Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Cellekommunikasjon PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22840237 E-post:

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Cellekommunikasjon PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22840237 E-post:"— Utskrift av presentasjonen:

1 Cellekommunikasjon PBM Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: E-post:

2 Cellekommunikasjon- hovedtyper Endokrin Hormoner Parakrin Lokalt virkende hormoner Vekstfaktorer Cytokiner Spesialtilfelle: Autokrin Synaptisk Kjemisk (nerveceller): Nevrotransmittere Elektrisk (hjerte, tarm): Via gap junctions Kontaktavhengig Alberts et al. 2002, Fig. 15-4

3 Endokrin signalering Hormoner Dannes i indresekretoriske kjertler Skilles ut i blodet Virker i små konsentrasjoner Bare celler som har reseptor påvirkes

4 Hormoner - typer Proteiner – peptider Mange (fra 3 aa til lange proteiner) Aminosyrederivater Biogene aminer (Katekolaminer, dopamin, serotonin, histamin) Thyroxin Steroider Glukokortikoider (cortisol) Mineralokortikoider (aldosteron) Androgener (testosteron) Østrogener (østradiol) Progestiner (progesteron) Vitamin D Retinoider (vitamin A)

5 Parakrin signalering Ikke skarpt skille endokrin/parakrin Lokalt virkende hormoner Div. tarmpeptider Vekstfaktorer Epidermal vekstfaktor (EGF) Platederivert vekstfaktor (PDGF) Transforming growth factor (TGF)  m.fl. Cytokiner Interleukiner Hematopoietiske vekstfaktorer Tumor nekrosefaktor (TNF)  Interferon (IFN)  og  Eicosanider (prostaglandiner, leukotriener, tromboxaner) Gasser NO CO

6 Nevrotransmisjon Kjemisk signal over synapsespalten Transmitterkriterier: Syntese eller opptak Frisetting ved nervestimulering Eksogen tilførsel etterlikner Blokkeres ved antagonister Inaktiveringssystem Klassiske nevrotransmittere Acetylcholin (ACh) Aminer (A, NA, DA, 5-HT, H) Aminosyrer/-derivater (GABA, Nyere nevrotransmittere Peptider

7 Reseptorer Bestemmer hvilke signaler en celle kan reagere på Spesifisitet Høy affinitet for ligand Reversibel binding (ikke alltid) Begrenset antall Binding av ligand setter i gang effekt To hovedgrupper: Intracellulære For lipofile ligander og gasser Reseptorer i cellemembranen (Membranreseptorer) Trenger signaloverføringssystem

8 Cellekommunikasjon - reseptorgrupper Intracellulære reseptorer Kjernereseptor-superfamilien Reseptor for NO Reseptorer i cellemembranen Ligand-regulerte ionekanaler G-protein-koblede reseptorer Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet)

9 Intracellulære reseptorer Kjernereseptor-superfamilien Gen-regulering (er ligand-aktiverte transkripsjonsfaktorer) Langsomme effekter Totalt ca. 50 Ligander: Klassiske Steroidhormoner Thyroideahormoner Vitamin D Retinoider (vitamin A) Nyere Fibrater (PPAR) Fettstoffer Metabolitter Toxiner Flere uidentifiserte Alberts et al. 2002, Fig

10 Intracellulære reseptorer Kjernereseptor-superfamilien Tre domener Ligand-bindende DNA-bindende Transkripsjons-aktiverende Bare gener med riktig element i promoteren reguleres Alberts et al. 2002, Fig

11 Intracellulære reseptorer Reseptor for NO NO-reseptoren er et enzym (guanylyl-syklase) Lager cGMP fra GTP (guanylyl-syklase) cGMP: virker via cGMP-avh. protein kinase brytes ned av cGMP-PDE (fosfodiesterase; hemmes av Viagra) Alberts et al. 2002, Fig

12 Cellulær signaloverføring - reseptorgrupper Intracellulære reseptorer Reseptorer i cellemembranen Ligand-regulerte ionekanaler G-protein-koblede reseptorer Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet)

13 Reseptorer i cellemembranen – tre grupper Alberts et al. 2002, Fig

14 Cellulær signaloverføring - reseptorgrupper Intracellulære reseptorer Reseptorer i cellemembranen Ligand-regulerte ionekanaler (Kapittel 11 – Membrantransport) G-protein-koblede reseptorer Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet) Alberts et al. 2002, Fig

