Other-recent-faces of GPCR and G-protein signaling

Transcript

1 Ανασκόπηση ΙΙΙ Υποδοχείς 3: GPCRs βιολογική (και φαρµακολογική) σηµασία των GPCRs κατηγορίες πρωτεϊνών G κατηγορίες τελεστών-ενζύµων και 2α µηνύµατα το Ca 2+ και το NO ως 2α µηνύµατα βασικές κυτταρικές και βιολογικές λειτουργίες φαρµακολογικές επιπλοκές: ολοκλήρωση σηµάτων, διαφορετικοί τύποι υποδοχέων, απευαισθητοποίηση, κατάργηση/αποµάκρυνση υποδοχέων (downregulation)

2 Other-recent-faces of GPCR and G-protein signaling I. Receptor switching PKA phosphorylation of the β2αr shifts its coupling primarily to Gi instead of Gs

3 II. GPCRs unfaithful to G-proteins Two examples of transduction triggered via a direct interaction of GPCRs with proteins containing PDZ and EVH-like domains.

4 III. GPCRs crosstalk with RTKs and the Ras/MAPK pathway. Enhancing signaling complexity

5 IV. Effects of GPCR phosphorylation by distinct kinases

6 V. GPCR and G-proteins reside in lipid rafts/caveolae: signaling from plasma membrane microdomains Schematic representation of the lipid and protein organization of a caveolae. Sphingolipid- and cholesterol-rich domain is shown in red and nonraft lipid domains are shown in blue. Also shown are undefined cytoskeletal interacting proteins (orange, green, purple) and noncaveolar membrane proteins (blue) and partners (light blue).

7 VI. Regulators of G-protein signaling: RGS proteins RGS proteins functions as α-subunit GAPs: they activate their GTPase activity (up to 1000fold)

8 VII. Novel aspects of GPCR signaling: hetero-dimerization Examples Same family DOR-KOR DOR-MOR sst2a-sst3 β1ar-β2ar D1-D2 Different family α2r-mor AT1R-β2AR 5HT2A-mGluR2 Regulation of: Agonist potency and affinity G-protein signaling and switching Scaffold protein interaction

9 4. Υποδοχείς που συζεύγνυνται µε τυροσινικές κινάσες (υποδοχείς αυξητικών παραγόντων ή RTKs υποδοχείς κυτοκινών )

10 RTKs: Αγωνιστές και δράσεις «-ουµάµπες» (trastuzumab ή Herceptin «-ινίµπες» (imatinib ή Cleevec) αυξητικοί παραγόντες (growth factors)

11 Σύγκριση RTKs και υποδοχέων κυτοκινών

12 Ενεργοποίηση υποδοχέων αυξητικών παραγόντων: δραστικότητα τυροσινικής κινάσης ενεργοποίηση της µικρής GTPάσης Ras και φωσφορυλίωση πρωτεϊνικών κινασών ERK1/2 (ή MAPK) ενεργοποίηση ενζύµων-τελεστών των φωσφοϊνοσιτιδίων: φωσφολιπάση PLCγ, κινάση PI3K και πρωτεϊνική κινάση Akt

13 Η αντίδραση GTPάσης GDP GTP GTPάσες µικρού µοριακού βάρους (Ras, Rac, Rho, Ran, Rab, Rheb, κτλ) Τριµερικές πρωτεΐνες G (Gα υποµονάδες)

14 RTKs, η µικρή GTPάση Ras και η πορεία των MAPK RAF ΚΙΝΑΣΗ 1 MEK ΚΙΝΑΣΗ 2 ERK ΚΙΝΑΣΗ 3

15 Οι κινάσες Erk1/2 ως τελικοί τελεστές της πορείας Ras/MAPK πολλαπλασιασµός διαφοροποίηση

16 RTKs και φωσφοϊνοσιτίδια: PI3K και PIP 3 ως 2ος αγγελιοφόρος PI 3- κινάση PIP 2 PIP 3 NGF HGF BDNF Insulin PI (4,5)P 2 PIP 3 p p PI3K PTEN

17 Ινσουλίνη και παραγωγή PIP 3 ως 2ος αγγελιοφόρος -12 min +3 min -1 min +5 min +PH Akt video +7 min +9 min

