+ All Categories
Home > Documents > Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu...

Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu...

Date post: 08-Dec-2020
Category:
Upload: others
View: 1 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
66
Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory) II. Deriváty mastných kyselin (prostaglandiny, eikosanoidy) III. Deriváty aminokyselin (tyroxin, adrenalin) IV. Steroidy (estrogen, progesteron) Příklady druhých poslů I. Cyklicnukleotidy (cAMP, cGMP) II. Lipidy (DAG, fosfoinositoly) III. Ionty, malé molekuly (Ca 2+ , NO) IV. Modifikované proteiny (fosforylace, modulárdomény)
Transcript
Page 1: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Obecné schema přenosu signáluPříklady hormonů

I. Peptidy a proteiny(růstové faktory)

II. Deriváty mastných kyselin

(prostaglandiny, eikosanoidy)

III. Deriváty aminokyselin(tyroxin, adrenalin)

IV. Steroidy(estrogen, progesteron)

Příklady druhých poslů

I. Cyklické nukleotidy(cAMP, cGMP)

II. Lipidy(DAG, fosfoinositoly)

III. Ionty, malé molekuly(Ca2+, NO)

IV. Modifikované proteiny(fosforylace, modulární

domény)

Page 2: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Obecné principy buněčné signalizace

Buněčná komunikace probíhá na různé vzdálenosti

Je mnoho signálních molekul (ligandů) a

receptorů, ale omezený počet signálních drah

Interakce ligand-receptor jsou specifické

Formuje se signální komplex pomocí různých

modulárních vazebných domén

Některé intracelulární signální proteiny fungují jako

molekulární spínače

Page 3: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Amplifikace signálu: enzymové kaskády

Integrace signálů

Desensitizace

Adaptace

Page 4: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty
Page 5: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Mnohé signální dráhy nespoléhají na difuzi velkých

molekul proteinů, ale jsou spolu spojeny

lešeňovými („scaffolding“) proteiny

– lešeňové proteiny mohou být samy přenášecími proteiny,

ke kterým je připojeno několik dalších přenášecích proteinů

– toto pevné propojení zvyšuje rychlost a přesnost přenosu

signálů mezi buňkami

Page 6: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Modulární vazebné domény

P P

PHSH2

PDZ:S/T-X-F

PH:Phosphorylated-Lipid

PTB:Phosphorylated-Y

SH2:Phosphorylated-Y

SH3:Proline-rich motif

Page 7: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Kinasy/fosfatasy fungují jako

molekulární spínače

Page 8: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Sedm kroků v buněčné komunikaci

(1) Syntéza signální molekuly signální buňkou

(2) Uvolnění signální molekuly signální buňkou

(3) Transport signální molekuly k cílové buňce

(4) Detekce signálu specifickým receptorovým

proteinem

(5) Iniciace intracelulárních signál přenašejících drah

(6) Změna buněčného metabolismu, funkce nebo

vývoje cílové buňky

(7) Odstranění signálu, které obvykle ukončí

buněčnou odpověď

Page 9: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Odpověď určité buňky na signál závisí

souboru jejích

- receptorových proteinů

- přenášecích/regulačních proteinů

- proteinů vykonávajících odpověď

Page 10: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Typy receptorů pro neurotrasmitery

Ionotropní

- transmiter se váže k receptorovému místu na

postsynaptické membráně a otvírá iontový kanál

(rychlou konformační změnou proteinové struktury póru)

- rychlý účinek produkující velkou změnu vodivosti

membrány

Příklady

- acetylcholin na nervosvalovém spojení

- GABA v CNS

- glutamát v CNS

Page 11: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Metabotropní

- transmiter přes G-protein stimuluje metabolické

změny v postsynaptické buňce aktivací

sekundárních poslů jako cAMP, cGMP, inositol

trifosfát, Ca2+ nebo NO

- relativně pomalý účinek nevyvolávající velké

změny ve vodivosti membrány neuronu

Genotropní

- transmiter aktivuje gen působící transkripci

specifické mRNA

- forma metabotropní transmiterové funkce

- velmi pomalá událost

Page 12: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Hlavní třídy receptorů

