Ha uptsig na lweg e

Ha uptsig na lweg eI .I . S ign a lw e ge im He r z e n

S ign a lw e ge im He r z e nI I .I I . S ign a lw e g d e s I n su lin s im He r z e n

S ign a lw e g d e s I n su lin s im He r z e nI I I .I I I . Z e llt od im He r z e n

Z e llt od im He r z e n

2.

3.

I. Signalwege im Herzen

1. G protein-gekoppelte Rezeptor Signalweg

2. Rezeptor Tyrosin Kinase Signalweg

3. Zytokin Rezeptor Signalweg

4. TGF Rezeptor Signalweg

5. TNF Rezeptor Signalweg

6. Der Delta/Notch Signalweg

7. Der Hedgehog Signalweg

4.

Die 5 Kategorien der KrankheitenDie 5 Kategorien der Krankheiten(ausgenommen hereditäre Syndrome)

1) Degeneration

2) Entzündung

3) Nekrose

4) Neoplasie gutartig

5) Neoplasie bösartig 1) Kardiomyopathie2) Karditis (endo,myo,peri, pan)3) Myokard Infarkt

4) Myxom5) Myosarkom

5.

1.Degeneration

Vermittelt durch: Zytokine , TGF-β (hypertrophe Form)G Proteine (dilatative Form)

6.

2.Entzündung

Ansammlung von Leukozyten

7.

3. Nekrose

TGF-β !!!Insulin

8.

9.

10.

4. Neoplasie gutartig

Myxom

11.

5. Neoplasie bösartig

Apoptose Versagen

12.

Wir müssen die Signalwegeverstehen, um auf die Krank-heit einwirken zu können

13.

Teil I.

Signalwege im Herzen

1. G protein-gekoppelte Rezeptor Signalweg

2. Rezeptor Tyrosin Kinase Signalweg

3. Zytokin Rezeptor Signalweg

4. TGF Rezeptor Signalweg

5. TNF Rezeptor Signalweg

6. Der Delta/Notch Signalweg

7. Der Hedgehog Signalweg

4.

Signalwege im Herzen

1. G-Protein gekoppelte Signalwege

Einteilung

• Funktionelle Signalwege

(kurzfristig)

• Proliferative Signalwege

(langfristig)

Die Aktivität verändert sich

Die Form verändert sich

14.

Funktionelle Signale

G-Protein-gekoppelter Rezeptor

z.B.: β-adrenerger Rezeptor

Heterotrimeres G Protein

Direkte Signale Second Messenger

Ionenkanal Öffnung Ionenkanal Öffnung, sarco-plasmisches Reticulum Funktion,Kontraktile Protein Interaktionen, etc.

Proliferative Signale

Enzym-gekoppelter Rezeptor, z.B.:Tyrosin Kinase

Monomeres G-Protein

MAP Kinase Weg

Genexpression, ProteinSynthese, Zellwachstum,Differenzierung, etc.

15.

Rezeptoren und Extrazelluläre Messenger, die kardiale Funktion

verändern

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

� Catecholamine� Adrenalin und Noradrenalin� Dopamin

� Peptide� Angiotensin II� Bradykinin� Adiuretin (ADH)� Endothelin� Neuropeptide Y

� Andere� Azetylcholin� Adenosin� Prostaglandin

Nuklearrezeptoren� Aldosteron� Thyroxin

Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren� Agmatin

Enzym-gekoppelte Rezeptoren

� Tyrosin Kinase Rezeptor� Fibroblast growth factor(FGF)� Platlet-derived growth factor (PDGF)� Insulinlike growth factor (IGF)� Vascular endothelial growth factor (VEGF)

� Serin-Threonin Kinase Rezeptoren� Transforming growth factor-β (TGF-β)

� Rezeptor Guanylyl Cyclasen� Natriuretische Peptide

� Zytokin Rezeptoren� Tumor necrosis factor α (TNF-α)� Interleukine� Growth hormone (Wachstumshormon)

Direkte Bindung an intrazelluläre Ziele� Stickoxid (NO)� Agmatin

16.

