Curs 1

10/20/2011 Prof Dana Iordachescu 1

FUNCTIA SI STRUCTURA CAILOR DE SEMNALIZARE

UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI

Master de Biochimie si Biologie Moleculara

Disciplina: Semnalizarea celulara

①


1. Functiile generale ale cailor de semnalizare2. Structura cailor de semnalizare

2.1. Mecanisme generale de comunicare intercelulara2.2. Componente ale cailor de semnalizare intracelulara

3. Receptorii hormonilor3.1. Recunoasterea hormonilor de catre receptori3.2. Interactia hormon – receptor 3.3. Variabilitatea receptorilor si a raspunsul semnal din celula tinta

4. Amplificarea semnalului4.1. Proteine G si receptori cuplati4.2. Proteine efector4.3. Mesageri secundari4.4. Module proteice implicate in semnalizare4.5. Fosforilarea/defosforilarea proteinelor

5. Reglarea semnalizarii inter- si intracelulare6. Ancorarea la membrane si semnalizarea

6.1. Miristoilarea6.2. Palmitoilarea6.3. Farnezilarea si geranilarea6.4. Ancora GPI (glycosyl-phosphatidyl-inositol)


Comunicarea inter-celulara este o conditie fundamentala a mentinerii structuriisi functiei normale a organismelor multicelulare

Diferite forme de comunicare intre celule, prin intermediul:

-mesagerilor chimici – celulele emit semnale ce sunt receptionate de alte celuletinta care le proceseaza in reactii biochimice

-jonctiunilor gap – canale ce conecteaza 2 celule vecine, permit schimbul direct de metaboliti si molecule de semnalizare – asigura o comunicare directa

-interactiei dintre proteinele de pe suprafata celulei – comunicare directa pebaza complementaritatii structurii, transmiterea semnalului in interiorul celulei siactivarea unor reactii biochimice specifice

Semnalizarea intercelulara implicata in procese fiziologice importante: diferentierea si specializarea celulara, stimularea cresterii, formarea si reparareatesturilor, coordonarea fluxurilor metabolice dintre celule, etc

1. Functiile generale ale cailor de semnalizare


Semnalele extracelulare decid daca o celula supravietuieste, se divide, sufera diferentiere sau moare

AA

Acelasi semnal A - raspunsuri diferite. Diferite semnale A,B,C- acelasi raspuns


4 tipuri de semnalizare inter-celulara

A) Semnalizare endocrina – hormon sintetizat de celule specializate, exportat (exocitoza) in mediul extracelular (sange/ limfa)-distribuit/indepartatin/din intregul organism via circulatie recunoscut de un receptor specific, gama larga de efecte

B) Semnalizarea paracrina – mediatorul (local) parcurge o distanta relativmica dintre celula producator si celula tinta prin difuzie pasiva – Ex neurotransmitatori, factori de crestere care sunt asociati cu matriceaextracelulara

C) Semnalizare autocrina – agent secretat de o celula, ce se leaga la receptorii de pe aceeasi celula, inducand modificari in aceasta

Citokinele pot realiza semnalizariautocrine cand receptorul este pe aceeasicelula, sau paracrine – cand receptoruleste pe celule vecine


Hormoni, produsi de tesuturispecializate, secretati in fluidelecorporale, au efecte specificeasupra altor organe/tesuturi

Neuropeptide – MM mici, in creier, ex. endorfine, encefaline

Factori de crestere stimuleazacresterea, proliferarea, diferentie-rea celulara, supravietuirea siangiogeneza

Citokine –produse de multecelule, actioneaza pleiotropic, sinergic, redundant si antagonist asupra multor tipuri celulare

Neurotransmitatori – mesageriai unor informatii neurologice de la o celula nervoasa la altacelula (nervoasa, musculara)

Mesagerichimici


Hormonii – mesageri chimici

DerivatiDerivati de la de la aminoaciziaminoacizi, peptide, , peptide, proteineproteine, , steroizisteroizi, , rolrol in in reproducerereproducere, , cresterecrestere, , dezvoltaredezvoltare, , mentinereamentinerea homeostazieihomeostaziei organismuluiorganismului, , reglareareglareametabolismuluimetabolismului, etc, etc


Factori de crestere – mesageri chimici

FactoriFactori de de cresterecrestere (FC) (FC) stimuleazastimuleaza diviziuneadiviziuneacelularacelulara; la ; la multemulte tipuritipuri celularecelulare sausau specificispecificipentrupentru un tip un tip celularcelular particularparticular

HormoniHormoni –– FC FC –– citokinecitokine ??

