Transcript Document 7475192

OBS: Schema-ändring!!
• Föreläsningen 15/2 är flyttad till kl 8-10
samma dag (i FD5)
– Adnane skakar hand med H.M. Drottningen på
eftermiddagen (Barncancerfonden)!!!
CELLSIGNALERING
CELLSIGNALERING
• alla levande celler tar emot och skickar
signaler
encellig organism
flercellig organism
signaler till/från
omgivningen
intracellulär signalering
förutsättning för att
en fungerande
organism ska utvecklas
INNEHÅLL
• Generella principer
• Signalsubstanser
• Receptortyper
– Intracellulära
– Jonkanalsreceptorer
– G-proteinkopplade
– Enzymlänkade
• Intracellulär signalöverföring
– second messengers
– MAP-kinas och JAK/STAT
CELLSIGNALLERING
signalerande cell – signalmolekyl - receptor – målcell
förändring i målcellen
reglerar all cellverksamhet, inkl metabolism, rörelse,
tillväxt, överlevnad, differentiering
signalering med membran-bundna molekyler
tex. vid embryonalutv.
signalering med sekreterade molekyler
Generella principer
• Varje cell svarar på ett begränsat antal
signalmolekyler = ligander
- receptoruppsättning
• Olika kombinationer av dessa signaler kan ge olika
svar i samma cell
- intracellulär samverkan av signalvägar
- sekundära budbärare = second messengers
• Signalens varaktighet beror av
signalsubstansens halveringstid och
spridningsförmåga
Generella principer:
signaleringskaskader
• överföring
receptor till intracellulär enhet
• förändring
till den molekylära form som kan
stimulera önskat svar
• amplifiering
förstärkning
• distribution
till olika processer
• modulering
välkommen vid varje delsteg
SIGNALSUBSTANSER
•
•
•
•
•
•
Små hydrofoba molekyler
NO och CO
Neurotransmittorer
Peptidhormoner och tillväxtfaktorer
Eicosanoider
(Växthormoner)
Små hydrofoba
• passerar membran
• binder till intracellulära receptorer
•
•
•
•
steroidhormoner
tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner)
vit. D3
retinoider
steroid- och tyroidhormoner
Vitamin D3 och Retinoic Acid
NO
• syntetiseras från Arg (eNOS, iNOS)
• diffunderar till grannceller
• binder direkt till enzym i målcellen
ACh
nervceller
NO
endotelceller
cGMP relaxerad
glatta muskelceller
CO
•verkar på liknar sätt som NO
•stimulerar guanylatcyklas
Neurotransmittorer
•
•
•
•
nervcellers signalsubstanser
till nervceller eller till andra celltyper
små hydrofila molekyler
aktionspotential signalerar frisläppning av
neurotransmittorer
• diffusion av neurotransmittor över synaptiska
bassängen
• binder till membranbundna receptorer på
målcellen (ofta jonkanaler – snabb effekt)
JONKANALLÄNKAD RECEPTOR
fig. 12.23 resp. 13.23 i boken
Neurotransmittorer
PEPTIDER- binder membranreceptorer
• peptidhormoner
– insulin, glukagon
– hypofyshormoner: GH, FSH, prolaktin etc.
• neuropeptider
– sekreteras av en del nervceller
– endorfin och enkefalin samtidigt hormoner
• tillväxtfaktorer
– EGF, NGF, PDGF
– cytokiner
– membranförankrade tillväxtfaktorer
INSULIN
EICOSANOIDER
• lipider
• autokrin eller parakrin signalering, binder
membranreceptorer
• syntetiseras från arakidonsyra, kortlivade
• stimulerar trombocytaggregering, inflammation,
kontraktion av glatt muskulatur
• acetylsalicylsyra (Aspirin, Treo mfl.) hämmar
enzymet cyclooxygenas (syntes av
prostaglandiner) – hämmar trombocyter.
