CELLSIGNALERING

CELLSIGNALERING
CELLSIGNALERING
• alla levande celler tar emot och skickar
signaler
encellig organism
flercellig organism
signaler till/från
omgivningen
intracellulär signalering
förutsättning för att
en fungerande
organism ska utvecklas
1
INNEHÅLL
•
•
•
•
Generella principer
Signalsubstanser
Receptortyper
Intracellulär signalöverföring
CELLSIGNALLERING
signalerande cell – signalmolekyl - receptor – målcell
Reglerar all cellverksamhet
2
Membran-bundna ligander
Sekreterade ligander
Generella principer
• Cellens uppsättning av receptorer avgör vilka
ligander/signaler den svarar på
• Alternativa kombinationer av ligander och
receptorer => olika svar i samma cell
• Samma ligand (och receptor) kan ge olika svar i
olika celler
• Varaktighet beror på halveringstid och
spridningsförmåga
3
SIGNALSUBSTANSER
• Diffunderar in i cellen:
– Små hydrofoba (steroider etc)
– NO och CO
• Binder membranreceptorer:
– Neurotransmittorer
– Peptidhormoner, tillväxtfaktorer
– Eicosanoider (prostaglandiner)
4
RECEPTORER
Generella principer:
signaltransduktion, signal-kaskader
• överföring
• förändring
• amplifiering
• distribution
• modulering
5
Små hydrofoba –
intracellulära receptorer
• Diffunderar genom membran
– steroidhormoner
(Nukleära receptorer)
– tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner)
– vit. D3
– retinoider
Nukleära receptorer
6
NO (intracellulär receptor)
•
•
•
•
från Arginin (eNOS, iNOS)
diffunderar genom membran
kortlivad
binder till intracellulärt enzym (receptor)
ACh
NO
cGMP (Relax)
nervceller
endotelceller
glatta muskelceller
Neurotransmittorer (hydrofila)
7
Neurotransmittorer –
Ligand-reglerade jonkanaler
”Gatade” jonkanaler
8
PEPTIDER membranreceptorer
• hormoner
– insulin, glukagon, tillväxthormon
• neuropeptider
– från nervceller
– Endorfin, enkefalin (samtidigt hormoner)
• tillväxtfaktorer
– EGF, NGF, PDGF
– cytokiner
– membranförankrade tillväxtfaktorer
EGF
INSULIN
Epidermal growth factor
(Tyrosin kinas receptorer)
9
EICOSANOIDER
membranreceptorer
•
•
•
•
Lipider
från arakidonsyra, kortlivade
Autokrin, parakrin signalering
trombocytaggregering, inflammation, glatt
muskulatur
• acetylsalicylsyra (Aspirin, Treo mfl.) hämmar
cyclo-oxygenas
syntes av
prostaglandiner
10
RECEPTORER
• Intracellulära
– Enzym
– transkriptionsfaktorer
• membranreceptorer
– Jonkanalsreceptorer
– G-proteinkopplade
– Enzymlänkade
INTRACELLULÄRA
RECEPTORER
• cytoplasman eller i kärnan
• Transkriptionsfaktorer –
– Ligandbindande domän
– DNA-bindande domän
– Transaktiverande domän (reglerar
transkription)
• styr genutryck
11
Östrogen-receptorn
MEMBRAN-RECEPTORER
12
MEMBRANRECEPTORER
• Ligander kan inte passera cellmembran
– Neurotransmittorer, peptidhormoner, neuropeptider,
tillväxtfaktorer, eicosanoider
• Kan blockeras, inaktiveras eller
överstimuleras av främmande substanser,
– nikotin, valium, morfin, läkemedel, toxiner
• snabbt svar (sekunder-minuter)
– förändrad proteinfunktion
• långsamt svar (minuter-timmar)
– förändring i proteinsyntes
Jonkanallänkad receptor
1. neurotransmittor
binder
2. jonkanalen öppnas
3. joner strömmar in/ut
4. spänningen över
cellmembranet ändras
13
G-PROTEINKOPPLADE
RECEPTORER
• största gruppen
membranreceptorer
– Neurotransmittorer,
peptider, eicosanoider
• (7 α-helices)
G-proteinkopplade receptorer
- G protein
• G = ”guanine
nukleotide-binding ”
• heterotrimer – α, β, γ
•
α binder GTP/GDP
– reglerar aktivitet
• Stor familj G-protein,
reglerar ex:
– K+ kanaler i myokardiet
– membranbundna
enzymer
14
Ex: aktiverar adenylatcyclase
-> cAMP (intracellulär 2nd messenger)
Animation
15
ENZYMLÄNKADE RECEPTORER
• intracellulär enzym-del, eller associerad
med ett enzym
• extracellulär ligandbindande domän
• Intracellulär enzymatiskt domän
– snabba svar
• Cytoskelettet, ex. cellrörelse
– långsamma svar
• tillväxtfaktorer, e.x. EGF -> genutryck
Tyrosinkinas-receptorer
• fosforylerar tyrosin-grupper på
målproteinet
• extracellulär N-terminal binder ligand
• transmembranregion α-helix
• intracellulärt C-terminal med
tyrosinkinasaktivitet
16
Ligandbindning ->
1. Dimerisering och autofosforylering
2) nedströms signalmolekyler binder autofosforylerade tyrosingrupper
17
