Cellekommunikasjon II PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22840237 E-post: f.o.levy@klinmed.uio.no

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)

Enzym-koblede reseptorer Reseptor tyrosin-kinaser Tyrosin-kinase-assosierte reseptorer Reseptorliknende tyrosin-fosfataser Reseptor serin/threonin-kinaser Reseptor guanylyl-syklaser Histidin-kinase-assosierte reseptorer

Enzym-koblede reseptorer Reseptor tyrosinkinaser (RTK) EGF-reseptor Tyrosinkinase-assosierte reseptorer Assosierer med non-reseptor tyrosinkinaser Src-familien (eks. antigenreseptorer på B- og T-celler) FAK (integriner) Jak (cytokin-reseptorer) Reseptorliknende tyrosinfosfataser Trolig reseptorer, men ligander ikke godt klarlagt Reseptor serin/threonin-kinaser TGFb-reseptor Reseptor guanylylsyklaser ANF-reseptor Histidinkinase-assosierte reseptorer Kjemotakse i bakterier

Reseptor tyrosinkinaser (RTK) Ett transmembrandomene Tyrosinkinaseaktivitet i intracellulære del Aktiveringsmekanisme: Ligandindusert reseptordimerisering fører til intermolekylær ”autofosforylering” på flere Tyr-residier To konsekvenser: Økt Tyr-kinaseaktivitet Fosforylering av Tyr i gjenkjenningssekvenser for bl.a. SH2-domener Aktivert, Tyr-fosforylert reseptor blir dermed forankringsprotein for forskj. signalproteiner med SH2-domener og PTB-domener  Rekruttering av signalproteiner med slike domener

Reseptor tyrosinkinaser – mange familier Alberts et al. 2002, Fig. 15-49

Reseptor tyrosinkinaser Alberts et al. 2002, Table 15-4

Reseptor tyrosinkinaser Forskjellige mekanismer for ligand-indusert dimerisering av reseptor PDGF: Er dimer FGF: Sitter bundet på proteoglykaner i intercellulær matrix Ephriner: Sitter i cellemembranen på annen celle Alberts et al. 2002, Fig. 15-50

Reseptor tyrosinkinaser Dominant negative muterte reseptorer er nyttig forskningsverktøy Alberts et al. 2002, Fig. 15-51

Reseptor tyrosinkinaser Rekruttering av signalproteiner som følge av Tyr-fosforylering Alberts et al. 2002, Fig. 15-52

Reseptor tyrosinkinaser Rekruttering av signalproteiner via SH2-domener Alberts et al. 2002, Fig. 15-53

Reseptor tyrosinkinaser Eksempler på signalførende substrater/målproteiner for RTKs: Enzymer PLCg (danner Ins-1,4,5-P3 og DAG) PI-3 kinase (danner PtdIns-3,4,5-P3 og andre PtdIns-3-fosfater) c-Src og andre medl. av Src-familien (non-reseptor tyrosinkinaser) PTPs (flere Tyr-fosfataser) RasGAP (Ras GTPase-aktiverende prot. – Neg. regulator av Ras-signalveien) Adapter/Forankringsproteiner: Shc (adapterprotein med SH2-domene) Grb2 (SH2 og to SH3-domener) IRS-1, IRS-2 (dokking-proteiner for insulin-reseptor) m.fl. Forskjellig for hver reseptor – mye kartlegging gjenstår

Ras – en molekylær bryter som aktiveres av RTK Alberts et al. 2002, Fig. 3-70 Alberts et al. 2002, Fig. 3-71 Alberts et al. 2002, Fig. 15-54

Aktivering av Ras fra aktivert RTK Aktivert RTK rekrutterer Ras-GEF (via adapter-protein) Ras-GEF aktiverer Ras Alberts et al. 2002, Fig. 15-55

Aktivert Ras aktiverer en fosforyleringskaskade Første ledd i fosforyleringskaskaden har Ras-bindende domene, som bare gjenkjenner aktivert Ras (Ras-GTP) Alberts et al. 2002, Fig. 15-56

PI 3-kinase sørger for membranforankring PI-3 kinase danner PI(3,4,5)P3 og andre PI 3-fosfater PI(3,4)P2 og PI(3,4,5)P3 forankrer plekstrin homologi (PH)-domener til membranen Defekt PH-domene i Btk gir immunsvikt (av B-celler) PI 3-fosfater defosforyleres av inositol fosfolipid fosfataser Eks.: PTEN – mutasjon gir cancer Alberts et al. 2002, Fig. 15-58

PI 3-kinase – betydning i B-celler Defekt PH-domene i Btk gir immunsvikt (Brutons type agammaglobulinemi; Btk=Brutons tyrosine kinase) Alberts et al. 2002, Fig. 15-59 + video: 15_6.mov

PI 3-kinase – betydning for celleoverlevelse Eks.: Mutasjon i PTEN (inositol fosfolipid fosfatase) gir cancer Alberts et al. 2002, Fig. 15-60