CitokineleCitokinele o o familiefamilie unicaunica de FC ?de FC ?

UniiUnii hormonihormoni ((insulinainsulina) ) actioneazaactioneaza sisi ca FCca FC


Citokinele – mesageri chimici

Initial - proteine secretate de leucocite, ce stimuleaza raspunsuri imune

In prezent - limfokinele - citokine secretate de limfocite; monokinele - citokinesecretate de monocite sau macrofage.

Dintre limfokine, interleukinele (IL) – sunt considerate factori de crestere cu actiune asupra celulelor de origine hematopoietica.


ComparatieComparatie intreintre citokinecitokine sisi hormonihormoni

Reparare tesuturirezistenta la infectii

HomeostazieFunctie

Autocrin, paracrin, endocrin

EndocrinEfect

InaltaScazutaRedundantafunctionala

Multe tipuri celularediferite

Celule tintaspecifice

Tinte

Multe tipuri celularediferite

Glande endocrine specifice

Surse

CitokineHormoniProprietate

Redundanta – mai multe citokine prezinta functii similare


Neurotransmitatorii – mesageri chimici

Grup de substante ce sunt eliberatela excitatie de un axon terminal a unui neuron presinaptic a sistnervos central sau periferic, cetraverseaza fanta sinapticaexcitand sau inhiband celula tinta. Ex. GABA inhibitor; Glu - excitator



Neuropeptide – mesageri chimici

– peptide mici din creier, endogene: endorfine, encefaline, dinorfine

-morfina izolata din opiu; derivati ai morfinei(codeina si heroina)

EndorfinaEndorfinanaturalanaturala

morfina

ReceptoriReceptoriendorfinaendorfina

CelulaCelulanervoasanervoasa

ProPro--opiomelanocortinopiomelanocortin

Morfina - legarea la receptorii µ: analgezie, euforie, deprimarea mar-canta a respiratiei, inhibarea centruluitusei, inhibarea motilitatii digestive –produce constipatie); - legarea la receptorii k: analgezie, disforie, halucinatii si depresie respiratorieredusa; legarea la receptori δamplifica efectele stimulării µ si k.


Mesaje transmise prin jonctiunile gap (JG)

JG – canal de comunicare a citoplasmelor celulelor vecine –ansamblu de 6 molecule de conexina (4 segmente TM) –numit conexon - in membranaplasmatica se ancoreaza la un conexon similar de pe membrana celulei vecine

21 gene din genomul uman codifica conexine – maladii corelate cu mutatii la nivelul acestor gene

2 segmente extracelulare E, un segment N- si C-terminal (NT si CT), o buclacitoplasmatica CL

Conexonii oligomerizeaza cu formarea canalelor JG - permit schimburi intercelulare (difuzie) de ioni si molecule mici

Ex cresterea [Ca2+] intr-ocelula conduce la transportulCa2+ in celula vecina.


Semnalizarea prin moleculele de adeziune celulara

importanta in dezvoltarea embrionara, homeostazie, raspunsuri imune, vindecarea ranilor si transformarea maligna

moleculele de adeziune celulara CAMs (cell adhesion molecules) suntproteine de la suprafata celulara, implicate in legarea celulelor la alte celule saula matricea extracelulara (ECM).

