Receptorer med kinas aktivitet CMB Lodish; Kap 16 (delar) Receptorer - kinaser Upplägg föreläsning: Receptor kinaser Ser-Thr kinasreceptorer, TGF-ß receptorer - Smad ReceptorTyrosinKinas (RTK) Receptorer kopplade till tyrosinkinas Cytokinreceptorer JAK/STAT Signaltransduktionsvägar Ras aktivering MAPkinaskaskaden Cellsignalering a) Extracellulär signalering (cellkommunikation) b) Intracellulär signalering (signaltransduktion) Celler är beroende av olika signaler (A-G) som kommer utifrån Extracellulär signalering a) ligand receptor b) I frånvaro av signaler kan celler gå i apoptos 1
Cellytereceptorer och intracellulär signalering PROTEINKINASERING Reglering av proteiners funktion och aktivitet Enskilt viktigaste regleringsmekanismen Receptorer som har kinasaktivitet och vilken är direkt reglerad av receptorns ligander Receptorkinaser Receptor - kinaser 1. Receptorer med Ser/Thr-kinasaktivitet Ser-Thr-kinas receptorer (TGF-ß receptorer) Ser-Thr-kinasreceptorer TGF-ß receptorer 2. Receptorer med Tyrosin ()-kinasaktivitet Receptor tyrosinkinaser (RTKs) Receptorer som använder cytosoliska tyrosinkinaser (cytokinreceptorer) 2
Ser-Thr-kinasreceptorer Signalmolekyler = TGF-ß superfamiljen» TGF-ßs, BMPs, GDFs, Aktivin, Receptor = TGF-ß receptor familjen,» 3 olika receptorer RI, RII, RIII Aktiverad signalväg = Fosforylering av transkriptionsfaktorer och translokering till kärnan Effektorer = Transkriptionsfaktorer;» Smads» Aktivering av gener tillsammans med andra cellspecifika aktivatorer Signalmolekyl TGF-ß receptor RI, RII, RIII Smad3/3 phosphoryleras Fosfo-Smad med NLS (blottad nucler localization signal) Importin-ß drar in Smad2/3-4 complexet i kärnan Aktivering av gener med Smad-bindade regulativa element samarbetar med andra aktivatorer Receptor activation Ligand-inducerad oligomerisering av RI, RII och RIII Receptorer som signalerar med hjälp av tyrosin kinas RII och RIII binder TGF-ß. Som sammanför RII med RI receptorerna RII är ett S/T-kinas som fosforylerar och aktiverar receptor RI RI är ett S/T-kinas och fosforylerar och aktiverar Smad2/3 3
Två typer av receptor med tyrosin kinas aktivitet Receptor tyrosinkinaser (RTK) (~58st) Receptorer som använder cytosoliska tyrosinkinaser (= non-receptor tyrosin kinas, ~32st) Tyrosinkinaser i cellkommunikation 1. Receptor-tyrosinkinaser (RTK) Receptorer med inneboende ligandaktiverad tyrosinkinasenzymaktivitet 2. Receptorer utan endogent tyrosinkinas (cytokinreceptorer) Cytosoliska (non-receptor) tyrosinkinaser som aktiveras av membran-receptorer 1. ReceptorTyrosinKinaser RTK Ligand-inducerad dimerisering EGF receptorn 4
Ligand-inducerad dimerisering och autofosforylering 1. ReceptorTyrosinKinaser (RTK) 58 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 Olika typer av ligander till RTKs 1. Utsöndrade peptid/proteinligander Ofta mindre proteiner (10-60kD) Ofta aktiva som homodimerer 2. Membranbundna proteinligander 2 typer: Transmembranbundna GPI-bundna (glycosyl phosphatidyl inositol-länkade) 3. Extracellulärt matrix-ligander Ex. Ligander till RTKs utsöndrade proteiner 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) Hepatocyte growth factor (HGF) Receptorfamilj Her/EGF -receptorer FGF -receptorer IGF -receptorer Trk -receptorer PDGF -receptorer VEGF-receptorer HGF- receptorn (c-met) 5
Signaltransduktionsvägar aktiverade av RTKs Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cγ (PLCγ) Phosphatidylinostol-3-kinase (PI-3 kinas) 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 2. Receptorer utan endogent tyrosinkinas (receptorer kopplade till TKs) 40-tal receptorer Receptorerna saknar egen TK domän men lånar ett tyrosinkinas från cytoplasman Receptorer kopplade till cytosoliska tyrosinkinas Ligandbindning initierar hetero- eller homodimerisering av receptorenheter (en eller olika typer). Ligandbindning leder till aktivering av cytosoliska tyrosinkinaser (non-receptor tyrosin kinases) Kinaserna fosforylerar -rester i receptorenheterna men även i andra cytoplasmatiska proteiner. Cytoplasmatiskt tyrosinkinas 6
