Intracelulární signalizaceFrantišek Duška

Komunikace mezi buňkami

• Kontaktní– ontogeneze (ephriny, Ephr-rec.)

– imunitní systém

– gap junctions: myokard (cAMP, Ca2+)

• Para/autokrinní• Endokrinní • Synaptická

Chemická povaha signálních molekul

HYDROFILNÍ• Proteiny, peptidy, aminokyseliny• Nukleotidy• Eikosanoidy• IontyLIPOFILNÍ• 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

• 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:– GS: adenylátcyklasa: -adr., glukagon, D1-rec.– GI: dtto,ale inhibice: 2-adr., GABA, opioid. rec.– Gq: PLC: 1-adr., mAChR

• Klinické koreláty:– choleratoxin: ADP-ribosylace alfa podjednotky

inhibuje její GTPasovou aktivitu a znemožňuje inaktivaci

GS a GI-proteiny

• Adenylátcyklasa:– ATP cAMP + PPi

• Fosfodiesterasa:– cAMP 5’-AMP– inhibitory klinicky užívány (Viagra)

• PKA = cAMP dependentní proteinkinasa, tetramer, kooperace!

GS a GI-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

Gq-proteiny

• Fosfolipasa C: PIP2 IP3 + DAG, sekundárně Ca2+

1-adr., mAChR, thrombin rec. na destičkách

• Mechanismus:– IP3: uvolnění Ca2+ z ER

– DAG: aktivuje PKC, substr. eikosanoidů

Gq-proteiny

• Proteinkinasa C je aktivována:– Ca2+ (IP3)

– translokace na vnitřní stranu membrány

– DAG

• Fosforyluje jiné proteiny než PKA

[Ca2+]IC jako signál

• Kanály pro Ca2+:– v plazmalemě napěťově ovládané

(synapse)– IP3 ovládané v membráně ER– ryanodinové receptory: změna potenciálu

membrány uvoní Ca2+z ER (sval)

• Efektor = kalmodulin dependentní PK (CaM kinázy)

[Ca2+]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

• GOLF: 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

• 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-gama – PIP2kaskáda

– PI3kináza

– cCbl protein – ubikvitinizace receptoru

– ras kaskáda do jádra: rafMAP-KK MAP-Kcykliny 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

Receptorové guanylylcyklasy

• Rec. v membráně, vazba ligandu vede přímo k aktivaci guanzlátcyklasové 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

• 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