Intracelulární signalizace František Duška

Komunikace mezi buňkami Kontaktní –ontogeneze (ephriny, Eph-rec.) –imunitní systém –gap junctions: myokard (cAMP, Ca 2+) Para/autokrinní Endokrinní Synaptická

Chemická povaha signálních molekul HYDROFILNÍ Proteiny, peptidy, aminokyseliny Nukleotidy Eikosanoidy Ionty LIPOFILNÍ Steroidy Retinoidy NO a CO

Dělení receptorů Membránové: –ionotropní: receptory-iontové kanály chemicky ovládané napěťově ovládané –metabotropní receptory spojené s G-proteiny receptory s enzymatickou aktivitou –receptory regulující proteolýzu Intracelulární

G - protein Obecné uspořádí –serpentinový receptor –GTP bind. protein (=G-protein), trimer alfa, beta, gama Funkce: –GDP-alfa/beta/gama, aktivace = výměna GDP za GTP, disociace alfa-GTP –inaktivace = hydrolýza GTP, reasociace –RGS = regulator of G-protein signaling

G - protein Typy: – G S : adenylátcyklasa:  -adr., glukagon, D 1 -rec. –G I : dtto,ale inhibice:  2 -adr., GABA, opioid. rec. –G q : PLC  :  1 -adr., mAChR Klinické koreláty: –choleratoxin: ADP-ribosylace alfa podjednotky inhibuje její GTPasovou aktivitu a znemožňuje inaktivaci

G S a G I -proteiny Adenylátcyklasa: –ATP  cAMP + PPi Fosfodiesterasa: –cAMP  5’-AMP –inhibitory klinicky užívány (Viagra) PKA = cAMP dependentní proteinkinasa, tetramer, kooperace!

G S a G I -proteiny Fosforylace proteinů: cca 30 % všech –ovlivnění aktivity enzymu –ovlivnění exprese genu: fosforylace CREB v jádře vazba na CREB-binding protein (CBP) – ovlivnění transkripce Fosfoproteinfosfatasy: –I, IIA a IIB

G q -proteiny Fosfolipasa C  : PIP2  IP3 + DAG, sekundárně Ca 2+  1 -adr., mAChR, thrombin rec. na destičkách Mechanismus: –IP3: uvolnění Ca 2+ z ER –DAG: aktivuje PKC, substr. eikosanoidů

G q -proteiny Proteinkinasa C je aktivována: –Ca 2+ (IP3) –translokace na vnitřní stranu membrány –DAG Fosforyluje jiné proteiny než PKA

[Ca 2+ ] IC jako signál Kanály pro Ca 2+ : –v plazmalemě napěťově ovládané (synapse) –IP3 ovládané v membráně ER –ryanodinové receptory: změna potenciálu membrány uvolní Ca 2+ z ER (sval) Efektor = kalmodulin dependentní PK (CaM kinázy)

[Ca 2+ ] IC jako signál CaM kinázy: –kináza lehkého řetězce myosinu (kontrakce hl. svalu) –fosforylázakináza spřahuje ve svalu glykogenolýzu s kontrakcí –CaM kináza II: autofosforylace, 2% proteinů v CNS – PAMĚŤ!!!!

Speciální typy G- proteinů G OLF : návazně cAMP dep. Na + kanály Vidění: –receptor =rhodopsin = cis-retinal + opsin –foton: cis-retinal  trans-retinal  konformační změna opsinu  –G-protein= transducin  aktivace fosfodiesterasy  snížení konc. cGMP  uzavření cGMP gated Na + kanálů, hyperpolarizace membrány

Dělení receptorů Membránové: –ionotropní: receptory-iontové kanály chemicky ovládané napěťově ovládané –metabotropní receptory spojené s G-proteiny receptory s enzymatickou aktivitou –receptory regulující proteolýzu Intracelulární

Receptory s vlastní enzym. aktivitou Tyrosinkinázové receptory S tyrosinkinasou asociované rec. Receptorové guanylátcyklasy

Tyrosinkinázy Receptor – 1xpřes membránu Dimerizace, oligomerizace při vazbě ligandu Autofosforylace –Y-fosforylace IC proteinů –vytváření „docking sites“, na které se přes SH2 domény váží:

Tyrosinkinázy Váže se na fosforylovanou Y-kinasu: –adaptorové proteiny (IRS-1) –PLC-  – PIP2kaskáda –PI3kináza: vznik PI(3,4,5)trifosfátu  PDK1  PKB/Akt –cCbl protein – ubikvitinizace receptoru –ras kaskáda do jádra: raf  MAP-KK  MAP-K  cykliny  proliferace

Tyrosinkinázy EGF Insulin a IGF-1 PDGF M-CSF Ephriny

S tyrosinkinázou asociované receptory Aktivují cytosolické tyrosinkinázy Příklady: –rodina src-proteinkináz –FAK (focal adhesion kinase) spojená s integrinovými receptory –Jak-STAT cesta do jádra: cytokinové receptory – Janus kinasy – STAT reg. transkripci (INF , INF , GH, EPO, IL-3)

Receptorové guanylylcyklasy Rec. v membráně, vazba ligandu vede přímo k aktivaci guanylátcyklasové aktivity IC domény cGMP ANP

Dělení receptorů Membránové: –ionotropní: receptory-iontové kanály chemicky ovládané napěťově ovládané –metabotropní receptory spojené s G-proteiny receptory s enzymatickou aktivitou –receptory regulující proteolýzu Intracelulární

proteolýzu

Dělení receptorů Membránové: –ionotropní: receptory-iontové kanály chemicky ovládané napěťově ovládané –metabotropní receptory spojené s G-proteiny receptory s enzymatickou aktivitou –receptory regulující proteolýzu Intracelulární

Intracelulární rec. Jaderné: –RAR, RXR, PPAR, T3 rec, D3 rec Cytosolické: –steroidní (v cytosolu s HSP) –rozpustná guanylátcyklasa: NO

Intracelulární rec. Obecné vlastnosti –poločas Obecný mech. působení: –geny primární a sek odpovědi –stejný protein, různá odpověď

Závěrečné poznámky Lineární odpověď/vše,nebo nic –kooperace –alosterie Efektivita a specifita kaskády: –scaffold proteiny, SH2, lipidové můstky Paměť: –krátkodobá: Ca ve svalu –dlouhodobá: diferenciační signály