Maria Nyström Jessica Leander Louise Danielsson. G-proteinet Ras. 3 juni 2003. Handledare: Hans Eklund



Relevanta dokument
5. Transkriptionell reglering OBS! Långsam omställning!

Integrerad signaltransduktion

Cellbiologi: Intracellulär sortering och cellsignalering

Lite basalt om enzymer

NUKLEINSYRORNAS UPPBYGGNAD: Två olika nukleinsyror: DNA deoxyribonukleinsyra RNA ribonukleinsyra

Resultat:... (Cellbiologi:... Immunologi...) Betyg...

Grupp: Pyrola Sandberg, Hanna Norlin och Hanna Arvidsson Kurs: Biokemi VT 2003 Inlämningsdatum: Handledare: Hans Eklund

Tentamen. Kurskod: MC1004. Medicin A, Molekylär cellbiologi. Kursansvarig: Christina Karlsson. Datum Skrivtid 4h

VI-1. Proteiner VI. PROTEINER. Källor: - L. Stryer, Biochemistry, 3 rd Ed., Freeman, New York, 1988.

Proteiner. Kap 3,

Transkription och translation = Översättning av bassekvensen till aminosyrasekvens

Stamceller För att få mer kött på benen

Felveckning och denaturering av proteiner. Niklas Dahrén

BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT PROTEINER OCH ENZYMER (sid )

Sluttentamen Biokemi KE7001p3, 15:e mars 2007, Max poäng = 76 p. Slutlig gräns för godkänd = 36 p (47 %).

Hierarkisk proteinstruktur. Hierarkisk proteinstruktur. α-helix Fig 3-4. Primärstruktur Fig 3-3

Hastighet HOCH 2. *Enzymer är Katalysatorer. *Påverkar inte jämvikten

Frå n åminosyror till proteiner

Kemiska reaktioner och reaktionshastigheter. Niklas Dahrén

Svar: 3. a) Vid enzymkatalys binder enzymet in substratet/substraten till aktiva ytan. Närhet och orientering är förutsättning för katalys.

Kap 26 Nukleinsyror och proteinsyntes. Bilder från McMurry

Biologiska membran Kap 10 fig10-1, 15, 18, 19 & med tillhörande beskrivningar. Övrigt är repetition.

Institutionen för biomedicin Avdelningen för medicinsk kemi och cellbiologi Läkarprogrammet termin 1

RNA-syntes och Proteinsyntes

Resultat:... (Cellbiologi:... Immunologi...) Betyg...

Proteinstruktur samt Hemoglobin

Förläsningens innehåll. Cellsignalering och signaltransduktion. Cellsignalering

Tentamen. Lycka till! Medicin A, Molekylär cellbiologi. Kurskod: MC1004. Kursansvarig: Christina Karlsson. Datum Skrivtid 4h

Kursbok: The immune system Peter Parham

Rättningsmall fråga 1: a) b) mellan N och Ca (0.5p); Ca och C (0.5p). c) vid ph 5: NH COOH (0.5p); vid ph 9: NH COO - (0.

Biologisk katalysator

Signaltransduktion. Signalling by the membrane. Fosfatidylinositol och sekundära budbärare CMB

Delprov Dugga med svarsmallar Biokemi BI0968, 8:e dec 2008, Max poäng = 50 p. Preliminära betygsgränser: 3 = 27p; 4 = 35p; 5 = 43p.

Cellen och biomolekyler

Övningstentafrågor i Biokemi, Basåret VT 2012

VARFÖR VÄLJA EQ ANTI AGE COLLAGEN. EQ Anti Age. kollagen- Premium

Receptorer - tyrosinkinas

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

Metabolism och energi. Hur utvinner cellen energi från sin omgivning? Hur syntetiserar cellen de byggstenar som bygger upp dess makromolekyler?

dess energi ökar (S blir mer instabilt) TS sker tidigare i reaktionen strukturen på TS blir mer lik S (2p).