Page 13: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Napětím řízené

Ligandem řízené

Kanály jsou otvírány různými mechanismy k otevření kanálu je potřeba energie

Bind ligand

Phosphorylate

Dephosphorylate

Change membrane potential

Stretch

Cytoskeleton

Napínáním/tlakem řízené

Fosforylací řízené

Page 14: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Iontové kanály řízenéextracelulárními ligandy

• Nikotinové ACh (sval): 2 (embryonální), 2

(maturované)

• Nikotinové ACh (neuronální): (2-10), (2-4)

• Glutamátové: NMDA, kainátové, AMPA

• P2X (ATP)

• 5-HT3

• GABAA (& GABAC): (1-6), (1-4), (1-4), , , (1-3)

• Glycinové

• Histaminové

Page 15: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Iontové kanály řízenéintracelulárními ligandy

• Leukotrieny C4 řízené Ca2+

• Ryanodinové receptory Ca2+

• IP3 řízené Ca2+

• IP4 řízené Ca2+

• Ca2+ řízené K+

• Ca2+ řízené neselektivní

kationtové

• Ca2+ řízené Cl–

• cAMP kationtové

• cGMP kationtové

• cAMP Cl–

• ATP Cl–

• Objemem

regulované Cl–

• Arachidonovou kys.

aktivované K+

• Na+ řízené K+

Page 16: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Ligandem gřízené iontové kanály

Obecná struktura

Pět glykoproteinových podjednotek

prochází buněčnou membránou

Posel

Receptor

INDUKOVANÁ

ZMĚNA

‘GATING’

(kanál se

otvírá)

Kationtové kanály pro K+, Na+, Ca2+ (např. nikotinové) = excitační

Aniontové kanály pro Cl- (např. GABAA) = inhibiční

Vazebné místo

Buněčná

membrána

Buněčná

membrána

Page 17: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

III. Superrodina kanálů řízených ATP(P2X receptory, purinergní)– trimery složené ze tří podjednotek, každá

s 2 transmembránovými segmenty a velkou extracelulární smyčkou

Vazba ligandu otevření kanálu umožňující rychlý tok iontů podle jejich koncentračního gradientu

Tři rodiny ligandem řízených kanálůI. Cys-loop superrodina kanálů

(nikotinové ACh, 5-HT3, GABAA & GABAC, aniontové glutamátové, glycinové, histaminové a Zn2+-aktivované receptory)– pentamery složené z několika typů příbuzných podjednotek,

každá se 4 transmembránovými segmenty

II. Superrodina glutamátových kationtových kanálů(NMDA, kainatové, AMPA receptory)– tetramery složené ze dvou odlišných typů blízce

příbuzných podjednotek, každá s 3 transmembránovými segmenty

Page 18: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Detailní struktura Cys-loop kanálů

Proteinové

podjednotky

Transmembránové

oblasti

TM2 každé proteinové podjednotky ohraničují centrální pór

TM4

TM4TM4

TM3

TM3

TM3

TM3

TM3 TM2

TM2

TM2TM2

TM2

TM1

TM1

TM1

TM1

TM1

TM4 TM4

Page 19: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Struktura 4-TM receptorovýchpodjednotek Cys-loop kanálů

Extracelulární smyčka

Intracelulární

smyčkaVariabilní smyčka

Neurotransmiterové vazebné místo

4 transmembranové (TM) oblasti (hydrofóbní)

NH2

COOH

TM1 TM2 TM4TM3Buněčná

membrána

cis loop

Page 20: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Nikotinový receptor Glycinový receptor

Příčný pohled

Dvě vazebná místa pro ligandy

hlavně na -podjednotkách

Iontový

kanál

2x , , ,

podjednotky

Buněčná

membrána

Vazebná

místa

3x , 2x

podjednotky

Vazebná

místa

Tři vazebná místa pro ligandy

na podjednotkách

Iontový

kanál

Buněčná

membrána

Page 21: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

GABAA receptor

a jeho vazebná

místa

Vliv benzodiazepinů a barbiturátů na GABA receptory

Benzodiazepiny (anxiolytika) – zvyšují frekvenci otvírání kanálu,ale nemění vodivost nebo dobu otevření