Avstängning av signal
• tyrosinfosfataser defosforylerar
Eller:
• endocytos av receptorn,
degradering
p
p
p
Enzymlänkade receptorer (forts)
• protein tyrosin-fosfataser
• Receptorassocierade proteaser
• serin/threonin kinas
•Guanylylcyklas
•ligandbindning ger cyklas-aktivitet
GTP => cGMP
cGMP : 2nd messenger
18
INTRACELLULÄR
SIGNALÖVERFÖRING
• ligand binder receptorn
• receptorn förändras (ev. interagerar med enzym)
• intracellulära budbärarmolekyler för signalen vidare
– Adenylylcyklas
– Guanylylcyklas
– Fosfolipas C
– PI3-kinas
- cAMP
- cGMP
- inositoltrifosfat (IP3)
- diacylglycerol (DAG)
- fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3)
• MÅl:
–
–
–
–
–
–
Gentranskription
Metabol aktivitet
Cytoskelettet (form, rörelse, vidhäftning)
Membran molekyler
Sekretion
…
cAMP - en 2nd messenger
19
Fosforylering och defosforylering
styr enzym-aktivitet
Animation signal amplifiering
20
cAMP-inducerad
genexpression
CRE = cAMP response element
CREB = CRE-binding protein
cAMP kan även påverka
jonkanaler direkt
Phospholipase C – PLC
aktiveras av tyrosin kinase och G-protein
kopplade receptorer =>ger DAG och IP3
phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate
diacylglycerol
inositol 1,4,5-trisphosphate
21
Fosfolipas C aktivering
IP3 och Ca2+
• IP3 binder till receptorer
(jonkanallänkad) på ER
• Ca2+ flödar ut från ER
• Ca2+ binder till Ca 2+ bindande proteiner som
ändrar form (ex calmodulin)
=> påverkar enzymer
(fosforylering av RLC i
Myosin II)
22
DAG och IP3
DAG
IP3
•DAG och Ca2+ samverkar
-aktiverar proteinkinas C
(PKC)
•PKC fosforylerar sina olika
målprotein (varierar
beroende på celltyp)
Calmodulin
ett exempel på Ca 2+-bindande
protein som aktiverar målproteiner
CaM-kinaser fosforylerar/aktiverar
målproteiner:
-metabola enzym,
-jonkanaler,
-transkriptionsfaktorer
-etc.
23
intracellulär Ca2+-koncentration
• viktig signal!!
• exciterbara celler: nervceller och
muskelceller
• Sekretion, aggregering.
• Embryonalutvecklingen
MAP kinase pathway
• Mitogen-activated protein kinases
• kaskad av proteinkinaser
• styr cellens svar på signaler,
– celltillväxt, differentiering, etc
• Receptor –> Ras –> Raf –> MEK –> ERK
–> målprotein
24
MAP-kinas kaskaden
Ras – aktiverar Raf, reglerad av GTP/GDP bindning
Raf – ett kinas som fosforylerar
MEK – ett kinas som fosforylerar
ERK – ett kinas som fosforylerar
Vad fosforyleras? kinaser, transkriptionsfaktorer etc.
ERK
ERK – extracellular
signal-regulated kinase
Fosforylerar proteiner (ex.
TF:S)
-aktiverar proteiner
lokaliserade både
I cytoplasman och i kärnan
Aktiverade TF:s binder DNA
25
Ras-aktivering via Tyrosinkinasreceptor
SH-domain på Grb2 binder aktiverad receptor
Grb2-SOS-komplex aktiverar Ras
Ras-GTP interagerar med olika proteiner som
rekryterar Raf, som aktiveras.
26
Integrin signalering
signaling networks
27
Fyra parallella intracellulära
signalvägar och förbindelserna
mellan
dem
p p
p p
p p
transmembranreceptor
tyrosinkinasreceptor
G-protein
G-protein
fosfolipas C
adaptorprotein
adenylatcyklas
IP3
DAG
Ras-aktiverande
protein
cAMP
Ca2+
Ras
calmodulin
Raf
MEK
ERK
A-kinas
CaM-kinas
Genregulatoriska proteiner
C-kinas
Övriga målproteiner
A mammalian signaling network
28
SAMMANFATTNING
• Cellsignallering på olika avstånd och med olika
signalsubstanser
• Signalreglering, signalintegration
• Signalsubstanser
• Receptortyper
–
–
–
–
Intracellulära
Jonkanalsreceptorer
G-proteinkopplade
Enzymlänkade
• Intracellulär signalöverföring
– second messengers: cAMP, cGMP, IP3, DAG, Ca 2+,
PIP3
– MAP-kinas och JAK/STAT
Ex på tentafrågor
• Vilken är de principiella skillnaderna mellan endokrin,
parakrin och neuronal (synaptisk) signallering? ) Nämn
en signalsubstans för var och en
• Två olika sekundär budbärare (second messengers)
syntetiseras då fosfolipas C aktiveras. Vilka? Ökad halt
av en av dessa sekundära budbärare (second
messengers) leder till ökad cytosolhalt av en jon. Vilken
second messenger? Vilken jon?
• Förklara hur integrering av två signaler som cellen
mottager samtidigt via två olika receptorer för två olika
signalmolekyler kan ske.
• Vilka är de tre huvudtyper av ytreceptorer som finns? Ge
en schematisk beskrivning av var och en av dem. Rita
gärna
29