Parallelen zwischen den Signalen von enzym-gekoppelten und

G-Protein-gekoppelten Plasmamembran Rezeptoren

Enzym-gekoppelt

Monomeres G-Protein,z.B.: Ras

Protein Phosphorylierung

PlasmamembranRezeptor

Gekoppeltes Protein

Intrazelluläre ProteinKinase

G-Protein gekoppelt

Heterotrimeres G Protein

(Gα + Gβγ)

Protein Phosphorylierung

Direkte InteraktionIndirekt durch andere Faktoren

17.

1. G protein-gekoppelter Rezeptor

�GPCRs können in 6 Klassen eingeteilt werden(Sequenzhomologie und funktioneller Ähnlichkeit:

Class A (oder 1) (Rhodopsin-like) Class B (oder 2) (Secretin receptor family) Class C (oder 3) (Metabotropic glutamate/pheromone) Class D (oder 4) (Fungal mating pheromone receptors) Class E (oder 5) (Cyclic AMP receptors) Class F (oder 6) (Frizzled/Smoothened)

�größte und vielseitigste Gruppe von Membranrezeptoren

�60% aller Pharmazeutika

�Licht, Geruch, Geschmack, Entzündung, Chemotaxis, Zellwachstum

�Adrenalin, Glucagon, Serotonin, Acetylcholin

�HIV

18.

Signalwege, die von G-protein-gekoppelten

Rezeptoren kontrolliert werden

Signalwege, die von G-protein-gekoppelten

Rezeptoren kontrolliert werden

1. Das cAMP second messenger System

2. Das Phosphoinositol second messenger System

19.

Rezeptor nicht gebunden, GDP

Ligand-Rezeptor, GTP, G Dissoziation

Dissoziation aktiviert Gβγ Ziel (T)

Dissoziation von Gα-GTP KomplexZiel Tα, Dissoziation Gα � LigandAffinität reduziert

Dissoziation von Gα aktiviert intrinsischeGTPase, Bindung von Gβγ und Rezeptor

20.

21.Die drei Möglichkeiten des

G-Protein Signalwegs:

- Direct

- Indirect

HauptintrazellulHauptintrazellulääre Messengerre Messenger

Second Messenger

Cyclisches AMP

Cyclisches GMP

InsP3

Diacylglycerol

Calcium

Initiation des Signals

Synthetisiert aus ATP

durch Adenyly CyclaseSynthetisiert aus GTPdurch Guanylyl CyclaseSynthetisiert aus PIP2

durch Phospholipase CSynthetisiert aus PIP2

durch Phospholipase C

Diffundiert ins Zytosolaus Regionen mit höherer

Konzentration

PIP2, Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphat;InsP3, Inositol 1,4,5-trisphosphat

Termination des Signals

Abbau zu AMP durch

PhosphodiesterasenAbbau zu GMP durchPhosphodiesterasenDephosphoryliert durchPhosphatasenPhosphoryliert, um ein Phosphatid oder hydrolisiert,um ein Monoglyzerid zu bildenAus dem Zytosol gepumpt

22.

cAMP

Inactive

aktiviertePKA

AC

Regulator subunit

protein kinase A (PKA)

Adenylat cyclaseG protein

Ligand

Catalytische

subunit

Ionen

geschlossener

Ionenkanalgeöffneter

Ionenkanal

Phosphatgruppe

Das cAMP second messenger SystemDas cAMP second messenger System

„For the discovery of the role of cAMP as a second messenger” (1971)

Keine Veränderung in der GenexpressionKeine Veränderung in der Genexpression

23.

...zur Erinnerung... 24.

Einfluss des autonomen Nervensystem auf das Herz und die Blutgefässe

Cortex

MedullaOblongata

Vagus istdominant

Gegensetzliche Wirkungen von Sympathikus und Parasympathikus

auf cAMP Produktion

25.

stimulierend inhibierend

26.