Barbituráty - prodlužují dobu otevření kanálu

Page 22: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Glycinový receptor – pentamer z a podjednotek

Gephyrin – protein ukotvující glycinový receptor k submembránovému

cytoskeletu postsynaptické denzity

- převážně v míše a mozkovém kmeni

Glycinové receptory

Strychnin – antagonista glycinových receptorů (alkaloid)

- váže se k receptoru bez otvírání Cl- kanálu(tedy inhibuje inhibici)

míšní hyperexcitabilita

Strychnos nux-vomica(Kulčiba dávivá)

Page 23: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

NMDA receptor (podjednotky: 8 isoforem NR1, 2 isoformy NR2)

– specializovaný ionotropní glutamátový receptor propustný pro

Ca2+ (také Na+ a K+), blokován Mg2+ ionty

– několik vazebných míst, selektivně blokován APV

(2-amino-5-fosfonovalerová kyselina)

AMPA receptor (4 podjednotky: GluR1, GluR2, GluR3, GluR4)

– propustný pro Na+ a K+,

- stimulovaný AMPA a blokovaný CNQX(6-cyano-7-nitroquinoxalin-2,3-dion)

– nejběžnější glutamátový receptor

Kainatový receptor (5 podjednotek: GluR5, GluR6, GluR7, KA1, KA2)

– propustný pro Na+ a K+,

- stimulovaný kainátem a blokovaný CNQX

- omezená distribuce

Ionotropní glutamátové receptory

Page 24: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Schema NMDA receptoru

Page 25: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

NMDA receptor Non-NMDA receptor

NMDA a

non-NMDA

receptory

Page 26: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

5-HT3 receptor

většinou v presynaptických

oblastech nervového zakončení

– modulují uvolnění NT

(např. DA, ACh, GABA,

substance P, serotonin)

podíl na senzorickém přenosu

regulace autonomních funkcí

integrace reflexu zvracení

zpracování bolestivých vjemů

kontrola úzkosti

Serotoninem (5-HT) řízené kanály propustné pro Na+, K+

Page 27: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

P2X (purinergní) receptory

iontové kanály řízené ATP

- propustné pro Na+, K+ a (v různém rozsahu) Ca2+

specifická molekulární

stavba

– dvě transmembránové domény

tři podjednotky

(homo- nebo heteromery)

široká distribuce

- role při svalové kontrakci neuronální excitabilitě, chronické bolesti

Page 28: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

• mohou difundovat a působit na vzdálené buňky

• stimulují aktivitu solubilní guanylylcyklasy (cGMP )

Oxid dusnatý (NO)

- vzniká z argininu (NO syntasa)

retrográdní neuromodulátor: úloha při učení a paměti,

vasoldilatace (relaxace hladkých svalů)

Oxid uhelnatý (CO)

- vzniká z hemu (oxygenasa-2)

možná úloha v paměťových procesech,

neuroendokrinní regulace v hypotalamu

Solubilní plyny – NO a CO

Page 29: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Gliotransmise glutamát, ATP a D-serin

Presynaptický

neuron

Postsynaptický

neuron

Astrocyt

Astrocyt

NMDAR AMPAR NMDAR

Glukosa

Glukosa

D-serD-ser

D-ser

D-ser

L-ser

L-serL-ser

L-ser

L-glu

L-ser

AMPAR

1

23

5

4SR

SR

SR

SR - serin racemasa

Page 30: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Přenos signálů prostřednictvím

membránově vázaných receptorů

GPCRs Enzyme-linked Receptor Proteolysis-based Signaling

Page 31: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Segment

interagující

s G-proteiny

Vazebné místo pro signál

Receptory spřažené s G-proteiny- membránová topologie

Receptory serpentínové

7-TM

(7-transmembránové)

trimerní G-protein

funguje jako spínač

– jestliže je navázano

GDP, G-protein je

inaktivní

N

C

Page 32: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Čich – receptory čichového epitelu váží odoranty (olfaktorické receptory) a

feromony (vomeronasální receptory)

