Kvantitativ beskrivning av ligandreceptor interaktion och dess funktionella er Farmakologisk beskrivning av receptorer Mätning av receptorantal och -fördelning Farmakologisk beskrivning av ligander (droger, dvs potentiella läkemedel) Receptor screening för att hitta nya läkemedel med hög affinitet till en viss receptor Massverkans lag och ligandbindning Inaktiv R A+R K +1 AR + Aktiv AR + K -1 Ingen ligand Receptorbindningsstudier Ligandbindning på vävnadssnitt bindning Ligandbindning på cellmembraner log[ligand] ant bindning [ligand]

9 Mätning av receptor bindning Receptorbesättning och dos- samband bindning total binding ospecifik binding specifik binding [ligand] bindning 50% K D [ligand] Besättningsteori: en av läkemedlet är proportionellt till antalet bundna receptorer Effekt/binding dos- kurva ligandbindning log(e 50 )= log(k D ) log[drug] Dos- samband Förklaring: Agonister & Anter Agonister åstadkommer en intracellulär Anter binder till receptorn utan att åstadkomma en Anter har en inneboende aktivitet = 0 Full har en hög efficacy, partiella er har en låg efficacy log(e 50 ) log[drug]

10 Förklaring: Agonister & Anter Kompetitiv ant: binder till samma bindningsställe som en Kompetitiva anter kan vara reversibla och irreversibla Icke-kompetitiv ant: ant hämmer receptoror interaktion genom bindning till annat ställe än ens bindningsställe (allosterisk modulator) Exempel: - morfin ant - naloxon Reversibel kompetitiva anter [kompetitiv ant] log[] Irreversibel-kompetitiva anter Interaktioner mellan er och anter + kompetitiv ant [irreversibel-kompetitiv ant] + icke-kompetitiv ant log[] log[]

11 Exempel: artiella er - noradrenalin partiell -pindolol full Interaktioner mellan er och anter partiell + partiell + kompetitiv ant log[drug] log[ant] Inversa er Besättningsteorin gäller EJ! Receptorreserv (spare receptors) full 0 % Basalaktivitet av receptorn invers + ant Maximal Maximal 100 % log[drug] invers = spare receptor = ligand-bunden och aktiverad receptor

12 Receptorreserv (spare receptors) Drug 1 Drug 2 spare receptors Förklaring: Receptorreserv Agonister behöver inte aktivera den kompletta receptor populationen för att uppnå max (besättningsteori gäller ej!) Hög receptorkoncentration gör systemet känsligare för låga ligandkoncentrationer (massverkans lag) artiell kan blir en full i närvaron av en reseptorreserv Receptorreserv är beroende på vävnaden och den använda drogen!!! log[drug] dos- kurva receptor besättning Desensitisering-Tolerans Desensitisering-Tolerans Tolerans (tachyfylaxi) är en reducerad av läkemedlet efter längre eller upprepad behandling Olika molekylära mekanismer ligger bakom detta Receptorförändring (fosforylering) Receptorförlust (genom upptag och nedbrytning) Förbrukning av mediatorer (neurotransmitter, second messenger) Ökad metabolisk nedbrytning (etanol) Fysiologisk anpassning

13 Receptordesensitisering Agonister leder till en desensitisering (långsiktig nedregulering) Anter leder till kompensation av signaleringen genom uppreglering av receptorn GRK, KA receptorupptag Frågor??? Nedbrytning i lysosomer G protein oberoende signaler