RECEPTORER
• intracellulära
• membranreceptorer
– Jonkanalsreceptorer
– G-proteinkopplade
– Enzymlänkade
INTRACELLULÄRA
RECEPTORER
• signalmolekyler: små hydrofoba molekyler
• passerar membran, binder receptor i
cytoplasman eller i kärnan
• intracellulära receptorer har domains för
ligandbindning, DNA-bindning,
transkriptionsaktivering
• genregulatoriskt protein aktiveras
• styr transkription av RNA
Östrogenreceptorn
MEMBRANRECEPTORER
MEMBRANRECEPTORER
• signalsubstanser: de som inte kan passera
cellmembran
– neurotransmittorer
– peptidhormoner, neuropeptider, tillväxtfaktorer
– eicosanoider
• receptorer kan även blockeras, inaktiveras eller
överstimuleras av främmande substanser, tex.
nikotin, valium, morfin – farmaka och toxiner
• snabbt svar (sekunder-minuter) ger förändrad
proteinfunktion
• långsamt svar (minuter-timmar) ger förändring i
proteinsyntes
JONKANALLÄNKAD RECEPTOR
fig. 12.23 resp. 13.23 i boken
Jonkanallänkad receptor
• Ligand-gated ion channel
• neurotransmittor binder till receptorn –
som är en jonkanal
• jonkanalen öppnas
• joner strömmar in i/ut ur cellen
• spänningen över cellmembranet ändras
G-PROTEINKOPPLADE
RECEPTORER
• största gruppen
ytreceptorer
• receptorer för bl.a.
neurotransmittorer,
peptider,
eicosanoider
• sju a-helices som
spänner över
membranet
G-proteinkopplade receptorer
•ligand binder
•konformationsändring
intracellulärt
•interaktion med Gprotein
•G-proteinet blir aktiverat
G-protein
• en sorts 'guanine nukleotide-binding
proteins'
• heterotrimer – a, b, g subenheter
• subenhet a binder en guaninnukleotid,
som reglerar G-proteinets aktivitet
• många olika G-protein finns
• reglerar jonkanaler, bl.a. K+-kanaler i
myokardiet
• aktiverar membranbundna enzymer
Aktivering av G-protein
ENZYMLÄNKADE RECEPTORER
• receptorn är intracellulärt ett enzym eller
är associerad med ett enzym
• extracellulär ligandbindande domän
• vanligen en transmembran a-helix
• svar på signalen består av många steg
• snabba svar påverkar ex. cytoskelettet och
ger bl.a. cellrörelse
• långsamma svar på tillväxtfaktorer, t.e.x.
EGF, PDGF, NGF
Tyrosin-kinasreceptorer
• största familjen enzymlänkade receptorer
• 58 st hos människa
• fosforylerar målproteinet på tyrosingrupper
• extracellulärt N-terminal ligandbindande
• transmembranell a-helix
• intracellulärt C-terminal med
tyrosinkinasaktivitet
Dimerisering och autofosforylering
Downstream Signaling
Molecules
Avstängning av signal
• tyrosinfosfataser som plockar bort
fosfatgrupperna
• endocytos av
hela receptorn och degradering
p
p
p
Fler enzymlänkade receptorer
• protein tyrosin-fosfataser
• Receptorassocierade proteaser
• protein-serin/threonin kinas
•guanylylcyklas
•ligandbindning ger cyklas-aktivitet
•GTP -> cGMP
•cGMP skickar signalen vidare i
cellen
INTRACELLULÄR
SIGNALÖVERFÖRING
•
•
•
•
ligand binder receptorn
Intiterar kedja av molekylära händelser
receptorn förändras, ev. interagerar med enzym
intracellulära budbärarmolekyler för signalen vidare
– Adenylylcyklas
– Guanylylcyklas
– Fosfolipas C
– PI3-kinas
- cAMP
- cGMP
- inositoltrifosfat (IP3)
- diacylglycerol (DAG)
- fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3)
• MÅl för signalöverföring är ofta:
–
–
–
–
–
Gentranskription
Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning)
Metabol aktivitet
Sekretion
…
cAMP
epinephrine
inducerar
glykogennedbrytning
epinephrin
cAMP
receptor
G-protein
adenylylcyklas
protein A kinas
P
Fosforylas-kinas (+)