4 familii: integrine, imunoglobuline, caderine, selectine

Integrineleproteine integrate in membrana, cu structura α2β2

exista cel putin 18 subunitati α diferite si 8 subunitatiβ diferite, care conduc la diferite combinatii

rol in transmiterea semnalelor din mediul extern In interiorul celulei unde declanseaza o cascada de fosforilari (protein kinaze)


Mecanisme de semnalizare a integrinelor


2. Structura cailor de semnalizare

O celula emite semnale specifice – ce sunt primite de o celula tinta, mesajuleste transmis si procesat prin intermediul cailor de semnalizare intracelulare

Molecula semnal (ligand)

Receptor

Molecule semnal intracelulare

Proteine tinta

Raspuns

up-stream

down-stream


In comunicarea intercelulara semnalele (mesageri chimici sau semnaleelectrice) sunt produse de celule specializate, intr-o maniera controlata, sub actiunea unui stimul particular.

Etapele comunicarii intercelulare:

1) Formarea unui semnal intr-o celula ca rezultat al unui stimul inductor extern;

2) Transportul semnalului la celula tinta

3) Inregistrarea semnalului de celula tinta

4) Transmiterea semnalului in celula tinta

5) Transformarea semnalului intr-o transformare biochimica/ electrica in celula tinta

6) Terminarea semnalizarii

2.1. Mecanisme generale de comunicare intercelulara


Etapele semnalizariiReceptia mesajului extracelularTransmiterea semnaluluiRaspunsuri celulare (citosol)Modificari in expresia genica (nucleu)

MesagerMesager primarprimar

MesagerMesager secundarsecundar


O celula tinta primeste un semnal in cadrul unei retele de comunicare inter-celulare si-l transmite cailor de semnalizare intracelulara

Caile de semn intracelulara sunt caracterizate prin urmatorii parametri:

1. Natura inductiei, semnalului extern (mesageri chimici, electrici, optici)2. Mecanismul inregistrarii semnalului3. Mecanismul transmiterii si terminarii semnalului4. Natura procesului biochimic indus in celula tinta

Suma acestor reactii determina raspunsul celulei tinta

Exista doua posibilitati de procesare a semnalelor de catre celula tinta:

1. Mesagerul chimic nu intra in celula – se leaga si activeaza un receptor localizatin MP – se formeaza un mesager secundar ce initiaza semnalizarea intracel.

2. Mesagerul chimic intra in celula – se leaga si activeaza un receptor localizatin citosol sau nucleu


Transmiterea semnalului

La primirea semnalului, receptorul este activat si transmite semnalul“downstream” altor componente ale cailor de semnalizare intracelulara, care se activeaza treptat si coordonat in timp si spatiu

In final, in celula este indus un proces biochimic specific – punctul final al semnalizarii

Reglarea si terminarea semnalizarii

CaileCaile de de semnalizaresemnalizare prezintaprezinta multiple multiple mecanismemecanisme de de reglarereglare intracelularaintracelulara, , printreprintre care care atenuareaatenuarea sausau terminareaterminareaspecificaspecifica a a semnalizariisemnalizarii

FrecventFrecvent o o calecale de de semnalizaresemnalizarecomunicacomunica cu cu altaalta calecale de de semnalizaresemnalizare --crosstalkcrosstalk


2.2. Componente ale cailor de semnalizareintracelulara

Proteine si mesagerichimici cu MM mica

Receptor

Proteine conector, adaptor

Enzima efector

Mesager secundar

Cascada de semnalizare


Mecanisme de stingere a semnalizarii: fosfoprotein fosfataze(defosforileaza proteinele Ser/Thr- si Tyr fosforilate) si GTPaze

Mesager secundar – MM mica, transmit semnalul de la mesag primar downstreamProteine adaptor – mediaza semnalizarea, recruteaza/ancoreaza principalele proteine de semnalizare in complexe de semnalizaremultiproteice, directioneaza proteinele de semnalizare la situsuri specifice (docking/scaffolding proteins)

Fosforilarea proteinelor la resturi Ser/Thr siTyr sub actiunea unor protein kinaze-modificare covalenta centrala in semnalizintracelulara – ce poate conduce la activa-rea/inactivarea unei proteine/cai metabolice

Enzime efector transmembranare - activate de mesagerprimar×receptor - catalizeaza formarea unor mesageri secundari