Cytosoliska tyrosinkinas 30-tal kinaser i 11 familjer Ex: Src familjen: Src, es, Fyn etc. JAK familjen (Janus kinas): Jak1-3, Tyk Abl m fl. Signaltransduktionsvägar aktiverade av cytosoliska TKs JAK/STAT (Cytokinreceptorer men ej RTKs) Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cγ (PLCγ) Phosphatidylinositol-3-kinase (PI-3 kinas) Samma som RTK JAK/STAT vägen STAT dimer - transkriptionsfaktor Erythropoietin (EPO)-receptor Growth hormon (GH)-receptorer Interferon receptorer Vissa interleukin receptorer 7
Reglering av receptorsignalering Negativ reglering av receptor Positiv reglering/aktivering: ligand-inducerad autofosforylering (TK) Negativ reglering: Tyrosin fosfataser (avlägsnar P) Blockering av P-Tyr-rester Internalisering av receptorer Nedbrytning av receptorer Signaltransduktionsvägar aktiverade av cytosoliska TKs och RTKs Ras MAPkinas kaskaden JAK/STAT (Cytokinreceptorer men ej RTKs) Ras - MAPkinas kaskaden Phospholipase Cg (PLCg) reglering av intracellulärt Ca 2+ Phosphatidylinositol-3-kinase (PI-3 kinas) Only cytokin receptors 8
Aktivering av Ras leder till bla. Aktivering av MAPK-kaskaden Ras (aktivt) Aktivator MKKK (MAPkinaskinaskinas) MKK (MAPkinaskinas) MAPK Ras Ras är ett litet G-protein (GTP-bindande protein) Molekylär on-off switch (MAPK= mitosis associated protein kinase) Aktivering av TF eller andra substrat Aktivering av Ras Aktiveringen av Ras är central i RTK-Cytokin rec. signalering Aktivering/Inaktivering av Ras Aktivt Ras 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 Sos Inaktivt Ras 9
G-protein on off switchar Ras - Sos interaktion Sos (=GEF) assisterar Ras vid byte av GDP till GTP Fig 16:19 Ras är bundet till insidan av membranet Inaktivt Ras Aktivt Ras Aktivering av Ras med RTK Ras sitter på insidan av plasmamembranet med ett sk farnesyl ankare. Adaptorprotein (GRB2) 10
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. 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. Adaptorproteinet GRB2 (Growth factor Receptor Binding protein 2) binder till: fosfo-tyrosiner i receptorn genom sk. SH2- domäner Binder Sos genom sk. SH3-domäner SH2 PTB SH2 regioner finns bla i GRB2 (adaptor proteiner) SH3 domänen SH3 domäner finns bla i GRB2 (adaptor proteiner) Aktiverat Ras startar en kaskad: MAP kinas kaskaden SH3 del av SOS del av GRB2 SH3 domänen motsvarar den yta av proteinet som binder till prolin-rika regioner i Sos mfl. protein 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 11
MAPkinas aktivering via Ras Aktivering av MAP kinas genom fosforylering av T183 och 185 MAPkinas kaskaden leder bla. till aktivering av transkriptionsfaktorer Stimulus Aktivator Kaskaden MKKK (MAPkinaskinaskinas) MKK (MAPkinaskinas) SRF: serum response factor, SRE: serum responsive element, TCF: ternary complex factor p90rsk: phosphoprotein 90KD ribosomal S6 kinase MAPK Substrate 12
Parallella MAPK kaskader MAP kinas (Erk1) kaskaden Jnk1 (SAP kinas, stress activated protein) kaskaden (Erk 5 kaskaden) p38 kinas kaskaden Ex. stimulus Aktivator MAPkinas kaskad 3(4) parallella MAP-kinas kaskader Tillväxtfaktor mm. c-raf1 MEK/MKK1 ERK1/MAPK Integrin Cellkontakt mm. MEKK1 SEK/MKK4 Oxidativ stress Ras Rac1 Src TRAF6/TAB1 MEKK2 MKK5 JNK1(SAPkinas) Erk5 TAK1 Cytokiner MKK3,6 P38/ERK2 Effektor (ex. TFs) c-myc, c-fos.. ELK, TCF, c-jun, c-fos.. MEF2 MNK1, CRF MAP-kinaskaskaderna Sammanfattning av receptor och signaltransduktionsvägar 13