Monomerní G proteiny Alice Skoumalová.

Prezentace na téma: "Monomerní G proteiny Alice Skoumalová."— Transkript prezentace:

1 Monomerní G proteiny Alice Skoumalová

2 G proteiny = proteiny vázající GTP Heterotrimerní G proteiny
v aktivním stavu váží GTP regulují mnoho signálních drah a buněčných procesů Monomerní G proteiny = malé G proteiny nebo malé GTPázy aktivita závisí na vázání GTP (aktivní GTP konformace, interakce s efektorem, buněčná odpověď) katalyzují hydrolýzu terminální fosfátové skupiny (inaktivní GDP-proteiny) Heterotrimerní G proteiny = spřažené s receptory 3 podjednotky (α, β, γ) α-pojednotka váže GTP,disociace a interakce s efektorem GTP

3 Malé GTPázy GDP/GTP-regulované molekulární „přepínače“ (stav „vypnuto“ a „zapnuto“) dva konformační stavy, zásadní pro jejich biologickou funkci: GDP-protein „vypnuto“ GTP-protein „zapnuto“ Regulační proteiny: GEFs (guanine nucleotide exchange factors): urychlují výměnu nukleotidů GAPs (GTPase-activating proteins): urychlují GTP hydrolýzu GDIs (guanine nucleotide dissociation inhibitors): inhibují výměnu nukleotidů

4 Klasifikace malých GTPáz
Známo přes 150 proteinů Ras nadrodina příbuzných proteinů, rodiny malých GTPáz: Ras, Rab, Rho, Arf, Rad, Ran, Rheb, Rit

5

6 Lipidová posttranslační modifikace malých GTPáz (prenylace)
Farnesyltransferasa (Ras): kovalentní navázání C-15 farnesyl isoprenoidu (F) na cystein motivu CAAX Geranylgeranyltransferasa I (Rho): kovalentní navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na cystein motivu CAAX Geranylgeranyltransferasa II (Rab): kovalentní navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na cystein motivů CC, CXC, CCX, CCXXX

7 Guanine nucleotide exchange factors (GEFs)
Regulují aktivaci malých GTPáz a návaznou buněčnou odpověď Usnadňují výměnu volného GTP za vázaný GDP

8 Různé extracelulární signály aktivují Ras pomocí aktivace odlišných Ras GEFs
Všechny Ras GEFs mají CDC25 homologickou doménu, která katalyzuje výměnu nukleotidů Různé Ras GEFs jsou aktivovány odlišně

9 GTPase activating proteins (GAPs)
Urychlují hydrolýzu malých GTPáz Obsahují katalytickou doménu a přídavné domény důležité pro regulaci Mutované Ras proteiny u lidských karcinomů (substituce glycinu 12 nebo glutaminu 61) - nereagují na GAPs stimulaci - přetrvává konformace „zapnuto“ - deregulace buněčných dějů

10 Guanine nucleotide dissociation inhibitors (GDIs)
Inhibují aktivaci dvěma způsoby 1. Váží se a maskují navázaný isoprenoid (prenylace), zabraňují asociaci proteinu s membránou 2. Ruší GAP a GEF regulaci, zabraňují aktivaci proteinu

11 Struktura malých GTPáz
Funkční domény H-Ras G doména: 4 konservované sekvence, odpovědná za vázání GTP a GTPázovou aktivitu Motiv CAAX: Ras a Rho Efektorová doména: vazba s efektorem Switch I a II: odpovědné za změnu konformace mezi GDP a GTP- proteinem RHO sekvence

12 G doména je podobná u všech malých GTPáz s malými odlišnostmi

13 Různé funkce malých GTPáz Přehled funkcí některých malých GTPáz
Rozdílné spektrum buněčných funkcí 1. Různé GEFs a GAPs, které jsou aktivovány primárním signálem 2. Různé efektory, které vyústí v mnoho odlišných buněčných odpovědí Přehled funkcí některých malých GTPáz Ras: buněčná proliferace a diferenciace Rab, Arf, Sar: membránový transport (sekrece, endocytosa) Ran: regulátor nukleocytoplasmatického transportu Rho: cytoskelet (regulace metabolismu aktinu), buněčná morfologie, buněčný pohyb