3. Receptorii hormonilor

Receptorul hormonal [HR] - proteina de pe suprafata celulei sau din interiorul acesteia ce leaga specific un hormon si induce modificari importantein celula


Rapel - Natura chimica a hormonilor

Structura variabila: proteine, peptide, derivati ai aminoacizilor, steroizi, etc

a) Hormoni care se leaga receptori nucleari

Prepara uterul pt implantarea embrionului; mentinerea sarcinii

Prepara uterul pt a primiblastocistul, controlulcontractiei uterine, gene-rarea secretiei mamare

Diferentierea si crestereatract. reproducator masculin, stimularea carac. sex. secund. masc., crestereamusculaturii scheletice

Metabolismul glucidelor, lipidelor si proteinelor, efecte anti-inflamatoa-re si imunosupresive


Regleaza echilibrulhidro-mineral, resorbtiaionilor in rinichi Rol in metabolismul Ca2+ si P,

mineralizarea oaselor

Creste consumul de O2, activitateacordului, stimuleaza glicoliza sibiosinteza proteica

b) Exemple de hormoni care se leaga la receptori transmembranari

Creste pres.sangv, contracmusc netede, glicogenolizaficat, scindarea lipidelor t. adipos

ContractieContractie artereartereRelaxareaRelaxarea vaselorvaselor sangesange


Rapel - Hormoni peptidici si proteici

Glucagon stimuleaza glicogenoliza ficat, eliberare AG din TAG in tes.adipos

Insulina stimularea preluarii glucozei in tes musc si adipos, catabolismul

glucidelor, stocarea TAG in tes adipos, sinteza prot, proliferare celulara

Gastrina stimuleaza secretia HCl si pepsinei in stomac

Secretina stimuleaza secretia proteazelor pancretice

ACTH biosinteza in hipofiza anterioara, stimularea formarii corticosteroizilor in

cortexul gl. suprarenale, eliberarea ac.grasi din tes adipos

FSH stimularea cresterii oocitelor din folicul

TSH eliberarea tiroxinei (T4) si T3 din glanda tiroida

TSH-RH format in hipotalamus, stimuleaza sinteza si eliberarea TSH in hipofiza

anterioara

Vasopresina hormon anti-diuretic, format in hipofiza posterioara, resorbtia apei

din rinichi, contractia vaselor de sange mici

PTH format in gl. paratiroide, creste calcemia, demineralizarea oaselor


Rapel – Agonisti vs. antagonisti

Agonist – mimeaza un hormon, se leaga la receptor

Antagonist – se leaga neproductiv la receptor si-i inhiba actiunea

Agonist, utilizat in terapia astmului

Hormon, , se leaga la receptorii β2-adrenergici din cord, creste rata

cardiaca

Antagonist, controleazacontroleazabatailebataile inimiiinimii


Analogi hormonali: agonisti si antagonisti

pot rezulta prin modificarea hormonilor

Antagonisti – derivati ai hormonilor ce se leaga la un receptor, ii blocheaza, nu pot initia o semnalizare – aplicatii farmaceutice si medicaledeoarece interfera in anumite cai de semnalizare in cazul unor dereglarihormonale

antagonistii cu o afinitate mai mare pentru receptor decat hormonul – pot fimedicamente deoarece necesita cantitati mici in aplicatiile terapeutice

propranololul – se leaga cu o afinitate de 3 × decat epinefrina la receptorulβ-adrenergic – utilizat ca un beta blocker neselectiv in tratamentulhipertensiunii, blocheaza actiunea epinefrinei asupra receptorilor β1 si β2-adrenergici

Agonistii – analogi hormonali care se leaga specific la receptor si initiazasemnalizarea similar cu hormonul – aplicatii pentru cei care au o afinitate maimare pt receptor decat hormonul

isoproterenol – similar structural cu epinefrina actioneaza asuprareceptorilor β - inhalat ca aerosol pt tratamentul astmului


Structura agonistilor si antago-nistilor adrenalinei si afinitatealor pentru receptorul adrenergic


Hormonii – produsi de celule specializate, transportati prin sange, induc efectenumai pe un anumit tip celular – celula tinta - care contine un receptor «cognate»

