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 intracellulär signaleringomgivningen

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

tex. vid embryonalutv.signalering med membran-bundna molekyler

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

nervceller endotelceller glatta muskelceller

ACh cGMPNO relaxerad

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 -helices som spänner över membranet

•ligand binder•konformationsändring intracellulärt•interaktion med G-protein•G-proteinet blir aktiverat

G-proteinkopplade receptorer

G-protein• en sorts 'guanine nukleotide-binding

proteins'• heterotrimer – subenheter• subenhet 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 -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 tyrosin-grupper

• extracellulärt N-terminal ligandbindande

• transmembranell -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

ppp

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 - cAMP– Guanylylcyklas - cGMP– Fosfolipas C - inositoltrifosfat (IP3)

- diacylglycerol (DAG)– PI3-kinas - fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3)

• MÅl för signalöverföring är ofta: – Gentranskription– Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning)– Metabol aktivitet– Sekretion– …

cAMP

epinephrine inducerar

glykogennedbrytning

epinephrin receptor G-protein adenylylcyklas

cAMP protein A kinas

Fosforylas-kinas

glykogenfosforylas

glykogennedbrytn

P

P

P

glykogensyntas

hämmad syntes av glykogen

(-)(+)

(+) (-)

(+)

Fosforylering regleras av Proteinkinas A och Protein

fosfatase 1

CyklisktAMP-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-

proteinkinasreceptorPhospholipase C-

Hydrolys av PIP2

phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate

diacylglycerolinositol 1,4,5-trisphosphate

DAG och IP3

DAG

IP3

•DAG och Ca2+ samverkar •rekryterar och aktiverar proteinkinas C (PKC)

•PKC translokeras från cytoplasman till plasma-membranet

•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

Calmodulinett 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 CaM-kinas 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

Ca2+ic

GPIIb/IIIa

Aggregati

on

A.

PlA1*

vWF

NO

Fibrinogen

-

GPIb

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 receptorGrb2-SOS-komplex aktiverar RasRas-GTP interagerar med olika proteiner somrekryterar Raf, som aktiveras genom fosforyleringar

Aktivering av ERK MAP Kinases

Raf – ett kinas som fosforylerarMEK – (MAP-kinas/ERK-kinas) ett kinas som fosforylerarERK – ett kinas som fosforylerar andra kinaser, transkriptionsfaktorer etc.

ERK inducerar gener

ERK – extracellular signal-regulated kinase

aktiverar proteiner i bådecytoplasman 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

transmembranreceptor tyrosinkinasreceptor

G-protein G-protein fosfolipas C adaptorprotein

adenylatcyklas IP3 DAG Ras-aktiverandeprotein

cAMP Ca2+ Ras

calmodulin Raf MEK

A-kinas CaM-kinas C-kinas ERK

Genregulatoriska proteiner Övriga målproteiner

ppp

ppp

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