Oppsummering – fem signalveier fra GPCR/RTK Alberts et al. 2002, Fig. 15-61

Tyrosinkinase-assosierte reseptorer og non-reseptor tyrosinkinaser Stor, heterogen gruppe reseptorer Assosierer med cytoplasmatiske (non-reseptor) tyrosinkinaser Eksempler på familier av non-reseptor tyrosinkinaser og reseptorer som benytter dem: Src-familien (eks. antigenreseptorer på B- og T-celler) FAK (integriner) Jak (cytokin-reseptorer)

Non-reseptor tyrosinkinaser: Src Første tyrosinkinase som ble oppdaget: v-Src (1978) – fra Rous sarcoma virus Oncogen Domenestruktur: N-SH3-SH2-SH1 (kinase)-C: Alberts et al. 2002, Fig. 3-67

Aktivering av Src Defosforylering av inhibitorisk fosfat (som holdes fast i SH2-domenet) (Auto)fosforylering av aktiverende fosfat Stabilisering ved proteinbinding Src som signal- integrator: Alberts et al. 2002, Fig. 3-68 Alberts et al. 2002, Fig. 3-69

Cytokin-reseptorer, Jak, STAT Alberts et al. 2002, Fig. 15-63

Cytokin-reseptorer, Jak, STAT Reseptorer av hematopoietin-reseptor-familien: IFN, EPO, PRL, GH, GM-CSF, IL-3 (Table 15-5) Jak: Janus kinase (ikke ”just another kinase”) Fire typer (Jak1, Jak2, Jak3, Tyk2) Permanent assosiert med reseptor Ligand-indusert dimerisering av reseptor  Jak aktiverer hverandre ved fosforylering, og blir i stand til å fosforylere reseptoren på Tyr STAT (”Signal Transducer and Activator of Transcription”) bindes til Tyr-P, fosforyleres av Jak, dimeriserer og vandrer til kjernen som aktiv transkripsjonsfaktor

Cytokin-reseptorer, Jak, STAT Alberts et al. 2002, Table 15-5

Reseptor-liknende tyrosin-fosfataser Flere som ligner på reseptorer (RTK) Ligander ikke godt klarlagt Alberts et al. 2002, Fig. 15-64

Reseptor Ser/Thr-kinaser og Smad Alberts et al. 2002, Fig. 15-65

Reseptor Ser/Thr-kinaser og Smad TGF-b superfamilien TGF-b Aktivin (Inhibin, aktivin) BMP (bone morphogenetic proteins) – største gruppe Liganden er dimer To typer reseptorer (type I og type II), som bringes sammen av liganden Ligand binder type II, som rekrutterer, fosforylerer og aktiverer type I Type I fosforylerer en reseptor-aktivert Smad (Smad 2/3 (TGF-b, aktivin) eller 1/5/8 (BMP)), som dissosierer fra reseptoren, binder Smad4 og vandrer til kjernen som aktiv transkripsjonsfaktor (kfr. Jak-STAT signalvei) Negativ feedback: Induksjon av Smad 6/7 (inhibitoriske)

Proteinkinaser i signaloverføring Fig. 3-63 Alberts et al. 2002, Fig. 15-66 Fig. 3-64

Proteinkinaser Alberts et al. 2002, Fig. 3-65

Histidinkinase-assosiert reseptor og bakteriell kjemotakse Alberts et al. 2002, Fig. 15-67 Alberts et al. 2002, Fig. 15-68 Alberts et al. 2002, Fig. 15-69

Signaloverføring via regulert proteolyse Foregår i proteasomer Proteiner merkes for proteolyse ved ubiquitylering Notch Kontaktinhibisjon, utviklingsbiologi, cancer Mulig parallell til antatt mekanisme for Alzheimers sykdom (kløving av APP ved presenilin-1 (PS-1)) Regulert ved glykosylering Wnt Utviklingsbiologi, cancer Wnt aktivering av LRP og frizzled (7-TM) aktiverer Dishevelled, som hemmer GSK-3b og unndrar b-catenin fra proteolyse Relevans: Mutasjoner i APC (med på å regulere GSK-3b) gir coloncancer

Signaloverføring via regulert proteolyse Hedgehog Utviklingsbiologi, cancer Ukjent signal fra Smoothened (7-TM) hindrer proteolyse av transkripsjonsfaktor Hedgehog binder Patched og frigir dermed Smoothened fra konstant inhibisjon Signaloverføring via NF-kB Stressrespons og proinflammatoriske stimuli Eks.: TNF-a, IL-1 Legemiddelrelevans: Antistoff mot TNF-a mot bl.a. leddgikt

Notch/Delta – Kontaktinhibisjon Alberts et al. 2002, Fig. 15-70

Notch – Proteolyse x 3 Alberts et al. 2002, Fig. 15-71

Wnt/Frizzled/b-Catenin Alberts et al. 2002, Fig. 15-72

Hedgehog Alberts et al. 2002, Fig. 15-73

Signaloverføring via NF-kB Stressrespons og proinflammatoriske stimuli Eks.: TNF-a, IL-1 Inhibitor (IkB) fosforyleres, løsner og degraderes – NFkB går til kjernen som aktiv transkripsjonsfaktor Legemiddelrelevans: Antistoff mot TNF-a mot bl.a. leddgikt Alberts et al. 2002, Fig. 15-74