Autonomer Einfluss auf das Herz- KreislaufsystemBarorezeptoren G-Protein gekoppelt

Beta 1 adrenerg im Herzen G-Protein gekoppelt

Noradrenalin Ausschüttung

β-adrenege Rezeptor Aktivierung

G Protein Aktivierung

Adenyly Cyclase

Mehr cAMP

Protein Kinase A Aktivierung

L-Typ Ca Kanal Phosphorylierung

Weiterer Eintritt von „Trigger“ Ca

Weitere Ca Ausschüttungs-Kanäle Öffnen

Mehr Ca bindet an Troponin C

Mehr Aktin kann mit Myosininteragieren

Mehr aktive cross-bridges

Erhöhte Kontraktilität

Erhöhter

Auswurf

Sport:

�Erhalt des Blutdrucks�Erhöhter Blutfluss zu den

Muskeln�Erhöhte Sympathikus Aktivität

Löschkette

Warum eigentlich soooo viele Schritte??????

�Runaway Signaling Stop!

Durch Azidose gehemmt

Ca hemmt adenylyl cyclase� Ca Überladung verhindert

Patho: Schock (akut) und Herzversagen (chronisch)

Neurohumorale Wirkung: 27.

AC

Nukleus

C BP

cAMP

Aktivierte PKAInaktive PKA

Zellmembran

CRE TATAA CRE TATAA

CREBRNA pol II RNA pol II

Transkription

Das cAMP second messenger SystemDas cAMP second messenger System

Regulator subunit

Cataliytische

subunit

CRE: cAMP-response element

CREB: CRE-binding protein

CBP: CREB-binding protein

Genexpression verändertGenexpression verändert

28.

Besteht aus vier Untereinheiten

Regulatoreinheiten binden cAMP

Zellmembran

IP3

PIP2 DAG

Ca2+

Ca2+

Ca2+ Kanal

ZellantwortZellantwort

G protein-gekoppelte RezeptorenG protein-gekoppelte Rezeptoren

Der Inositol-Phospholipid WegDer Inositol-Phospholipid Weg

Endoplasmisches RetikulumLumen

AktivierteGq

α Untereinheit

Aktivierte

PLC-βAktiviertePKC

G-protein

GekoppelterRezeptor

29.

PLC: phospholipase C

PIP2:phosphatidyl inositol-4,5-biphosphate

IP3: inositol-1,4,5-triphosphate

DAG: diacylglycerol

CaM: calmodulin, bindet Ca Ionen

PLC: phospholipase C

PIP2:phosphatidyl inositol-4,5-biphosphate

IP3: inositol-1,4,5-triphosphate

DAG: diacylglycerol

CaM: calmodulin, bindet Ca Ionen

G protein-gekoppelter

Rezeptor

Ligand

Ionen können einströmen

geschlossener

Ionenkanalgeöffneter

Ionenkanal

G protein

Aktivierte α Untereinheit

aktivierter βγ-Komplex

Das G Protein wirkt auch

direkt auf Ionenkanäle

Das G Protein wirkt auch

direkt auf Ionenkanäle

30.

Diese Signalform kann durchVeränderung des Ionenkanalsmaßgeblich zeitlich verzögert werden!

Einige wichtige G Einige wichtige G ProteinProtein--gekoppeltegekoppelte Rezeptoren im Rezeptoren im kardiovaskulkardiovaskuläärenren SystemSystem

Ligand

α-Agonisten

β-Agonisten

Azetylcholin

Adenosin

Adenosin

Angiotensin II

Endothelin

Rezeptor

α-adrenerg

β-adrenerg

Muscarinerg

Muscarinerg

Purinerg (P1)

Purinerg (P1)

Angiotensin (AT1)

Endothelin

Ziel

Phospholipase C

Adenyly Cyclase (�)K KanalAdenyly Cyclase (�)

Phospholipase C

Phospholipase C

Gα Isoform

Gαq

Gαs

Gαo

Gαi

Gαo

Gαi

Gαq

Gαq

Second messenger/

Effektor

Diacylglycerol, InsP3 (�)

cAMP (�)

Auswärts K Strom (�)

cAMP (�)

Auswärts K Strom (�)

cAMP (�)

Diacalglycerol, InsP3 (�)

Diacylglycerol, InsP3 (�)

InsP3, Inositol 1,4,5-trisphosphat; � erhöht, � erniedrigt

31.