Proteiner. Biomolekyler kap 7

Mutationer. Typer av mutationer

hour Metabolism. Ett arbete i Biokemi kursen vt Sofia Bertolino Annlouise Mickelsen

Elektrolysvatten. Miljövänlig teknologi för vattenrening,desinfektion och sterilisering

Översikt metabolismen

Molekylärbiologins centrala dogma

Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. Signaltransduktion och Receptorfarmakologi. RTE-Modellen

GENETIK - Läran om arvet

Övergångar mellan vibrationsnivåer i grundtillståndet. Infraröd spektroskopi

Isolering och rening av proteinet tiopurinmetyltransferas

Från DNA till protein, dvs den centrala dogmen

CELLKÄRNAN INNEHÅLL CELLKÄRNAN. cellkärnan

KARLSTADS UNIVERSITET

Citronsyracykelns reaktioner sker i mitokondriematrix. Mitokondrierna kan sägas vara cellens kraftstationer p g a den stora produktionen av ATP.

Proteiner. Biomolekyler kap 7

Tentamen i Medicinsk kemi för biomedicinare 2010:

Motorproteiner. Motorproteiners molekylära struktur - Familjen P-loop-NTPas

Proteinernas 4 strukturnivåer. Niklas Dahrén

Enzymer Farmaceutisk biokemi. Enzymet pepsin klyver proteiner i magsäcken till mindre peptider

Proteinernas uppbyggnad, funktion och indelning. Niklas Dahrén

Cellens energivaluta är främst ATP adenosintrifosfat. Finns även andra analoger till ATP, t ex UTP uridintrifosfat där kvävebasen adenin bytts mot

Tentamen i Immunteknologi 28 maj 2005, 8-13

Fakta om spridd bröstcancer

CELLSIGNALERING CELLSIGNALERING. alla levande celler tar emot och skickar signaler

Sluttentamen Bke2/KE0003, 29:e Oktober 2003, Max poäng = 94 p. Preliminär gräns för godkänd = 50 p (53 %).

1. a) Markera polära och icke-polära delar i nedanstående molekyl. Vilken typ av ämne är det, och vad heter molekylen? (2p)

Genetik en sammanfattning

Proteiner Äggvitan består av proteinet ovalbumin. Farmaceutisk biokemi. Insulin är ett proteinhormon. Gly. Arg. Met. Cys. His. Gly.

Proteinstruktur och Hemoglobin

Fakta om studier med Pradaxa

Tentamen Reproduktion och utveckling, Åke Strids frågor:

RNA och den genetiska koden

Lite fakta om proteinmodeller, som deltar mycket i den här tentamen

Receptorer - kinaser. Receptorer med kinas aktivitet. Cellsignalering. Celler är beroende av olika signaler (A-G) som kommer utifrån

Sluttentamen Biokemi KE7001p3, 22 mars 2005, Max poäng = 70 p. Preliminär gräns för godkänd = 37 p (53 %).

Tentamen i Immunteknologi 28 maj 2003, 8-13

Sluttentamen Biokemi KE7001p3, 20 mars 2006, Max poäng = 75 p. Slutlig gräns för godkänd = 38 p (51 %).

Kod: Personnummer: Plats nr: Inlämnad kl: ID kollad: Poäng: Betyg: SKRIV DIN KOD PÅ ALLA SIDOR ÄVEN OM FRÅGAN LÄMNAS OBESVARAD.

Glattmuskel laboration

Från DNA till protein, dvs den centrala dogmen

Cellbiologi. Maria Ankarcrona Nov

BAKTERIERNA, VÅRA VÄNNER

Transkription och translation. DNA RNA Protein. Introduktion till biomedicin Jan-Olov Höög 1

Kväve Metabolism. Elin Johansson, Maria Grahn och Beatrice Lundin. KE0026 Stefan Knight

Biologi 2. Cellbiologi

Antikroppar:Från gen till protein skapande av diversitet. Kursbok: The immune system Peter Parham

VI MÅSTE PRATA MED VARANDRA CELLENS KOMMUNIKATION

Jonisering. Hur fungerar jonisering? Vad är en jon?