R recunoaste specific si leaga hormonul «cognate» pe bazacomplementaritatii chimice

Legarea hormonului la R celulei tinta induce o cascada intracelulara de reactiisi in final un raspuns biochimic definit

Cascada intracelulara contine o suma de proteine de semnalizare care contin cel putin 2 parti – un modul receiver - reglator (discriminarea unui semnalinput) si un modul transmitter – functional (emisia unui semnal output)

3.1. Recunoasterea hormonilor de catre receptori


Doua clase de receptori hormonali

Rs transmembranari leaga H prindomeniu extracelular. Modificarile indusede legarea H se transmit domeniuluitransmembranar si apoi domeniuluiintracelular ce induce reactii ulterioare in celula tinta.

Rs localizati intracelular recunosc hormonicare intra in celula prin difuzie pasiva. Receptorii nucleari sunt de fapt activatoriai transcriptiei controlati de liganzi. Hormonul actioneaza ca un ligand activator; R activat stimuleaza activitateatranscriptionala a genelor care continelemente DNA specifice pentru receptor




Forme de receptori

Receptori cu activitatetirozin kinazica


O superfamilie de proteine compusa din 3 clase majore si mai mult de 30 subfamilii – toti membrii sunt proteineintegrale de membrana cu 7 regiunitransmembranare ™

Receptori cuplati cu proteinele G (GPCR)

Domeniu extracelular legaremolecula semnal (ligand)


3.2. Interactia dintre hormon (H) si receptor (R)

Interactii necovalente (similare enzima – substrat), punti de hidrogen, interactii electrostatice, van der Waals, prin care R leaga H cu o mare afinitate:

valoarea constantei de echilibru, KD, 10-6 – 10-12 M

La un semnal extern – creste sinteza si eliberarea H din tesutul endocrin, creste nivelul H circulant – creste concentratia complexului HR de la suprafata/ interiorul celulei tinta – creste nivelul de activare a componentelordownstream din calea de semnalizare

O modificare in afinitatea R pentru H poate fi realizata prin fosforilarea R

Concentratia R de la suprafata celulei poate scadea prin degradarea sauinternalizarea lui – ambele procese afectand semnalizarea pe termen lung.

HR complex hormon-receptor


3.3. Variabilitatea receptorului si raspunsul semnal din celula tinta

mare variabilitate si flexibilitate a sistemelorreceptor si a cailor de semnalizare

a. pentru un hormon H dat pot exista simultanmai multe subtipuri de receptori in tipuri celularediferite

b. Hormonul H poate induce diferite raspunsurila legarea receptorilor diferiti in acelasi tip celular

c. Legarea a 2 hormoni diferiti la diferitireceptori pot induce aceeasi reactie celulara

Caracteristicile a si b contribuie la inaltul grad de diversitate sivariabilitate a semnalizarii hormonale

Caracteristica c ilustreaza principiul ca importanti metaboliti celulari saureactii pot fi controlate prin cai de semnalizare diferite

Ex 1. epinefrina poate initia cai de semnalizare cAMP- si IP3 dependente; Ex.2. eliberarea Ca 2+ poate fi reglata via diferite cai de semnalizare


4. Amplificarea semnalului

Mesajul unui numar mic de molecule H este amplificat treptat

Amplificarea semnalului depinde de:-viata complexului H-R - controlata de viteza disocierii H legat;-frecventa reactiei cu E (enzima efector) -functie de concentratia si viteza de difuziea ambelor componente;-dezactivarea complexului H-R.

Semnalizarea prin complexul H-R poate fi inhibata prin modificari covalentesau prin internalizarea complexului H-R

Receptorul activat R* activeaza molecule efector downstream. E1* transmitesemnalul la E2, care devine activat E2*. Daca E2 este enzima, se poateforma un mesager difuzibil care amplifica semnalul.