14 Funkce: buněčná proliferace a diferenciace
Ras GTPázy Funkce: buněčná proliferace a diferenciace Časté mutace Ras proteinů u nádorů (nejvíce studovány) Mutace, které blokují GAPs a hydrolysu GTP, udržují Ras proteiny v poloze „zapnuto“ (nalezeny u různých tumorů)

15 Ras funguje jako signální uzel
Efektory Ras proteinů Ras funguje jako signální uzel 1. Konvergují v něm různé signály: Růstové faktory (epidermální růstový faktor, destičkový růstový faktor) Hormony (insulin) Cytokiny (interleukin-1) Proteiny extracelulární matrix (přes integriny) 2. Aktivuje rozdílné efektory a buněčné děje: Raf serin/threonin kináza (aktivuje Raf/Mek/Erk kinázovou kaskádu – regulace buněčného růstu) Fosfatidylinositol 3 kináza (tvorba PIP3 – regulace různých drah) Fosfolipáza Cε (tvorba druhých poslů DAG a Ca2+) GEFs jiných GTPáz (kaskády malých GTPáz – Ral, Rac, Rab)

16 Funkce: membránový transport
Rab GTPázy (Ras homologue from brain) Funkce: membránový transport Největší rodina malých GTPáz (minimálně 60 proteinů) Lokalizovány v organelách zapojených do sekreční a endocytické kaskády Většina Rab se nachází ve všech buňkách, ale např. Rab3a v neuronech a Rab27 v melanocytech a destičkách

17 Buněčná lokalizace Rab GTPas

18 Mutace Rab genů-poruchy membránového transportu-onemocnění
Rab proteiny a nemoci Mutace Rab genů-poruchy membránového transportu-onemocnění Griscelli syndrom (AR) Pigmentové defekty, porucha imunity, neurologická dysfunkce Mutace genu Rab27a (reguluje transport melonosomů do periferie melanocytů a sekreci lytických granul v T-lymfocytech) způsobí ztrátu pigmentace a nekontrolovanou aktivaci T-lymfocytů Choroideremie (X vázaná) Degenerace pigmentového epitelu oka Defekt REP-1 genu (geranylgeranyl transferasa zodpovědná za prenylaci Rab27a v retinálním pigmentovém epitelu) vede k deficitu melanosomového transportu v pigmentovém epitelu a ztráta ochrany před světlem

19 Ran GTPázy (Ras related nuclear protein)
Nachází se v každé jaderné buňce, esenciální pro životaschopnost buněk Funkce: 1. Regulace aktivního transportu mezi jádrem a cytoplasmou 2. Tvorba a lokalizace mitotického vřeténka, formování jaderného obalu

20 Rho GTPázy Rodina proteinů regulující metabolismus aktinu Funkce: Regulace aktinového cytoskeletu (buněčný tvar a pohyb) Modulace nejrůznějších buněčných dějů: 1. Buněčná migrace: regulace metabolismu aktinu, koordinace aktivace mnoha Rho proteinů 2. Sekrece a endocytosa: transport vesikulů 3. Proliferace a transformace: úloha je zkoumána, invaze nádorových buněk

21 Rho GTPázy Efektory Funkce v buněčné biologii
RhoA, B, C ROCK I, II Aktin-myosinová kontraktilita, buněčná migrace Rac1, 2, 3 IRSp53 Polymerizace aktinu, tvorba lamelipodií, hybná síla buněčné migrace Cdc42 WASP/N-WASP Polymerizace aktinu, tvorba filopodií, sensorická úloha v buněčné migraci

22 Model Rho GTPasové aktivace efektoru
Cdc42 navozená WASP aktivace a tvorba filopodií

23 Otázky Princip funkce malých GTPáz, jejich cyklus, regulace, aktivace
Nejznámější rodiny malých GTPáz? Princip lipidové posttranslační modifikace? Důsledek mutací Ras proteinů u lidských karcinomů? Struktura malých GTPáz? Funkce Ras proteinů? Funkce Rab a Rho proteinů?