15 Ligand-regulerte ionekanaler Ionekanaler som åpnes ved binding av ligand Eksit. og inhib. nevrotransmitter-reseptorer Eksitatoriske (Natrium/Kalsium-influks) Nikotinbindende acetycholinreseptor (NACh-R) Na +, K +, Ca 2+ I praksis: Influks av Na + --> depolarisering Glutamat-reseptorer AMPA-reseptorer (Kainat-type, Quisqualat A-type) Na + /K + NMDA Na + /K + /Ca 2+ Blokkeres av ekstracell. Mg 2+ - krever også depol. Serotonin-reseptoren 5-HT 3 Na +, K + I praksis: Influks av Na + --> depolarisering Alberts et al. 2002, Fig

16 Ligand-regulerte ionekanaler Ionekanaler som åpnes ved binding av ligand Inhibitoriske (Klorid-influks) GABA-A -reseptor Reseptor for barbiturater og benzodiazepiner (Valium o.l.) Glycin-reseptor

17 Signaloverføring - skjematisk Alberts et al. 2002, Fig. 15-1

18 Signaloverføring Prinsipper Proteiner i signalkjeden kan være: Formidlere – sender signalet videre til neste ledd Budbringere – bringer signalet til et annet sted i cellen Adaptere – binder sammen to signalmolekyler Forsterkere – f.eks. ved å danne flere nye signalmolekyler Omformere – f.eks. danne nytt signalmolekyl Forgrenere – aktiverer flere nedstrøms signalveier Integratorer – tar i mot signal fra flere signalveier, videre signal kan f.eks. være avhengig av at begge er tilstede Forankring Signalkjeder holdes sammen eller lokaliseres til bestemte strukturer ved forskjellige typer forankringsproteiner (scaffold, anchoring, docking proteins) Alberts et al. 2002, Fig

19 Protein-fosforylering Reversibel protein-fosforylering svært viktig biologisk reguleringsmekanisme Fosforylering: Protein-kinaser Defosforylering: Protein-fosfataser ATPADP Protein-OH Protein-PO 4 Protein-fosfatase Protein-kinase H2OH2OPiPi

20 Protein-kinaser i signaloverføring Ser/Thr-kinaser cAMP-avhengig protein-kinase (PKA) Reseptor for syklisk AMP (cAMP) To regulatoriske (R) og to katalytiske (C) subenheter cAMP-binding frigir aktive katalytiske subenheter cGMP-avhengig protein-kinase (PKG) Reseptor for cGMP R og C i samme protein, ellers som PKA Alberts et al. 2002, Fig

21 Protein-kinaser i signaloverføring Ser/Thr-kinaser, Tyr-kinaser Protein-kinase C (PKC) Ca 2+ /fosfolipid-avhengig protein-kinase Aktiveres av Ca 2+ og DAG (diacylglycerol) Mange subtyper Ca 2+ /Calmodulin-avhengige protein-kinaser Flere subtyper Tyrosin-kinaser Reseptor tyrosin-kinaser (mange forskjellige) Non-reseptor tyrosin-kinaser (mange forskjellige)

22 Protein-fosfataser Ser/Thr-fosfataser Protein fosfatase I Protein fosfatase IIA Protein fosfatase IIB Calcineurin Ca 2+ -aktivert Mål for immunsuppresive legemidler Protein fosfatase IIC Tyr-fosfataser Mange (se senere)

23 Signaloverføring Prinsipper Molekylære brytere Protein-fosforylering GTP-binding Alberts et al. 2002, Fig

24 Signaloverføring Prinsipper Signal-integrering (koinsidens-deteksjon) Alberts et al. 2002, Fig

25 Signaloverføring Prinsipper Signalkomplekser Preformerte eller Rekrutteres som følge av signal Alberts et al. 2002, Fig

26 Signaloverføring Prinsipper Mange signalproteiner består av funksjonelle moduler, f.eks.: Bindingsdomener PDZ PH PTB SH2 SH3 Katalytiske domener Regulatoriske domener Alberts et al. 2002, Fig

27 Signaloverføring Prinsipper Mekanismer for å justere følsomheten Adaptasjon, desensitivisering Viktig for mange legemidler (tilvenning, tachyfylakse) Alberts et al. 2002, Fig