4.1. Proteine G si receptori cuplati

Receptori cuplati cu proteinele G (GPCR) –serpentine - seven helix pass

Proteine G

leaga GTP/GDP

au activitate GTPazicaintrinseca

Proteina G inactiva – structuraheterotrimera αβγ cu GDP legat

Proteina G activa - α. GTP20 subunitati α (39-46 kDa)

5 subunitati β (35-36 kDa)

12 subunitati γ (8 kDa)

αβγ GDP

βγβγ

α GTP

GTP

GDPH2OH2O

PiPi

GEFGAP

Guanine nucleotide exchange factor

GTPase activating proteins


Familiile proteinelor G heterotrimerice (bazate pe subunitatea α)

Gαs – activeaza adenilat ciclaze

- activeaza canale de Ca2+

Gαi – inhiba adenilat ciclaze

- inhiba canale de Ca2+

- activeaza canale de K+

Gαq – activeaza izorforma PLCβ

etcetc

Subunitatile βγ sunt efectori pentru izoforme PLC, izoforme AC, canale de potasiu, PI3 kinaza, G protein receptor kinases (GRKs), PLA2, MAPKs

Toxine bacteriene –instrumente de studiu a implicarii proteinelor G in semnalizareToxina pertussis – modifica si inactiveaza subunitatile α Gi si Go – ramin

blocate in forma cu GDP legatToxina holerei – modifica si activeaza permanent subunitatea Gsα - dispare

activitatea GTPazica


4.2. Proteine efector

Adenilat ciclaza, fosfolipaza C


Proteine efectorAdenilat ciclaza

Fosfolipaza C


4.3. Mesageri secundari

sintetizati si eliberati intr-o celula tinta, intr-o maniera strict controlata in spatiusi timp ca urmare a primirii unui semnal (mesager primar)

Molecule hidrofobe: diacilgliceroli (DAG), inozitol trifosfat, fosfatidil inozitoli, acid arahidonic, etc

Molecule hidrofile & ioni: cAMP, cGMP, Ca2+

Gaze: NO, CO care difuzeaza prin citosol simembranele celulare


4.4. Module proteice implicate in semnalizare

Domeniul SH2 (Src homology 2 domain)- gasit prima data in onco-proteina Src – leaga resturi de fosfo-Tyr din alta proteina

Domeniul SH3 leaga secventebogate in Pro dintr-alte proteineDomeniul PTB (phosphotyrosinebinding)

Domeniul PH (pleckstrin homology) leaga fosfatidil inozitoli


Domenii SH2 (Src-homology 2)

module of ~100 aminoacizi - se leaga la motive peptidice ce contin fosfo-tirozina(pY)


Module proteice ce participa la asamblarea complexelor de semnalizare

Domenii WW – mici, implicate in legarea secventelor bogate in Pro, fosfoSer/Thr, in transcriptie, procesarea RNA si reglarea citoscheletului

Familia domeniilor 14-3-3, implicate in legarea secventelor cu fosfo Ser/Thr, intr-o varietate de procese celulare: apoptoza, raspuns la stres, ciclu celular

Domeniile PDZ ajuta in ancorarea proteinelor trans-membranare la citoschelet simentin asamblat complexede semnalizare; acronim cecombina primele litere din 3 proteine unde au fost desco-perite: Post synaptic density protein; Drosophila disc large tumor supressor si Zonulaoccludens-1 protein


Supra-domenii in Src and Abl

Produsul genei c-src, tirozin protein kinaza de 60 kDa ce regleazacomunicarea intercelulara prin jonctiunile gap

Produsul genei ABL-1, tirozin protein kinaza din citosol si nucleu, implicata im diferentierea, diviziunea, adeziunea celulara si raspunsul la stres

In ambele cazuri «clema» SH3-SH2 fixeaza domeniul kinazic (bilobar) intr-o conformatie inactiva. Intre cei doi lobi ai domeniului kinazic exista o bucla«activation loop» (rosu). Conectorul, linkerul si extensiile N- si C-terminale suntprezentate in negru.

c-src proto-oncogena; v-src (Rous sarcoma virus)

ABL-1 proto-onco-gena(Abelson murine leukemia viral oncogene homolog 1)


Molecule adaptor

Proteine accesor, fara activitate enzimatica intrinseca, mediaza interactiispecifice proteina-proteina formand ansambluri multiproteice de semnalizare; Ex MyD 88, Grb2, Shc

Interactii proteina-proteina in semnalizarea insulinei.