Zrak – opsiny užívají fotoisomerizační reakce k převodu elektromagnetického

záření do buněčných signálů; rodopsin využívá k tomuto účelu konverzi 11-

cis-retinalu na all-trans-retinal

Přenos v autonomním nervovém systému – sympatický a parasympatický

nervový systém je regulován drahami GPCR; tyto systémy jsou odpovědné

za kontrolu mnoha automatických funkcí těla, jako např. krevní tlak, srdeční

tep a trávicí procesy

Regulace chování a nálad – receptory v savčím mozku vážou různé

neurotransmitery, včetně serotoninu a dopaminu

Regulace aktivity imunitního systému a zánětu – chemokinové receptory

vážou ligandy zprostředkující komunikaci mezi buňkami imunitního systému;

histaminové receptory vážou mediátory zánětu a zapojují cílové buňky do

zánětové odpovědi

Funkce GPCRs

Page 33: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Hlavní rodiny GPCRs

Ligandy: neurotransmitery (dopamin, serotonin)

Ligandy: hormony (sekretin, glukagon, PTH) Příklad: mGluR, CaR

Sekretinové r.

Rodopsin

Metabotropní

glutamátové r.

Page 34: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Class A Rhodopsin like

Amine

Peptide

Hormone protein

(Rhod)opsin

Olfactory

Prostanoid

Nucleotide-like

Cannabinoid

Platelet activating factor

Gonadotropin-releasing hormone

Thyrotropin-releasing hormone & Secretagogue

Melatonin

Viral

Lysosphingolipid & LPA (EDG)

Leukotriene B4 receptor

Class A Orphan/other

Class B Secretin like

Calcitonin

Corticotropin releasing factor

Gastric inhibitory peptide

Glucagon

Growth hormone-releasing hormone

Parathyroid hormone

PACAP

Secretin

Vasoactive intestinal polypeptide

Diuretic hormone

EMR1

Latrophilin

Brain-specific angiogenesis inhibitor (BAI)

Methuselah-like proteins (MTH)

Cadherin EGF LAG (CELSR)

Very large G-protein coupled receptor

Class C Metabotropic glutamate / pheromone

Metabotropic glutamate

Calcium-sensing like

Putative pheromone receptors

GABA-B

Orphan GPRC5

Orphan GPCR6

Bride of sevenless proteins (BOSS)

Taste receptors (T1R)

Class D Fungal pheromone

Fungal pheromone A-Factor like (STE2,STE3)

Fungal pheromone B like (BAR,BBR,RCB,PRA)

Fungal pheromone M- and P-Factor

Class E cAMP receptors

Frizzled/Smoothened family

frizzled

Smoothened

Putative families:

* Ocular albinism proteins

* Insect odorant receptors

* Plant Mlo receptors

* Nematode chemoreceptors

* Vomeronasal receptors (V1R & V3R)

* Taste receptors T2R

Orphans:

* Putative / unclassified GPCRs

non-GPCR families:

* Class Z Archaeal/bacterial/fungal opsins

Klasifikace GPCRs

Page 35: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Rhodopsin family: peptide receptors

Angiotensin

Apelin

Bombesin

Bradykinin

C5a anaphylatoxin

CC Chemokine

CXC Chemokine

CX3C Chemokine

C Chemokine

Cholecystokinin

Endothelin

fMet-Leu-Phe

Galanin

Ghrelin

KiSS1-derived peptide

Melanocortin

Motilin

Neuromedin U

Neuropeptide FF

Neuropeptide S

Neuropeptide Y

Neuropeptide W / neuropeptide B

Neurotensin

Orexigenic neuropeptide QRFP

Opioid

Orexin

Oxytocin

Prokineticin

Somatostatin

Tachykinin

Urotensin II

Vasopressin

Protease-activated (thrombin)

Adrenomedullin (G10D)

GPR37 / endothelin B like

Chemokine receptor like

Melanin-concentrating hormone

Follicle stimulating hormone

Lutropin-choriogonadotropic hormone

Thyrotropin

Rhodopsin family: other receptors

Rhodopsin

Olfactory

Prostaglandin

Prostacyclin

Thromboxane

Adenosine

Purine / pyrimidine

Cannabinoid

Platelet activating factor

Gonadotropin-releasing hormone

Thyrotropin-releasing hormone

Melatonin

Lysosphingolipid and LPA (EDG)

