Передача сигнала рецепторными тирозинкиназами: роль мембранных доменов.

К.С. Минеев ИБХ, 2013

План доклада • Что такое РТК?

• механизмы активации РТК • Роль различных доменов в процессах активации РТК • Исследования роли мембранных доменов в лаборатории биомолекулярной ЯМР спектроскопии ИБХ РАН

РТК в цифрах • • • • В 2008 объем продаж ингибиторов РТК составил 15 млрд USD, в 2011 г – 29 млрд. USD Общий объем рынка противораковой терапии в мире составляет 78 млрд USD Первый одобренный FDA ингибитор – статeй,в 2012 — 950 , в 2001 – 180 1998 год, сейчас — более 20 В 2011 только с ErbB/EGFR в названии вышло 840 статей

Что такое РТК?

•

Рецептор

ные тирозин

киназы

• Рецептор – белковая молекула на поверхности клетки или клеточных органелл, способная реагировать на внешний сигнал и передавать его внутрь клетки или органеллы при помощи молекул-посредников или ионных токов • Киназы - ферменты, катализирующие перенос фосфатной группы от молекулы АТФ на различные субстраты (в данном случае – а/к остаток тирозина)

РТК • РТК – высокоафинные рецепторы факторов роста, цитокинов, гормонов, находящиеся на клеточной мембране.

• Регулируют в основном процессы пролиферации (деления) и дифференцировки клеток, поэтому играют важную роль в процессах образования раковых опухолей.

• Многие виды рака могут быть вызваны оверэкспрессией или мутациями РТК.

Строение РТК • 3 домена – лиганд-связывающий, трансмембранный, киназный • Особенность – 1 ТМ спираль • Активны только в виде гомо- или гетеродимера.

Семейства РТК • Схожее устройство ТМ и киназных доменов, совершенно разные внеклеточные лиганд связывающие домены • В лаборатории исследовались РТК семейств ErbB, Eph, VEGFR, FGFR http://themedicalbiochemistrypage.org

Активация РТК.1: лиганд-индуцированная димеризация Lammerts van Bueren JJ et al, PNAS, 2012 ;109(14):5548 EGFR • При связывании лиганда происходит димеризация рецептора, которая приводит к его активации

Активация РТК.2: сцепленное вращение • • Димеризация – иногда необходимое, но не достаточное условие активации РТК Было показано, что РТК могут существовать в димерном, но неактивном состоянии Carafoli F. et al., Structure, 2009,17(12),1-2 Moriki et al., JMB,2001,311(5),1011

Как выглядит структура активного и неактивного димерного состояния рецептора?

Роль внеклеточного домена • • • • Внеклеточные домены при связывании с лигандом изменяют конформацию и димеризуются Есть структура димера ВКД без лиганда EGFR дрозофиллы Большинство РТК активны, если удалить ВКД или вставить гибкий линкер между ВКД и ТМД.

ВКД без лиганда препятствуют активации рецептора.

T.P. Garrett, et all, Cell 110 (2002) 763.

Роль киназного домена • • • 2 модели: При активации киназные домены образуют асимметричный димер и фосфорилируют друг-друга.

При активации киназные домены переходят из формы симметричного димера в несимметричный и одна киназа аллостерически активирует другую .

N. Jura, et all, Cell. 2009 26;137(7):1293

Как две трансмембранных спирали могут передавать информацию о связывании лиганда на внутриклеточный киназный домен?

©2008 by The Company of Biologists Ltd

Tao R , Maruyama I N J Cell Sci 2008;121:3207-3217

?!

Взаимодействие ТМ спиралей Большинство ТМ α-спиралей взаимодействуют по двум структурным мотивам «гликофориновый» и «семичлнный повтор» Walters RF, DeGrado WF PNAS. 2006 103(37):13658

Последовательности ТМ сегментов ErbB    Fleishman SJ, et al, PNAS, 2002 99(25):15937 В а/к последовательностях ErbB присутствуют 2 «гликофориновых» мотива

Гипотеза

: Один для активного состояния, второй для неактивного?

Из структуры димеров ВКД и КД активным состоянием должен быть димер по N-концевому мотив у

Структуры димеров ТМ доменов РТК

Всего получено 9 структур.

Гипотеза

: N концевой гликофориновый мотив — активной состояние, гептадный повтор — неактивное состояние Как проверить?

Мутации!

Мутация Neu  Замена гидрофобной или слабополярной а/к (Val, Ile, Gly) на Glu, Gln или Arg в ТМ домене может вызывать активацию РТК  Подобные мутации были обнаружены для рецепторов ErbB, FGFR, VEGFR.

 Может усиливать димеризацию или переключать димер в активное состояние

Эффект мутации  Мутация V769E вызывает активацию ΔECD VEGFR2.

 При той же структуре димера (гептадный повтор) мутантный ТМ сегмент может образовывать дополнительно симметричный тример с другим интерфейсом  Мутация не влияет на энергию димеризации, а делает возможным несимметричное состояние

Эффект мутации

`

Роль липидов, природа взаимодействия спираль-спираль

Роль трансмембранного домена • ТМ домен РТК является механическим переключателем с положениями «вкл» и «выкл» • «вкл» соответствует симметричной или асимметричной димеризации по N-концу спиралей

Примембранный цитоплазматический регион N. Jura, et all, Cell. 2009 26;137(7):1293 Примембранный домен также предположительно может образовывать димеры в двух конформациях

Полная Картина N. Jura, et all, Cell. 2009 26;137(7):1293 Jura et al., Cell, 2011

Экспрессия белков О. Бочарова М. Гончарук С. Гончарук Е. Люкманова М. Шулепко Н. Хабибуллина Я. Ермолюк А. Шульга

Проект “взаимодействия между ТМ спиралями РТК” Руководитель А.С. Арсеньев

ЯМР Э. Бочаров К. Минеев Д. Лесовой Д. Усманова М. Майзель Ю. Пустовалова Химия липидов и светорассеяние В. Чупин П. Кузмичев Молекулярное моделирование П. Волынский А. Полянский Р. Ефремов

Реклама Отдел структурной биологии ИБХ РАН: Самый крупный центр ЯМР спектроскопии в Восточной Европе 3 спектрометра: 600, 700, 800 МГц 2 сверхчувствительных криодатчика