Monomerní G proteiny

Alice Skoumalová

Opakování:

1. Chemický přenos signálu (obecná charakteristika, typy dle vzdálenosti místa ovlivnění, typy receptorů)

2. Příklady signálních látek

3. Iontový kanál

4. Receptor s kinázovou aktivitou

5. Receptor spřažený s G-proteiny

Přenos signálu

Typy membránových receptorů:

1. Iontový kanál

Typy membránových receptorů:

2. Receptor s kinázovou aktivitou

Typy membránových receptorů:

3. Receptory spřažené s G-proteiny

G proteiny = proteiny vázající GTP v aktivním stavu váží GTP regulují mnoho signálních drah a buněčných procesů

Heterotrimerní G proteiny

= spřažené s receptory

3 podjednotky (α, β, γ)

α-pojednotka váže GTP,disociace a interakce s efektorem

Monomerní G proteiny

= malé G proteiny nebo malé GTPázy aktivita závisí na vázání GTP (aktivní GTP konformace, interakce s efektorem, buněčná odpověď) katalyzují hydrolýzu terminální fosfátové skupiny (inaktivní GDP-proteiny)

GTP

Malé GTPázyGDP/GTP-regulované molekulární „přepínače“ (stav „vypnuto“ a „zapnuto“)

dva konformační stavy, zásadní pro jejich biologickou funkci:

GTP-protein „zapnuto“

GDP-protein „vypnuto“

Regulační proteiny:

GEFs (guanine nucleotide exchange factors):urychlují výměnu nukleotidů

GAPs (GTPase-activating proteins):urychlují GTP hydrolýzu

GDIs (guanine nucleotide dissociation inhibitors):inhibují výměnu nukleotidů

Klasifikace malých GTPáz

Známo přes 150 proteinů

Ras nadrodina příbuzných proteinů, rodiny malých GTPáz:

Ras, Rab, Rho, Arf, Rad, Ran, Rheb, Rit

Lipidová posttranslační modifikace malých GTPáz (prenylace)

1. Farnesyltransferasa (Ras): kovalentní navázání C-15 farnesyl isoprenoidu (F) na cystein motivu CAAX

2. Geranylgeranyltransferasa I (Rho): kovalentní navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na cystein motivu CAAX

3. Geranylgeranyltransferasa II (Rab): kovalentní navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na cystein motivů CC, CXC, CCX, CCXXX

Guanine nucleotide exchange factors (GEFs)

Regulují aktivaci malých GTPáz a návaznou buněčnou odpověď Usnadňují výměnu volného GTP za vázaný GDP

Různé extracelulární signály aktivují Ras pomocí aktivace odlišných Ras GEFs

Všechny Ras GEFs mají CDC25 homologickou doménu, která katalyzuje výměnu nukleotidů

Různé Ras GEFs jsou aktivovány odlišně

GTPase activating proteins (GAPs) Urychlují hydrolýzu malých GTPáz Obsahují katalytickou doménu a přídavné domény důležité pro

regulaci

Mutované Ras proteiny u lidských karcinomů (substituce glycinu 12 nebo glutaminu 61) - nereagují na GAPs stimulaci - přetrvává konformace „zapnuto“ - deregulace buněčných dějů

1. G doména: 4 sekvence, odpovědná za vázání GTP a GTPázovou aktivitu

2. Motiv CAAX: Ras a Rho

3. Efektorová doména: vazba s efektorem

4. Switch I a II: odpovědné za změnu konformace mezi GDP a GTP- proteinem

5. RHO sekvence

Struktura malých GTPázFunkční domény H-Ras

Různé funkce malých GTPáz

Rozdílné spektrum buněčných funkcí

1. Různé GEFs a GAPs, které jsou aktivovány primárním signálem

2. Různé efektory, které vyústí v mnoho odlišných buněčných odpovědí

Přehled funkcí některých malých GTPáz

Ras: buněčná proliferace a diferenciace

Rab, Arf, Sar: membránový transport (sekrece, endocytosa)

Ran: regulátor nukleocytoplasmatického transportu

Rho: cytoskelet (regulace metabolismu aktinu), buněčná morfologie, buněčný pohyb

Ras GTPázyFunkce: buněčná proliferace a diferenciace

Časté mutace Ras proteinů u nádorů (nejvíce studovány)

Mutace, které blokují GAPs a hydrolysu GTP, udržují Ras proteiny v poloze „zapnuto“ (nalezeny u různých tumorů)

Efektory Ras proteinůRas funguje jako signální uzel

1. Konvergují v něm různé signály:Růstové faktory (epidermální růstový faktor,

destičkový růstový faktor)Hormony (insulin)Cytokiny (interleukin-1)Proteiny extracelulární matrix (přes integriny)

2. Aktivuje rozdílné efektory a buněčné děje:Raf serin/threonin kináza (aktivuje Raf/Mek/Erk kinázovou kaskádu

– regulace buněčného růstu)Fosfatidylinositol 3 kináza (tvorba PIP3 – regulace různých drah)

Fosfolipáza Cε (tvorba druhých poslů DAG a Ca2+)GEFs jiných GTPáz (kaskády malých GTPáz – Ral, Rac, Rab)

Rab GTPázy(Ras homologue from brain)

Funkce: membránový transport

Největší rodina malých GTPáz (minimálně 60 proteinů) Lokalizovány v organelách zapojených do sekreční a endocytické

kaskády

Buněčná lokalizace Rab GTPas

Rab proteiny a nemociMutace Rab genů-poruchy membránového transportu-onemocnění

Griscelli syndrom (AR) Pigmentové defekty (albinismus), porucha imunity, neurologická

dysfunkce Mutace genu Rab27a (reguluje transport melonosomů do periferie

melanocytů a sekreci lytických granul v T-lymfocytech) způsobí ztrátu pigmentace a nekontrolovanou aktivaci T-lymfocytů

Choroideremie (X vázaná) Degenerace pigmentového epitelu oka Defekt REP-1 genu (geranylgeranyl transferasa zodpovědná za

prenylaci Rab27a v retinálním pigmentovém epitelu) vede k deficitu melanosomového transportu v pigmentovém epitelu a ztráta ochrany před světlem

Rho GTPázy

Rodina proteinů regulující metabolismus aktinu

Funkce: Regulace aktinového cytoskeletu (buněčný tvar a pohyb)

Modulace nejrůznějších buněčných dějů:1. Buněčná migrace: regulace metabolismu aktinu, koordinace aktivace mnoha

Rho proteinů

2. Sekrece a endocytosa: transport vesikulů

3. Proliferace a transformace: úloha je zkoumána, invaze nádorových buněk

Rho GTPázy Efektory Funkce v buněčné biologii

RhoA, B, C ROCK I, II Aktin-myosinová kontraktilita,

buněčná migrace

Rac1, 2, 3 IRSp53 Polymerizace aktinu, tvorba lamelipodií, hybná síla buněčné migrace

Cdc42 WASP/N-WASP Polymerizace aktinu, tvorba filopodií, sensorická úloha v buněčné migraci

Model Rho GTPasové aktivace efektoru

Cdc42 navozená WASP aktivace a tvorba filopodií

Otázky

1. Princip funkce malých GTPáz, jejich cyklus, regulace, aktivace

2. Nejznámější rodiny malých GTPáz (funkce)

3. Princip lipidové posttranslační modifikace

4. Struktura malých GTPáz

5. Důsledek mutací Ras proteinů u lidských karcinomů

6. Funkce Rab a Rho proteinů