Leukotriene B4 receptor

SREB

Mas proto-oncogene & Mas-related (MRGs)

RDC1

EBV-induced

Relaxin

LGR like

Free fatty acid

G protein-coupled bile acid

Nicotinic acid

GPR

GPR45 like

Cysteinyl leukotriene

Putative / unclassified Class A GPCRs

Other families

Frizzled / Smoothened family

Ocular albinism proteins

Vomeronasal receptors (V1R)

Taste receptors (T2R)

Insect odorant receptors

Nematode chemoreceptors

Plant Mlo receptors

Fungal pheromone

cAMP (Dictyostelium)

Bacterial rhodopsin

GPCR ligandyRhodopsin family: amine receptors

Acetylcholine (muscarinic)

Adrenaline

Dopamine

Histamine

Serotonin

Octopamine

Trace amine

Secretin familyCalcitonin

Corticotropin releasing factor

Gastric inhibitory peptide

Glucagon

Growth hormone-releasing hormone

Parathyroid hormone

PACAP

Secretin

Vasoactive intestinal polypeptide

EMR1

Latrophilin

Brain-specific angiogenesis inhibitor (BAI)

Methuselah-like proteins (MTH)

Cadherin EGF LAG (CELSR)

Putative / unclassified Class B GPCRs

Metabotropic glutamate family

Glutamate (metabotropic)

Extracellular calcium-sensing

GABA-B

Pheromone (V2R)

Taste receptors (T1R)

Orphan GPRC5

Orphan GPCR6

Bride of sevenless proteins (BOSS)

Putative / unclassified Class C GPCRs

Page 36: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Více než 1/3 savčích signálních drah závisí

na heterotrimerních G-proteinech > 1000 GPCRs 20 G, 5 G a 12 G

Page 37: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Mnohé receptory aktivují stejný G-protein

Page 38: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Přepínání receptorů

Page 39: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Životní cyklus GPCRs

Clathrin-coated

pit

Page 40: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Heterotrimerní G-proteiny

a podjednotky

jsou obvykle ukotveny

k membráně kovalentně

navázanými mastnými

kyselinami

Podjednotky: ,,

podjednotka váže

guaninové nukleotidy

(GDP nebo GTP)

Komplex hormon–receptor

interaguje s G-protein a

otvírá nukleotidové

vazebné místo, takže GDP

se může uvolnit a GTP se

může navázat

Page 41: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Aktivační cyklus heterotrimerních G-proteinů

- úloha RGS jako proteinů aktivujících

GTPasovou aktivitu podjednotek

GTP

Agonist

RGS

GDP

GTP

RGS

Effector

regulationGDP

GTP

Pi

Page 42: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Transmembránová signalizace řízená G-proteiny

Page 43: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Klasifikace hetrotrimerních G-proteinů

Gs GsL, GsS AC , Ca2+ kanál

Golf Na+ kanál

Gi/o Gi1, Gi2, Gi3 AC I, III, V, VI

Go1, Go2 K+ kanál , Ca2+ kanál

Gt1, Gt2 PLC , PLA2

Ggust cGMP-fosfodiesterasa

Gz

Gq/11 Gq, G11 PLC

G14, G15, G16

G G 1-5, G 1-12 AC II, IV, VII , AC I, VIII

PLC , PLA2 , PI3K

K+ kanál

MAPK

G12/13 G12, G13 RhoGEF, RasGAP

Page 44: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Syntéza a

degradace

cAMP

Adenylylcyklasa & cAMP

cAMP – univerzální signální

molekula v živých

organismech

Page 45: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

G-proteiny regulovaná kaskáda cAMP

Page 46: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

G-proteiny regulovaná signalizace fosfolipasy C

PLCGq/11

R

Fosfatidylinositol

4,5-bisfosfát (PIP2)

Diacylglycerol (DAG) Inositol 1,4,5-trisfosfát (IP3)