Enzymkinetik. - En minskning i reaktantkoncentrationen per tidsenhet (v = - A/ t)

ELLÄRA. Denna power point är gjord för att du ska få en inblick i elektricitet. Vad är spänning, ström? Var kommer det ifrån? Varför lyser lampan?

Innehållsförteckning Förord... 3 Bromssystem... 4 Laddning av batteri... 5 Säkringar... 5 Manöverbox... 6 Armstöd... 6

Omtentamen: Medicin A, Fysiologi med anatomi och immunologi 15hp. Kurskod: MC1032. Kursansvarig: Gabriella Eliason.

Totalt 10 uppgifter, vardera värd 10p (totalt 100p). För godkänt fordras minst 50p, för 4:a minst 66p och för 5:a minst 83p.

FACIT TILL FINALEN GRUNDBOK

Lär dig göra marklyft

atomkärna Atomkärna är en del av en atom, som finns mitt inne i atomen. Det är i atomkärnan som protonerna finns.

2. Nämn fyra mekanismer varmed enzymaktivitet kan regleras och förklara i korthet vad de innebär.

KOMMENTARER TILL KAPITEL 7 OCH 8. Den centrala dogmen är gemensam för eukaryoter och prokaryoter.

Kapitel Var är vi i kursen???

Transkript:

Maria Nyström Jessica Leander Louise Danielsson G-proteinet Ras 3 juni 2003 Handledare: Hans Eklund

Inledning Detta projektarbete behandlar en del av den signalväg som initieras av tillväxthormon och avslutas av celltillväxt. Vad som här tas upp är det intracellulära samspelet mellan den nukleotida utbytesfaktorn SOS och det lilla G-proteinet Ras samt deras struktur och mechanism. G-proteiner är i vanliga fall trimerer. Ras tillhör en liten grupp av G- proteiner som består enbart av en domän men ändå har samma aktiva yta. SOS binder till Grb-2 vilket i sin tur binder till den fosforylerande receptorn. I denna position påverkar SOS Ras till att hydrolysra GTP vilket i sin tur leder vidare till celltillväxt. G-protein. G-protein binder guanin- nukleotider och fungerar som en molekylär växlare. G- proteinet aktiveras genom att binda GTP och inaktiveras då GTP är hydrolyserat till GDP. Hydrolysen av GTP katalyseras genom G-proteinet själv, men G-protein är väldigt långsamma GTPaser, och avstängningen av G-proteinet accelereras normalt med hjälp av molekyler vid namn RGS (regulators of GTP hydrolysis) RGS binder till det aktiva G-proteinet och ökar hastigheten på GTP- hydrolysen. Väl i det aktiva GTP- bindningsstadiet kan G-proteinet aktivera många effektorer som förstärker signalen innan RGS binder och signalen stängs av. De flesta G-protein är heterotrimera och består av en _- enhet (45kDa), en _- enhet (35kDa) och en _- enhet (8kDa). _- enheten är den enhet som innehåller GTPas- aktiviteten. b-enheten har en sjubladig propellerstruktur och g-enheten består av ett par a-helixar som omsluter b-enheten. Då G-proteinet är aktiverat, genom att binda GTP, dissocierar heterotrimeren till en _- subenhet och en heterodimer. Både _-subenheten och heterodimer kan oberoende av varandra överföra signaler från receptorn till olika effektorproteiner. Adenylat cyklas enzymet som aktiveras av epineprine- _-adrenergic receptorkomplexet är ett membranprotein som innehåller 12 helixar som antas gå igenom hela membranet. Den aktiva enzymdelen av proteinet är formad från två stora intracellulära domäner. En sitter mellan transmembranhelix 6 och 7 och den andra sitter efter den sista transmembranhelixen. G-protein binder till adenylat cyklas genom ytan som bundit dimeren då G-proteinet var i sin GDP form. Aktiveringen av G-proteinet exponeras denna yta och ändrar den hårfint så att den nu binder till ytan av adenylat cyklase med företräde för G. Förmågan att avbryta signaltransduktionen är minst lika svårt som att starta den.