Signalwege im Herzen

2. Enzym gekoppelter Signalweg

2. Rezeptor Tyrosin Kinase

gekoppelter Signalweg

• ErbB Protein Familie

• Fibroblast growth factor receptor (FGFR)

Familie

• Vascular endothelial growth factor receptor

(VEGFR) Familie

• RET Rezeptor Familie (Hirschsprung)

• Eph Rezeptor Familie

32.

InaktiveRezeptor tyrosin

kinase Monomere

Aktivierte (phosphoryliert)Rezeptor tyrosinkinase

Dimer

PDGF dimerSignalmolekül bindet an Rezeptor

Aktivierte

Intrazelluläre Signalmoleküle

Adapterprotein

(Grb-2) Ras activating protein

(Ras- GEF)

Inaktives RasAktiviertes Ras

Aktivierungation durch cross-Phosphorylierung

Rezeptor Tyrosin Kinase

& Aktivierung von Ras

Rezeptor Tyrosin Kinase

& Aktivierung von Ras

PDGF : platelet-derived growth factor

33.

FUNKTIONEN: OSMOTISCHER SCHOCK, HITZESCHOCKENTZÜNDUNGMITOSEZELL DIFFERENZIERUNGAPOPTOSE

FUNKTIONEN: OSMOTISCHER SCHOCK, HITZESCHOCKENTZÜNDUNGMITOSEZELL DIFFERENZIERUNGAPOPTOSE

Ras

Aktiviertes Ras Protein

MAP-kinase-kinase-kinase

MAP-kinase-kinase

MAP-kinase

Änderung in Proteinaktivität

Änderung in Genexpression

Ras/MAP kinase SignalwegRas/MAP kinase Signalweg

Protein X Protein Y

Transcription Factor A

Transcription Factor B

34.

Adaptor proteins (Grb-2, SHC, etc.) Ras activating protein

(GEF: e.g. SOS1)

Ras (inactive)R as ( a c ti va te d )

R a s i n h i b i to r y p r o te i n(G A P )

GF: Growth factor

TIAM1

Rac

PI3K

PDK1

Act

RAF1

MEK

ERK/MAP

RALGDS

Ral

Pld

PLCεεεε

PKC

ZytoskeletOrganisation

Überleben ProliferationVesikel

transportCa2+ Signal

Ras Effektorwege

Ras WegRas Weg 35.

Cross-talk der SignalwegeCross-talk der Signalwege

G-protein

gekoppelter Rezeptor

Rezeptor

tyrosinkinase

PKA CaM-kinase PKC MAP-kinase PKB

Genregulationsproteine Andere Zielproteine

G-protein

Adenylyl cyclase

cAMP

G-protein

IP3

Calmodulin

Ca2+

PLC

DAG

PI 3-kinase

PIP3

PDK1MAP-kinase-kinase

MAP-kinase-kinase-kinase

Ras

Ras-GEF

Grb2

36.

Signalwege im Herzen

3. Zytokin Rezeptor-gekoppelter

Signalweg

3. Zytokin Rezeptor-gekoppelter

Signalweg

• Type I Zytokin Rezeptoren

• Type II Zytokin Rezeptoren

• Immunoglobulin (Ig) Superfamilie

• Tumor necrosis factor Rezeptor Familie

• Chemokin Rezeptoren

• TGF beta Rezeptoren

37.

JakJak Jak Jak

Transkription

Target promoter des α-interferon

TranskriptionsfaktorenNukleus

α-interferon

Der JAK/STAT WegDer JAK/STAT Weg

Zytoplasma

38.

STAT1STAT2

STATs dissoziierenvom Rezeptor und dimerisierenüber die SH2 domain

Jaks cross-phosphorylierensich gegenseitigan Tyrosinresten

Aktivierte JaksphosphorylierenRezeptoren anTyrosinresten

STATs docken anPhosphotyrosine,Jaks phosphorylierendiese

FUNKTION: e.g. Verteidigung gegen VIREN

FUNKTION: e.g. Verteidigung gegen VIREN

Janus aktivierte Kinase

STATSTAT

ZytokinZytokin

Zytokinrezeptor

UbUb

ProteasomProteasom

TranskriptionTranskription

NukleusNukleusSTATSTAT

STATSTAT

STATSTAT

STATSTAT

PTPPTP

PTPPTP

PTPPTP

JAKJAK

JAKJAKJAKJAKSOCS1SOCS1

Z el l m em b r a n

Negative Regulationen von Zytokin SignalenNegative Regulationen von Zytokin Signalen