PROTEIN KINASA C

Mitogeny aktivovaná

dráha PKC

R

Ca2+

Ca2+

ER

Page 47: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Vypínací mechanismy signalizace- desensitizace přenosu signálu

Page 48: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Receptory s vlastní nebo spřaženou

enzymovou aktivitou

• Receptorové tyrosinové kinasy (RTK)

• Receptory spřažené s tyrosin kinasovou

aktivitou / cytokinové receptory

• Receptorové serin/threoninové kinasy / TGF

receptory

• Receptorové tyrosinové fosfatasy

• Receptorové guanylylcyklasy

• Receptory spřažené s histidin kinasovou

aktivitou

Page 49: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Receptorové tyrosinové kinasy

Odpovědi zprostředkované

RTK

• buněčná proliferace

• buněčná diferenciace

• buněčné přežítí

• buněčná migrace

• buněčný metabolismus

• angiogenese

Ligandem indukovaná

aktivace RTK

- dimerizace

- následná křížová

fosforylace RTK

Page 50: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Fosforylace RTK vytvoří kotvící místa

pro vznik signálních komplexů

PTB: fosforylované Y

SH2: fosforylované Y

Page 51: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

RTK aktivace Ras rekrutováním

Ras do RTK signálního komplexu

Page 52: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

RTK signalizace

Page 53: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Proteinové signální moduly (domény) efektorů

SH2 a PTB se vážou k místům fosforylovaných Tyr

SH3 a WW se vážou k prolinem bohatým sekvencím

PDZ domény se vážou k hydrofóbním zbytkům na C konci cílových proteinů

PH domény se bvážou k různým fosfoinositidům

FYVE domény se specificky vážou k PI3P (fosfatidylinositol 3-fosfát)

Page 54: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Signal molecule

Activated relay

molecule

Receptor

Inactive

protein kinase

1 Active

protein

kinase

1

Inactive

protein kinase

2 Active

protein

kinase

2

Inactive

protein kinase

3 Active

protein

kinase

3

ADP

Inactive

protein

Active

protein

Cellular

response

ATP

PPP i

ADPATP

PPP i

ADPATP

PPP i

P

P

P

Page 55: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Obecné schema

MAP kinasové signální kaskády

Malý

G-protein

MAP kinasa kinasa

kinasa kinasa

MAP kinasa kinasa

kinasa

MAP kinasa kinasa

MAP kinasa

MAP kinasou

aktivovaná kinasa

ERK dráha

Ras

?

Raf

MEK

ERK

RSK

SAP kinasová dráha

Rac, Cd-42

PAK

MEKK

SEK

SAP kinasa (JNK)

MAPKAP kinasa

Page 56: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Signální dráhy GPCR a RTK

Aktivace GPCR Aktivace RTK

G protein Ras-GEF

/ podjednotky podjednotka Ras PI3K

K+ kanál MAP3K adenylylcyklasa PLC MAP3K PI(3,4,5)P3

MAP2K cAMP IP3 DAG MAP2K PDK1

MAPK PKA Ca2+ PKC MAPK PKB

Změny buněčného chování

Genová exprese a/nebo modifikace proteinů

Page 57: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

cGMP

NO

Ca2+

GTP

GMP

Ca2+

Ca2+

Arginin

+

Citrulin GTP

NO

PDE

Membranově vázaná

guanylylcyklasa

CaM

NO

syntasa

NO, guanylylcyclasa, cGMP a PKG

Iontové kanály

cGMP-dependentní PK

PDE

Solubilní

guanylylcyklasa

Intracelulární

Ca2+ zásobárny

Page 58: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Interakce p75NTR s proneurotrofiny,

maturovanými neurotrofiny a dalšími ligandy

RV – virus vztekliny

PrP – prion protein

A – -amyloid

Aktivace p75NTR

apoptóza

Interakce p75NTR s TRK modulace účinku neurotrofinu

Nogo receptor

inhibice

axonálního růstu

Page 59: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Proteiny interagující s p75NTR a Trkvybrané signální kaskády