Mekanism G-protein är membranproteiner som i ostimulerat tillstånd binder GDP, guanosin difosfat. I en hormonrespons som leder till stimulering av adenylat cyklas så kommer bindingarna av extracellulärt hormon till den receptor (vanligtvis en beta- adrenergik receptor) orsaka en konformationsändring som stimulerar receptorn att interagera med en närliggande G s molekyl. Detta i sin tur stimulerar dissociering av bundet GDP från G s att ersättas av GTP. G s är en grupp av G-proteiner som är involverade i stimulering av adenylat cyklas. Då GTP är bundet konverterar G s till att bli ett protein som interagerar med adenylat cyklas, aktiverar målenzymet och producerar cykliskt AMP från ATP. Fortsatt aktivering beror på hur mycket bundet GTP som är närvarande. Den hormonella responsen är begränsad och kontrollerad av närvaron av långsam GTPas aktivitet på G- proteinet. G i proteinet är nära släkt med G s och fungerar på liknande sätt, men då som svar på extracellulära signaler, vars funktion är att inhibera adenylat cyklas. RAS Ras tillhör en stor familj av monomera G-protein sk små GTPaser. Dessa spelar en betydande roll när det gäller flera olika cellreaktioner, däribland stimulering av tillväxt och differentiering som i Ras fall. Precis som sina släktingar, de heterotrimera G-proteinerna, växlar de mellan att vara bundna till GDP (inaktiv) och till GTP (aktiv). De skiljer sig från heterotrimererna på så sätt att de har en molekylvikt på 20-25 kda vs 30-35 kda och är monomerer. _-subenheten hos G-proteinet är mycket lik Ras enda enhet, vad gäller aktiv yta m.m. Ras aktiveras av EGF-signalen via SOS*, när denna binds i den nukleotidbindande fickan och GDP släpper och ger plats åt GTP. Gaps (GTPas aktivating protein) fungerar som hjälparprotein och ser till att hydrolysaktiviteten ökar. Om Ras inte kan inaktiveras genom GTP-hydrolys leder det till ohämmad celltillväxt ( tumörer). Struktur Ras har en _/_-typ av struktur, med ett _-flak innehållande sex _-strängar, varav fem är parallella. Fem _-helixar sitter på båda sidor om _-flaket. GTP binds i en ficka vid karboxyl-änden av _-strängarna. Loopregioner binder samman _-strängarna med _-helixarna och bildar fickan. Fem av dessa totalt sex loopregioner, deltar i den GTP-bindande ytan. Tre av dessa innehåller regioner av konserverade aminosyror som också ses hos trimererna. Loop G1, den sk difosfatbindande loopen eller p-loopen, binder samman den första _- strängen med den första _-helixen och är viktig för att fosfatgruppen ska sitta rätt vid bindning.