28 Cellekommunikasjon - Reseptorgrupper Intracellulære reseptorer Reseptorer i cellemembranen Ligand-regulerte ionekanaler G-protein-koblede reseptorer Reseptor G-protein Effektor Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet) Alberts et al. 2002, Fig

29 G-protein-mediert signaloverføring Reseptor, G-protein, Effektor  Reseptor  Flere hundre forskjellige - kan være mange forskjellige for hvert signalmolekyl  G-protein   -,  - og  -subenheter  Tre hovedfamilier, inndelt etter  -subenheten  Effektor  Adenylyl-syklase  Fosfolipaser  Ionekanaler  cGMP fosfodiesterase (synsmekanismen i retina)

30 G-protein-mediert signaloverføring Clapham DE & Neer EJ, Annu Rev Pharmacol Toxicol 37: , 1997

31 G-protein-mediert signaloverføring Regulering av adenylyl-syklase

32 G-protein-koblede reseptorer En av de største protein-familiene Mål for mer enn 50% av alle legemidler Omfatter reseptorer for de fleste signalstoffer: Aminer (katekolaminer, serotonin, dopamin) Acetylcholin (muskarinbindende ACh-res.) Aminosyrer/-derivater (mGlu, GABA B ) Eicosanoider (prostaglandiner m.m.) Nukleosider/Nukleotider (adenosin, ATP) Peptider (PTH, vasopressin, oxytocin, TRH, ACTH, glukagon) Glykoprotein-hormoner (LH/CG, FSH, TSH) Proteaser (thrombin) Ioner (Ca 2+ ) Lukt Synspigment (rhodopsin) m.m.

33 G-protein-koblede reseptorer Struktur Gether U & Kobilka BK, JBC 273: , 1998 Størst likhet i transmembrane områder Mest varierende: N-terminus (ekstracellulær) 3. intracellulære domene C-terminus (intracellulær) 7 hydrofobe, transmembrane domener 7-transmembrane spanning receptors, 7-TMS receptors Serpentine receptors Heptahelical receptors

34 G-protein-koblede reseptorer Variasjoner over et tema Ji TH et al., JBC 273: , 1998

35 G-protein-mediert signaloverføring G-proteiner Historie Først påvist i forbindelse med aktivering av adenylyl-syklase ved glukagon (1970, 1980) Senere påvist i forbindelse med overføring av lyssignaler til nerveimpulser i netthinnen (1975, 1980) (Lys-aktivert rhodopsin  GTP-Transducin  Aktiverer cGMP-PDE  cGMP fjernes  cGMP-regulerte Na + -kanaler lukkes  Hyperpolarisering  Red. frigjøring av inhibitorisk transmitter  Eksitasjon av postsynaptiske nerveceller) Både positiv og negativ regulering av adenylyl-syklase (AC) via G-protein G s (stimulerer AC): Aktiveres irreversibelt av cholera-toxin (kolera) G i (hemmer AC): Inaktiveres irreversibelt av pertussis-toxin (kikhoste)

36 G-protein-mediert signaloverføring G-proteiner Tre subenheter (  )  -subenheten Binder og hydrolyserer GTP (aktivering - inaktivering) Dissosierer fra  ved stimulering (aktivering) Påvirker effektorsystemet (eks. adenylyl-syklase) til økt/redusert aktivitet Minst 16 forskjellige  -subenheter i tre hovedfamilier: I: G s, G olf : Stim. AC II: G i, G o, G t : Bl.a. hemmer AC III: G q : Stim PL-C  -subenheten Forankrer G-proteinet i membr. Egne signalfunksjoner Minst 6 forskj.  -subenheter Minst 12 forskj.  -subenheter Alberts et al. 2002, Fig

37 G-protein Aktivering/Inaktivering Alberts et al. 2002, Fig Aktivert reseptor katalyserer GDP- frigjøring (hastighetsbegrensende trinn, binding av GTP skjer deretter) Dvs. aktivert reseptor er “GDP- releasing factor” GTPase-aktivitet skrur G-proteinet av Regulatorisk syklus:

38 G-protein-mediert signaloverføring Effektorsystemer Adenylyl-syklase  cAMP  PKA Fosfolipaser Fosfolipase C  IP 3 (  Ca 2+ ) og DAG (  PKC) Fosfolipase A 2  Arakidonsyre  Prostaglandiner m.m. Fosfolipase D Ionekanaler K + -kanaler Ca 2+ -kanaler cGMP fosfodiesterase (synsmekanismen i retina) Alberts et al. 2002, Fig

39 Serotonin-reseptorer Eksempel på mange reseptorer og signalveier for et signalmolekyl

40 G-proteiner: Effektorsystemer Adenylyl-syklaser Danner syklisk AMP (cAMP) fra ATP (MgATP) Minst 8 forskjellige subtyper 2 x 6 transmembrane områder Forskjellige subtyper reguleres av: G  s (+) G  i (-) G  o (+/-) G  (+/-) Ca 2+ (+/-) Forskolin (+) Nedbrytning av cAMP: fosfodiesteraser (PDE) – mange forskjellige – kan også forankres og reguleres Virkning av cAMP: Via cAMP-avhengig protein-kinase, mange forskjellige effekter Alberts et al. 2002, Fig

41 cAMP som second messenger Adenylyl-syklase danner syklisk AMP (cAMP) fra ATP Nedbrytning av cAMP: Fosfodiesteraser (PDE) – mange forskjellige – kan også forankres og reguleres Virkninger av cAMP: Aktiverer cAMP-avhengig protein- kinase (PKA)  fosforylering av mange forskjellige proteiner Ionekanaler Nyeste: Epac (cAMP-aktivert Rap- GAP) Alberts et al. 2002, Fig

42 G-proteiner: Effektorsystemer Fosfolipase C (PL-C) Spalter PIP 2 til IP 3 og DAG IP3 gir Ca 2+ -frigjøring DAG aktiverer PKC Subtyper PL-C  (  1,  2,  3) - reguleres av G-protein PL-C  (  1,  2) - reguleres av tyrosin- kinaser PL-C  (  1,  2,  3) - regulering dårlig kjent Alberts et al. 2002, Fig

43 G-proteiner: Effektorsystemer Andre fosfolipaser Fosfolipase A 2 (PL-A 2 ) Spalter av arakidonsyre fra fosfolipider Arakidonsyre  Prostaglandiner, Leukotriener m.m. Sannsynlig regulering ved G-proteiner Fosfolipase D Spalter av fosfocholin fra fosfolipider Sannsynlig regulering ved G-proteiner, PKC, Ca 2+ og tyrosin-kinaser

44 Aktivering av protein-kinase C (PKC) via fosfolipase C (PL-C) Alberts et al. 2002, Fig

45 Ca 2+ som second messenger Intracellulær Ca 2+ -kons.: M Holdes nede vha. forskj. pumpe-mekanismer Stimulering av cellen kan øke [Ca 2+ ] i til M Mekanismer: IP 3 -reseptorer i ER er ligand-styrte Ca 2+ -kanaler Ca 2+ -kanaler i cellemembranen åpnes og slipper Ca 2+ inn i cellen Andre Ca 2+ -kanaler i SR/ER Økning av [Ca 2+ ] i kan visualiseres vha. Ca 2+ -følsomme fluorescerende stoffer: Alberts et al. 2002, Fig

46 Vedlikehold av lav intracellulær Ca 2+ - konsentrasjon Alberts et al. 2002, Fig

47 Ca 2+ virker via Ca 2+ -bindende proteiner Viktigst: Calmodulin (CaM) Opptil 1% av cellens proteinmasse Medierer nesten alle Ca 2+ -effekter, bl.a. via Ca 2+ /CaM-avhengige protein-kinaser (CaM-kinaser) I skjelettmuskel: Troponin C Alberts et al. 2002, Fig

48 CaM-kinase II som frekvens-dekoder Alberts et al. 2002, Figs , & Ca 2+ -oscillasjoner2. Aktivering av CaM-kinase II 3. Effekt av økt frekvens

49 G-protein-koblede reseptorer Regulering av følsomhet - desensitivisering Mekanismer: Fosforylering av reseptor Binding av arrestin Hindrer kobling til G-protein Setter i gang internalisering av reseptor (binder til clathrin) Alberts et al. 2002, Fig


Laste ned ppt "Cellekommunikasjon PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22840237 E-post:"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google