Finální biologický účinek

(pro)neurotrofinů

- determinován rovnováhou

mezi signálními komponentami

udržujícíni přežití (Akt, TRAFs,

FAP-1 a RIP2), indukujícími

smrt (NRIF, NADE a NRAGE),

modulujícími buněčný cyklus

(NRAGE a SC-1) a

podporujícími neuronální

diferenciaci (Erk a RhoA)

Page 60: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Kalcium

Ca2+

nejběžnější signální prvek

nezbytný pro život, ale prodloužené zvýšení intracelulární

hladiny Ca2+ vede k buněčné smrti

nemůže být metabolizován

Normální hladina [Ca2+]i ~ 10-100 nM [Ca2+]e ~ 2 mM

Regulace [Ca2+]i … četné Ca2+ vazebné a vylučovací proteiny

– Ca2+ pumpy: Ca2+-ATPasa v plazmatické membráně ( PMCA)

a v SR & ER ( SERCA)

– Na+/Ca2+ a H+/Ca2+ výměník

– Ca2+ vazebné proteiny: spouštěcí - kalmodulin (… enzymy, iontové kanály)

pufrovací - kalsekvestrin, kalreticulin, kalnexin,

kalbindin, parvalbumin

Intracelulární zásobárny Ca2+

Endoplasmatické & sarkoplazmatické retikulum

Kalciosomy

Mitochondrie

Jádro

Page 61: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Kalcium jako sekundární posel

Metabolické

enzymy &

kinasy

Změna genové

exprese

Změna buněčného tvaru

nebo pohybu

Regulační

proteiny

genů

Cytoskeletární

proteiny

Změna

enzymových aktivity

Iontové

kanályReceptorové

proteiny

Intracelulární signální

molekula: Ca2+ !

Zpětná vazba

Ca2+

A

Propouštění Secretorické

váčky

plazmatická membrána

Exocytóza

Page 62: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Akce Ca2+ v buňce

Ca2+

Transmitter

release

Adenylyl

cyclase

Cyclic nucleotide

phosphodiesterase

PIP

hydrolysis

CaM kinase II

Protein kinase C

Calcineurin Nitric oxide

synthase

Calmodulin Muscle

contraction

Calpain

Internal

Ca2+ storesDiacylglycerol

IP3

Na+

Na+

channels

Ca2+

channels

Na+–Ca2+

channelsPhospholipases

Ca2+ regulated

ion channels

Ca2+

pump

Page 63: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Receptory v plazmatické membráně zvyšující intracelulární Ca2+

Via PLC Via PLC Přímo

1-Adrenergní

Muskarinové m1,m3,m5 Epidermální růstový faktor Nikotinové ACh kanály

Purinergní P2Y Růstový faktor odvozený z destiček Glutamátové rec. (iont. kanály)

Serotoninové 5-HT1C Fibroblastový růstový faktor 5-HT3

H1 Erb2 P2X

GnHR Receptory T lymfocytů

TRH

Glukagon

Cholecystokinin

Vasopressin V-1a, V-1b

Oxytocin

Angiotensin II

Thrombin

Bombesin

Vasoaktivní intestinální peptid

Bradykinin

Tachykinin

Thromboxany

Destičky aktivující faktor

F-Met-Leu-Phe

Endothelin opiate

BoPCAR

Page 64: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Základní mechanismy Ca2+ signalizace

Page 65: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Prostorové a časové aspekty

Ca2+ signalizace

Ca2+ se v buňce může propagovat formou vln:

např. přenos signálů do jádra

Dlouhodobé zvýšení hladin Ca2+ buňky zabíjí (např. glutamátová neurotoxicita)

Ca2+ vlny generovány periodicky

frekvence opakujících se vln kóduje sílu stimulu

Ca2+

con

cen

trat

ion

in c

ell

´cloud´ od Ca2+ ionsentering through Ca channel

at active zone close to vesicle

Page 66: Obecné schema přenosu sign lu - Univerzita Karlova · 2010. 5. 15. · Obecné schema přenosu signálu Příklady hormonů I. Peptidy a proteiny (růstové faktory)II. Deriváty

Kompartmentalizace Ca2+ signálů v neuronech


Recommended