18 RTKs, PI3K/PIP 3 και η πρωτεϊνική κινάση Akt

19 Κινητική σηµατοδότησης από ινσουλίνη Ενεργοποίηση PI3K και Akt από ινσουλίνη IR PI3K PIP2 PIP3 Akt Φαρµακολογική αναστολή PI3K και Akt Akt p(s473)akt p(t308) Akt Akt p(s473)akt p(t308) Akt starved 1 min 100 nm Insulin 3 min 5 min 1,6 1,45 1,06 1,28 1,3 1,0 0 0,58 0,93 1,18 1,33 1,0 0 0,59 1,35 1,61 1,53 1,0 untreated 3min 10min 15min 10 min 15 min 200 nm Wortmannin 1,0 1,47 1,61 1,41 2,0 1,0 0,39 0,16 0, min 1,0 0,44 0,06 0,06 0

20 Σηµατοδότηση µέσω PI3K-PIP3-Akt: Εξειδίκευση-εκλεκτικότητα? 4 ισοµορφές PI3K (α, β, γ, δ) Εκλεκτικοί αναστολείς των ισοµορφών?

21 Κινάσες ως νέοι στόχοι φαρµάκων?

22 518 (~2%) γονίδια που κωδικοποιούν κινάσες στο ανθρώπινο γονιδίωµα

23 Εξειδίκευση και εκλεκτικότητα: µελέτη φαρµάκων ως αναστολείς κινασών

24 Ανασκόπηση ΙV Υποδοχείς 4: RTKs βιολογική (και φαρµακολογική) σηµασία των RTKs πορεία Ras/ERK πορεία PI3K-PIP 3 -Akt το PIP 3 ως 2o µήνυµα druggability (φαρµακοστοχευσιµότητα) νέοι στόχοι φαρµάκων: ενδοκυτταρικές κινάσες

25

26 RAF ΚΙΝΑΣΗ 1 MEK ΚΙΝΑΣΗ 2 ERK ΚΙΝΑΣΗ 3

27 Κατάταξη Gα και βγ υποµονάδων 20 α-subunits 6 β-subunits 7 families: α s, α q, α 11, α ο, α i, α 12, α 13 4 functional groups: α s, α q/11, α i/o, α 12/13 11 γ-subunits Toxins that target G- proteins: cholera and pertussis G s G q/11 G i/o G 12/13 α s -GTP activates Adenylyl cyclase α q/11 -GTP activates Phospholipase C α i/o -GTP inhibits Adenylyl cyclase βγ interacts with mutliple effectors α 12/13 -GTP and βγ interact with mutliple effectors

28 Κατηγορίες Υποδοχέων Μεταγωγή Σήµατος II

29 3 διαφορετικοί τρόποι κατάταξης: οικογένειες 1-5 ή τάξεις (clans) A-E ή σύστηµα GRAFS

30

31 RTKs, η µικρή GTPάση Ras και η πορεία των MAP κινασών Ras RAF ΚΙΝΑΣΗ 1 MEK ΚΙΝΑΣΗ 2 ERK ΚΙΝΑΣΗ 3

32 Ras blots and cells

33

34

35 Παράδειγµα 1: cgmp Retinitis pigmentosa: hereditary retinal degenaration caused by approx. 120 mutations in Rhodopsin gene

36 camp και ρύθµιση µεταβολισµού

37 Diversity of the GPCR function: physiological responses TARGET TISSUE Thyroid gland Adrenal cortex Ovary Muscle Bone Heart Liver Kidney Fat HORMONE thyroid-stimulating hormone (TSH) adrenocorticotrophic hormone (ACTH) luteinizing hormone (LH) adrenaline parathormone adrenaline glucagon vasopressin adrenaline, ACTH, glucagon, TSH MAJOR RESPONSE thyroid hormone synthesis and secretion cortisol secretion progesterone secretion glycogen breakdown bone resorption increase in heart rate and force of contraction glycogen breakdown water resorption triglyceride breakdown Liver Pancreas Smooth muscle Blood platelets vasopressin acetylcholine acetylcholine thrombin glycogen breakdown amylase secretion contraction aggregation