PIASPIAS

SOCS3SOCS3CISCIS

STAT (signal transducers and activators of transcription)SOCS (suppressor of cytokine signaling)PIAS (protein inhibitors of activated STATS)PTP (protein tyrosine phosphatases)CIS (cytokine-inducible SH2-protein)Ub (ubiquitin)

STAT (signal transducers and activators of transcription)SOCS (suppressor of cytokine signaling)PIAS (protein inhibitors of activated STATS)PTP (protein tyrosine phosphatases)CIS (cytokine-inducible SH2-protein)Ub (ubiquitin)

39.

= Hemmung

= Stimulation

TranskriptionTranskription

STATSTAT

STATSTAT

TranskriptionTranskription

STATSTAT

STATSTAT

TranskriptionTranskription

STATSTAT

STATSTAT

TranskriptionTranskription

STATSTAT

STATSTAT

PIAS 1/3PIAS 1/3

PIAS 1/3PIAS 1/3

HDACHDAC

Co-repressor

Komplex

Co-repressor

Komplex

PIASPIAS

x

x

x

Negative Regulationen von Zytokin SignalenNegative Regulationen von Zytokin Signalen

STAT (signal transducers and activators of transcription)PIAS (protein inhibitors of activated STATS)HDAC (histone deacetylase)SUMO (ubiquitin-related modifier)

STAT (signal transducers and activators of transcription)PIAS (protein inhibitors of activated STATS)HDAC (histone deacetylase)SUMO (ubiquitin-related modifier)

40.

SUMOSUMO

Drei Möglichkeitendie Transkriptionzu blockieren

Signalwege im Herzen

4. TGF Rezeptor Signalweg

4. TGF Rezeptor Signalweg

• 3 Gene ,Isoformen TGF, beta 1-3

• Bone morphogenetic proteins (BMPs), Growth and differentiation factors (GDFs), Anti-müllerian hormone (AMH), Activin, Nodal and TGFβ's

• BMPR2, TGFBR2, ACVR2B, ACVR1B, ACVR1C

• Bone morphogenetic protein, osteogenesis, neurogenesis, und ventral mesoderm specification.

• TGF betas ,apoptosis, extracellular matrix neogenesis and immunosuppression, G1 arrest in the cell cycle.

• Activin , Gonadenwachstum, Embryo Differenzierung und Plazenta Bildung

• Nodal ,left and right axis specification, and mesoderm and endoderm induction

• Schlüsselrolle im hypertrophen und dilatativen vetrikulärem Remodeling

• Induziert interstitielle Fibrose

• Resolutio ad integrum – Randgebiete MI

• Kardiomyopathie

41.

42.Der mannigfaltige Einfluss von TGF beta

Transkription

Target promoter des TGF-β

Smad (2)

Smad (1)

TGF-ββββ

TGF-β Rezeptor(type II)

Serine/threoninkinase domain

TGF-β/SMAD SignalwegTGF-β/SMAD Signalweg

TGF-β Rezeptor(type I)

Genregulatorproteine

TGF: transfroming growth factor

43.

FUNKTIONEN: ZELL PROLIFERATIONDIFFERENZIERUNGAPOPTOSEZELL HOMEOSTASE

FUNKTIONEN: ZELL PROLIFERATIONDIFFERENZIERUNGAPOPTOSEZELL HOMEOSTASE

Dimerisierung

44.

45.Die Rolle von TGFbeta nach einem Herzinfarkt

46.

Es hängt vom downstream Signal ab,

ob TGF beta Signale zu physiologischer

oder pathologischer Hypertrophie führt

Signalwege im Herzen

5. TNF-receptor gekoppelte

Signalwege

5. TNF receptor-gekoppelte

Signalwege

• Osteoprotegerin

• RANK/L

• Lymphotoxin β receptor

• FAS

• CD134

• CD40

• CD30

47.