P
glykogensyntas (-)
P
glykogenfosforylas (+)
glykogennedbrytn (+)
hämmad syntes(-)
av glykogen
Fosforylering regleras av
Proteinkinas A och Protein
fosfatase 1
Cykliskt
AMP-inducerad
genexpression
CRE = cAMP response element
CREB = CRE-binding protein
cAMP kan även påverka
jonkanaler direkt
BILDNING AV DAG och IP3
•ligand binder till receptor
•aktivering av Fosfolipas C
G-prot. kopplad receptor
Phospholipase C-b
proteinkinasreceptor
Phospholipase C-g
Hydrolys av PIP2
phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate
diacylglycerol
inositol 1,4,5-trisphosphate
DAG och IP3
DAG
IP3
•DAG och Ca2+ samverkar
•rekryterar och aktiverar
proteinkinas C (PKC)
•PKC translokeras från
cytoplasman till plasmamembranet
•PKC fosforylerar sina olika
målprotein (varierar
beroende på celltyp)
IP3 och Ca2+
• IP3 binder till receptorer
(jonkanallänkad) på ER
• Jonkanaler öppnas och
Ca2+ flödar ut från ER in till
cellens cytosol
• Ca2+ -koncentrationen ökar
• Ca2+ binder till Ca 2+ bindande proteiner som
ändrar form– (akt. enzym)
• inflöde av extracellulärt Ca
2+ triggas i många fall av
ökad Ca 2+ -halt i cytosol
Calmodulin
ett exempel på Ca 2+-bindande
protein som aktiverar målproteiner
CaM-kinaser fosforylerar i sin tur
sina målproteiner
metabola enzym, jonkanaler,
transkriptionsfaktorer etc.
CREB fosforyleras av både CaMkinas och protein A kinas.
Här och på många andra ställen
styr både cAMP- och Ca 2+signalvägar tillsammans
intracellulär Ca2+-koncentration
• en mycket viktig signal
• exciterbara celler: nervceller och
muskelceller
• Sekretion, aggregering.
• Embryonalutvecklingen
Normal platelet function
NO
A.
Ca2+
ic
GPIb
GPIIb/IIIa
Fibrinogen
PlA1*
MAP kinase pathway
•
•
•
•
Mitogen-activated protein kinases
kaskad av proteinkinaser
betydelsefulla i alla eukaryota organismer
styr många av cellens olika svar på
signaler, tex. celltillväxt, differentiering
• signalerna når tillslut kärnan, där
transkriptionsfaktorer fosforyleras och
aktiveras
• Receptor – Ras – Raf – MEK – ERK målprotein
Ett exempel på Ras-aktivering:
via Tyrosinkinas-receptor
SH-domain på Grb2 binder aktiverad receptor
Grb2-SOS-komplex aktiverar Ras
Ras-GTP interagerar med olika proteiner som
rekryterar Raf, som aktiveras genom fosforyleringar
Aktivering av ERK MAP Kinases
Raf – ett kinas som fosforylerar
MEK – (MAP-kinas/ERK-kinas) ett kinas som fosforylerar
ERK – ett kinas som fosforylerar
andra kinaser, transkriptionsfaktorer etc.
ERK inducerar gener
ERK – extracellular
signal-regulated kinase
aktiverar proteiner i både
cytoplasman och i kärnan
JAK/STAT signalväg
•direkt signalväg mellan
cellyta och kärna
•Cytokinreceptor
•JAK= Janus kinase
•STAT= signal transducers
and activators of transcription
= transkriptionsfaktorer
Fyra parallella intracellulära
signalvägar och förbindelserna
mellan
dem
p p
p p
p p
transmembranreceptor
tyrosinkinasreceptor
G-protein
G-protein
fosfolipas C
adaptorprotein
adenylatcyklas
IP3
DAG
Ras-aktiverande
protein
cAMP
Ca2+
Ras
calmodulin
Raf
MEK
ERK
A-kinas
CaM-kinas
Genregulatoriska proteiner
C-kinas
Övriga målproteiner
SAMMANFATTNING
• Cellsignallering på olika avstånd och med olika
signalsubstanser
• Signalen sätts på och stängs av, interagerar
med andra signaler
• Signalsubstanser
• Receptortyper
–
–
–
–
Intracellulära
Jonkanalsreceptorer
G-proteinkopplade
Enzymlänkade
• Intracellulär signalöverföring
– second messengers: cAMP, cGMP, IP3, DAG, Ca 2+,
PIP3
– MAP-kinas och JAK/STAT