Loop G2 består av en threonindel som är konserverad i både Ras och G_-proteiner, som binder magnesiumjoner, är viktig vad gäller både strukturella förändringar och GTPhydrolys. Loop G3 utgör en länk mellan de aktiva ytor som binder magnesiumjoner och _-fosfatet från GTP. Loop G4 och G5 är inblandade i identifiering och bindning av guanin basen från nukleotiden. Två regioner går igenom en stor konformationsförändring när molekylen byter från den aktiva, GTP-bundna formen till den inaktiva GDP-bundna formen. Dessa kallas switch regioner och finns i loop G2 (I) och i loop G3 och helix _2 (II). Mekanism Switch I och II ändrar läge när Ras växlar mellan inaktiv och aktiv form, som nämndes tidigare. Det som utlöser denna konformationsförändring tycks vara bildandet av vätebindningar mellan proteinet och _-fosfatet från GTP. I båda formerna är en magnesiumjon koordinerad till sex ligander i oktahedrisk form. Fyra vattenmolekyler, sidokedjans syreatom från serin (P-loop) och en syreatom från _- fosfat binder till magnesiumjonen i GDP-formen. Två av vattenmolekylerna är utbytta i GTP-formen mot en threonin från switch I och en syreatom från _-fosfatet. Strukturella förändringar i switch I - regionen induceras av vätebindningar till _-fosfatet från peptidkvävet och hydroxylgruppen på threonin, vars syre också är bundet till magnesiumjonen. Efter utbyte av GDP mot GTP, dras switch I mot _-fosfatet, samt mot magnesiumjonen, där det tar platsen för de vattenmolekyler som är bundna vid GDP-formen. Förändringar i switch II initieras av bildandet av vätebindningar mellan peptidkvävet på glycin och _-fosfatet på GTP, åtföljt av ytterligare konformationsförändringar i form av rotationer, i förhållande till den inaktiva formen.

Den mest troliga mekanismen när det gäller hydrolys av GTP till GDP och fosfat, är direkt överföring av _-fosfatet till vatten, utan att bilda kovalenta bindningar med proteinet. Denna mekanism kräver att GTPaser har en katalytisk bas för att kunna ta en proton från vatten, så att man får en stark nukleofil som kan attackera fosforatomen på _-fosfatet. GTP hydrolyseras inte i lösning i frånvaro av GTPas eftersom fosfatgruppen är negativt laddad liksom OH-gruppen. GTPas måste alltså reducera den negativa laddningen på fosfatet för att kunna katalysera hydrolys av GTP. En Glutamin på switch II fungerar som denna bas när dess syreatom tar emot en proton från vatten, och peptidkvävet donerar ett väte till _-fosfatet. Detta, tillsammans med arginin och threonin från switch I reducerar fosfatets negativa laddning genom att bilda vätebindningar med denna, på detta sätt stabiliseras transition state komplexet. Ras saknar dock arginin och stabiliserar därför inte TS på detta sätt, och hydrolyserar därför i en lägre hastighet. Speciella GAP proteiner accelererar denna reaktion nära på hundratusen gånger. GAP bildar ett komplex med Ras som stabiliserar på samma sätt. Gap fungerar stabiliserande genom att en guanidiumgrupp från arginin ockuperar den aktiva ytan på Ras. Gap binder till Ras på så sätt att switchregionerna låses i en struktur som stabiliserar TS hos reaktanterna. Om Ras-Gap samarbetet avbryts av någon anledning, kan det leda till ohämmad celldelning.