Aktivierung von NF-κκκκB durch TNF-ααααAktivierung von NF-κκκκB durch TNF-αααα

Transkription

Coaktivator

TNF-α trimer

TNF-α Rezeptor

TRADDRIP TRAF2

Iκ-B Kinase (IKK)

Aktiviert IKK-ββαβα

Iκ-B NF-κBMigration von NF-κBIn den Nukleus

Ubiquitylation und Abbau von phosphoryliertemIκ-B im Proteasom

Nemo Nemo

48.

FUNKTIONEN: ENTZÜNDUNGIMMUNSYSTEM

FUNKTIONEN: ENTZÜNDUNGIMMUNSYSTEM

TNF: tumor necrosis factor

Bildung eines Trimers

Signalwege im Herzen

6. Der Delta/Notch Signalweg

6. Der Delta/Notch Signalweg

Ein paar Fakten:

• Hoch konserviert

• 4 verschiedene Rezeptoren Notch 1-4

• Hetero-oligomer, grosser extrazellulärer Teil, kleine Cysteinknoten Motive (EGF-like repeats), Ca-abhängig, kurzer intrazellulärer Teil

• O-Glucose, O-gekoppelte Glykane essentiell für Funktion

• „Notch“ in dem Drosophila Flügel 1914

• Herzklappen Homöostase

• Bedeutend für Kommunikation zwischen Endokardium und Myokardium, während der Embryogenese

• In T-ALL gestörte Funktion

• Fallots Tetralogie

• Multiple Sklerose

• Alagille Syndrom

49.

DSL: Delta/Serrate/LAG-2TACE: (Metalloprotease) Tumor Necrosis Factor Alpha Converting Enzyme

50.

Pro-epithelzellen Gehemmte EpithelzellenNeuron

Rezeptorprotein (Notch)

Membran-gebundenesinhibitorisches Protein (Delta)

Der delta-Notch Signalweg

Der delta-Notch Signalweg

51.

Der Promoter des Notch-Zielgens

Transkriptionsfaktor

TranskriptionRbpsuh Protein

G ol g i -

m e mb r a

n

Zellmembran der zukünftigen Epihelzelle

Delta

12

3

Notch

Der delta-Notch Signalweg

Der delta-Notch Signalweg

Zellmembran der zukünftigen Nervenzelle

zukünftige NERVENZELLE

zukünftige EPITHELZELLE

EXTRAZELLULÄRER RAUM

52.

Signalwege im Herzen

7. Der Hedgehog Signalweg

7. Der Hedgehog Signalweg

• PTCH1 (patched-1 Rezeptor) ,SSD sterole sensing domain, Oxysterol ,

NPC1 (Niemann-Pick)

• Cyclopamine

• SHH , sonic hegdehog

• Autokrin, parakrin

• PTCH reguliert SMO (Smoothened)

• Bedeutung von intrazellulärem Cholesterin

• Fördert Proliferation von adulten Stammzellen

• Bedeutung in Krebs, Basalzellen Karzinom

• ist absolut notwendig für Erhalt der Herzkranzgefässe (Pharma!) �Herzversagen

53.

Hedgehog SignalwegHedgehog Signalweg

1a. autocatalytischer Prozess1a. autocatalytischer Prozess1b. Hinzufügen von Cholesterin

1b. Hinzufügen von Cholesterin

4. PTCH hemmt SMO in Abwesenheit vom Liganden4. PTCH hemmt SMO in Abwesenheit vom Liganden

3. SHH-N wird durch PTCH erkannt3. SHH-N wird durch PTCH erkannt

2. DISP wird zur Sekretion benötigt2. DISP wird zur Sekretion benötigt

5. Aktivierung von GLI transkrip-

tionsfaktor

5. Aktivierung von GLI transkrip-

tionsfaktor

6. GLI im Nukleus6. GLI im Nukleus

7. Aktivierung von hedgehog Zielgenen7. Aktivierung von hedgehog Zielgenen

54.

Hedgehog SignalwegHedgehog Signalweg 55.

Christiane Nüsslein-Volhard

for their discoveries concerning the genetic

control of early embryonic development"

1995

Eric Wieschaus

Das Morphogen-KonzeptDas Morphogen-Konzept

KonzentrationUndTiming von SHH

Danke!

MDemeter@t-online.de