IRS (insulin receptor substrat) contin un domeniu PH care le directioneaza la MP si un domeniuPTB care se leaga la motivul NPXpYdin subunitatea β a IR.

Resturile fosfo-Tyr din IRS suntrecunoscute de domeniile SH2 din Grb-2 sau alti adaptori SH2

Adaptorii SH2 contin frecvent sidom. SH3 ce recunosc motive PXXP din alte proteine downstream.

IR


Cele mai importante cai mitogenice si apoptotice in hepatocite


4.5. Fosforilarea/defosforilarea proteinelor

Ser/Thr protein kinaze… fosfoprotein fosfatazeTyr protein kinaze … fosfoprotein fosfatazeSer/Thr/Tyr kinaze … fosfoprotein fosfataze


Protein kinaza Aglucagon

hepatocit

Efecthiperglicemiant

glicogenolizaglicogenoliza


Regiunea reglatoare a unor gene activate de cAMP contine o secventa scurta CRE (cAMP response element ).

CREB (CRE-binding protein) recunoastesecventa CRE.

CREB este fosforilata de PKA la un singurrest Ser, recruteaza un co-activator transcriptional CBP (CREB-binding protein)care stimuleaza transcriptia acestor gene.

Semnalizarea cAMP in nucleu

La eucariote, cand [cAMP] creşte long-term —subunitatea C a PKA este translocatã rapid înnucleu, Când [cAMP] scade — invers


Convergenta a trei cai de semnalizarespre CREB

CREB este fosforilata de: PKA (cAMP-dependant protein kinase), CaM-K (CaM kinases) siCREB-K (CREB kinase) - enz specifica

CREB-K este activata de unii factori de crestere ca NGF (nerve growth factor), care au receptori transmembranari; post-receptor: Ras - o proteina G monomera



Cai de semnalizare mediate de IP3.Cresterea [Ca2+] activeaza fie protein kinaza C (PKC), fie o protein kinaza Ca2+/CaM dependenta (CaMK)

Diferite izoenzime PLC sunt activate prin mecanisme diferite


Semnalizare hormoni steroidici


5. Reglarea semnalizarii inter- si intracelulare

Rezultatul comunicarii intre celule si a semnalizarii in celula tinta estedesfasurarea normala a unei reactii biochimice/cai metabolice/proces fiziologic.

In cazul unei celule endocrine (producatoare de hormoni H) reglarea mesajuluipoate avea loc la mai multe niveluri:

1.Biosinteza hormonului (H); 2.Stocarea si secretia H; 3.Transportul H in celula tinta; 4.Receptia semnalului de receptorul H 5.Transmiterea si amplificarea semnaluluiin celula tinta; 6.Degradarea si excretia H

Ex. sinteza sau secretia H poate fi inhibataprintr-un mecanism feedback in cadrul reteleide comunicare intercelulara (semnal eliberat de celula tinta)


Toate aceste procese sunt supuse unor mecanisme stricte de reglare:

Exista cai de semnalizare particulare ce controleaza biosinteza, secretia sidegradarea H –ce contribuie la mentinerea unui nivel relativ constant al H in circulatie si pe suprafata celulei tinta (accesibilitatea H intr-o locatie particulara)

Numarul, activitatea si specificitatea receptorilor de pe celula tintainfluenteaza intensitatea procesului biochimic/fiziologic final;

O cale de semnalizare nu este un eveniment izolat in cadrul unui organism –exista un repertoriu larg de cai de semnalizare care comunica

Fiecare celula dintr-un organism multicelular este programata sareactioneze la multe semnale externe intr-o maniera specifica. Reactia unui tip celular depinde de receptorii care-i contine si de caile de cuplare existente.