Nukleotid utbytesfaktor SOS (son of sevenless) Receptorer för tillväxtfaktorer aktiverar Ras genom att dra den nukleotida utbytes faktorn SOS till cellmembranet och därmed trigga produktionen av GTP-Ras. SOS har dessutom en site vilken befinner sig distalt från den som binder Ras, vilken binder RasGTP. Mekanism Tillväxtfaktorer, vilka signalerar med tyrosine kinaser, aktiverar Ras genom att binda SOS till plasmamembranet och därigenom underlätta för omvandlingen av RasGDP till RasGTP. Bindandet av GTP skapar konformationsförändringar hos Ras vilket gör det lättare för RasGTP att binda till effektor protein och initiera signaler genom dem. När GTP har hydrolyserats frigörs GDP från Ras mycket långsamt och utan inblandning av SOS och RasGDP binds Ras i ett inaktivt tillstånd. Humant SOS1 är ett stor multidomän protein på 1333aminosyror. En central katalytisk del på ca 500 aminosyror(sos cat ) är nödvändig för dess Ras- specifika nukleotid utbytesaktivitet. Denna del av SOS består av en central del som kallas cdc25 samt en del som kallas REM (Ras exchanger motif). SOS fungerar i korthet så att det öppnar upp och omformar den nukleotidbindande platsen på Ras och på så sätt frigör antingen GTP eller GDP bundet till Ras. Huvudragen i denna mekanism är att Switch I flyttas från den nukleotidbindande stället samt att Switch II omformas så att metylgruppen hos Ala-59 hos Ras placeras där Mg normalt sitter. Denna interaktion mellan nukleotidfria Ras och SOS sker i det område som kallas cdc25. REM domänen interagerar med cdc25 endast med en kant av en hårnålsformat helixpar som sticker ut från huvudkroppen av cdc25. Detta helixpar innehåller helixarna ah och ai, och ansvarar för att rikta Switch I hos Ras bort från nukleotidbindnigsstället. I en klyfta mellan REM domänen och ytan av cdc25 finns ytterligare ett bindningsställe vilket är distalt till den aktiva siten. Denna är specialiserad för RasGTP. Hela detta RasGTP:SOS cat :Ras komplex är sammanlänkat på ett sätt som antyder en allosterisk mekanism med vilken RasGTP stabiliserar SOS cat och stimulerar dess aktivitet. Det område hos Ras som innehåller Switch I och Switch II binder in i REM domänen av SOS. Detta omges av hydrofoba effekter. När RasGTP binder till den distala siten så vrids REM domänen gentemot cdc25 ca 10. Denna vridning sker runt basen av det hårnålsformade helixparet i cdc25 domänen på ett sådant sätt att den aktiva siten hos SOS cat i stort sett behålls oförändrad. Om inget RasGTP är bundet till SOS cat så interagerar inte det nukleotidfria Ras med REM domänen, och interaktionen mellan helixparet och Switch I regionen av Ras är svårbestämd. När RasGTP binder till detta Ras: SOS cat komplex och vridningen sker, så uppstår vätebindningar mellan Switch I hos det nukleotidfria Ras och den nya konformationen av helixparet och REM. RasGTP: SOS cat :Ras komplexet är dessutom stabilare än SOS cat :Ras. Allt detta leder till att distal RasGTP ökar aktiviteten hos

SOS cat genom att stabilisera komplexet som bildas mellan SOS och nukleotidfritt Ras. Ras aktiveras således av SOS vilket i sig själv påverkas genom positiv återkoppling från RasGTP, vilket ledet till en ökad katalytisk effektivitet hos SOS. detta är alltså en mekanism där aktiviteten hos katalysatorn ökar med ökande lokal koncentration av slutprodukten. Slutligen binder Ras i sin aktiverade form till andra komponenter vilket leder till aktivering av specifika serine-threonin proteinkinaser vilka fosforylerar målprotein som gynnar celltillväxt. Forskning Ett exempel på cancerforskning angående Ras från UC Berkley och Akacia Biosciences Inc där man har upptäckt att avlägsnandet av ett enzym, Rce1, vilket aktiverar Ras, leder till att Ras funktion hämmas drastiskt. Det har visat sig att det muterade Ras, som är orsaken till cancer, är mer mottaglig för avlägsnandet av Rce1 än det normala. Detta är naturligtvis mycket intressant för cancerforskningen. Referenser Berg et al: Biochemistry, 5th ed. Matthews, van Holde: Biochemistry Branden, Tooze: Introduction to protein structure, 2 nd ed. Margarit et al: Structural Evidence for Feedback Activation by RasGTP of the Ras- Specific Nucleotide Exchange Factor SOS, Cell Vol 112, 2003 Länk http://jkweb.mcb.berkeley.edu/external/research-in-progress/5-1/activation.shtml http://www.berkley.edu/news/media/releases/97legacy/cancer.html