Mecanismele de reglare variaza pe parcursul dezvoltarii organismului, intr-omaniera determinata genetic – cel mai comun mecanism de reglare estefosforilarea/defosforilarea proteinelor semnal


6. Ancorarea la membrana si semnalizarea

Transmiterea semnalelor extracelulare necesita cooperarea proteinelor de semnalizare, transmembranare sau asociate membranei

Ancorele lipidice favorizeaza cuplarea la membrana a proteinelor de semnalizare


Ancorele lipidice directioneazaproteine citoplasmatice spremembrana facilitand formarea unoransambluri de semnalizare

Model pentru functia «switch» a ancorei miristoil in proteine de semnalizare

Ancora miristoil dintr-o proteinasemnal poate exista intr-o stare accesibila inserarii in membranaplasmatica (MP) sau intr-o stare mascata in interiorul proteinei.

Tranzitia dintre cele doua stari poate fi controlata de semnale celularespecifice, precum nivelul Ca2+, schimbul GDP/GTP, etc. In starea asociata cu MP, se stabilesc interactii intre proteinele efector legate la MP si are loc transmiterea semnalului


6.1. Miristoilarea

proces post-translational, ireversibil, in care gr. miristoil (14:0) se ataseaza covalent la gr α-NH2 a unui rest Gly N-terminal dintr-o secventa

consensus Gly-X-X-X-Ser, sub actiunea unei N-miristoil transferaze

Ex. c-src – proto-oncogena ce codifica o tirozin protein kinaza (60 kDa) – are:

-un domeniu catalitic (kinase, contine Tyr527); un domeniureglator (contine o secventaM de miristoilare, o regiuneunica U, domenii de interactiecu alte proteine SH2 si SH3

Domenii structurale in c-Src si v-Src. Sunt indicate mutatiile frecvente din oncogena

c-SRC Implicata in interactii celula-celula, migrarea si proliferarea celulara prinfosforilarea multor substrate.


6.2. Palmitoilarea

Atasarea acidului palmitic (16:0) la 1-4 resturiinterne de Cys printr-o legatura tioesterica

(mai labila decit cu ac miristic) – confera un caracter reversibil modificarii

In activarea proteinelor G – intervin procese de acilare/ dezacilare ale subunitatii Gα asociate cu legarea/ eliberarea la/de pe membrana – enzime putincunoscute

Situsurile palmitoilarii receptorului β2-adrenergic uman (verde) si a vasopresinei (rosu) – faciliteaza insertia in membrana plasmatica


6.3. Farnezilarea si geranilarea

Procesul post-translational de prenilare al membrilor superfamiliei Rho/Ras -introducere de resturi farnezil (C15) saugeranil-geranil (C20) la un rest de Cys din secventa semnal Cys-A-A-X-COOH.

Procesul are 3 etape.

a) transferul gruparii farnezil din farnezilpirofosfat la restul Cys sub actiunea farneziltransferazei;

b) indepararea secventei A-A-X de o proteaza; c) metilarea gr. carboxil terminala

Rol – stabilizare, crestere caracter hidrofob, atasare la membrane activarea (GDP-GTP), semnalizare


Semnalizarea proteinelor Rho prenilate


efecte benefice asupra peretilor celulelor vasculare, leucocitelor, oaselor; reglarea expresiei genice a multor proteine

Efectele statinelor

inhibitori ai HMG-CoA reductazei– inhiba procesul de izoprenilare(sinteza farnezil pirofosfatului sial geranil geranil pirofosfatului)


6.4. Ancora glicozil-fosfatidil-inozitol (GPI)

Ancora extracelulara pentru proteine ce participa la preluarea substantelornutritive, adeziunea celulara si interactii celula-celula in sistemul imun. Ex. in limfocitele T, proteinele GPI participa la activarea limfocitelor T.T.

Trypanosoma brucei – parazit ceproduce la om si animale boalasomnului, suprafata lui contineglicoproteinele VSGs (variable surface glycoproteins) – ancorate la MP printr-o GPI - bariera fizica a celulei contra sistemului imun al gazdei. Genomul parazitului continemai multe copii de gene VSG.

La infectare, parazitul exprima o VSGparticulara. Cind gazdadezvolta un raspuns specific la aceasta VSG, la ancora se va legaalta proteina VSG, etc

Documents

Curs 1