ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΕΝΔΟΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ

Transcript

1 ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΕΝΔΟΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ

2

3 Το ένζυμο Αδενυλική κυκλάση, υπεύθυνο για τη βιοσύνθεση του camp. Το camp είναι ένα παράδειγμα μορίου «αγγελιοφόρου» καθοδικά των G πρωτεινών

4

5 Αύξηση του camp μετά από επίδραση σήματος

6 Μερικές δράσεις που επάγονται μετά την παραγωγή του camp

7 Το camp δρα με διαφορετικούς μηχανισμούς ταχέως ή βραδέως

8 Ρύθμιση της πρωτεϊνικής κινάσης A Η ανενεργή μορφή της πρωτεϊνικής κινάσης A αποτελείται από δύο ρυθμιστικές (Ρ) και δύο καταλυτικές (Κ) υπομονάδες. Η δέσμευση camp στις ρυθμιστικές υπομονάδες επάγει μια μεταβολή στη στερεοδιαμόρφωση που προκαλεί την αποσύνδεση των καταλυτικών υπομονάδων, οι οποίες με τον τρόπο αυτό καθίστανται ενζυμικά ενεργές.

9 Η ρύθμιση του μεταβολισμού του γλυκογόνου μέσω επινεφρίνης - camp και της πρωτεϊνικής κινάσης A - Ταχεία δράση Ενίσχυση σήματος! Η πρωτεϊνική κινάση A φωσφορυλιώνει δύο ένζυμα, τη συνθάση του γλυκογόνου και την κινάση της φωσφορυλάσης. Η συνθάση του γλυκογόνου (η οποία καταλύει τη σύνθεση του γλυκογόνου) καταστέλλεται από τη φωσφορυλίωσή της, ενώ η κινάση της φωσφορυλάσης ενεργοποιείται από τη φωσφορυλίωσή της. Η κινάση της φωσφορυλάσης στη συνέχεια φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί τη φωσφορυλάση του γλυκογόνου, η οποία καταλύει τη διάσπαση του γλυκογόνου σε 1-φωσφορική γλυκόζη 9

10

11 Επαγωγή της γονιδιακής έκφρασης από το κυκλικό AMP (Βραδεία δράση). Η ελεύθερη καταλυτική υπομονάδα της πρωτεϊνικής κινάσης A μετατοπίζεται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνει τον μεταγραφικό παράγοντα CREB, με αποτέλεσμα τη στρατολόγηση συνενεργοποιητών και την έκφραση των γονιδίων που αποκρίνονται στο camp. Ρύθμιση πολλαπλασιασμού Επιβίωση Διαφοροποίηση 11

12 Ρύθμιση των επιπέδων φωσφορυλίωσης πρωτεϊνών από την ισορροπία ανάμεσα στην πρωτεϊνική κινάση A και την πρωτεϊνική φωσφατάση I Η φωσφορυλίωση πρωτεϊνών-στόχων από την πρωτεϊνική κινάση A αντιστρέφεται με τη δράση της πρωτεϊνικής φωσφατάσης I.

13 Ραβδιοφόρο φωτο-υποδεκτικό Κύτταρο του αμφιβληστροειδούς Η ροδοψίνη είναι ένας G-πρωτεινικός υποδοχέας

14

15 Ο ρόλος του cgmp στους φωτοϋποδοχείς Η απορρόφηση φωτός από τη ρετινάλη ενεργοποιεί τον συνδεδεμένο με πρωτεΐνη G υποδοχέα που ονομάζεται ροδοψίνη. Στη συνέχεια, η υπομονάδα α της τρανσδουσίνης διεγείρει τη φωσφοδιεστεράση του cgmp, προκαλώντας τη μείωση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του cgmp 15 κλείσιμο των διαύλων Να+ αλλαγή δυναμικού μεμβράνης αλλαγή στην έκκριση νευροδιαβιβαστή στη σύναψη

16

17 Ενίσχυση σήματος

18

19 Σηματοδοτικό μονοπάτι φωσφολιπάσης και φωσφολιπιδίων ινοσιτόλης Υδρόλυση της PIP2 Η φωσφολιπάση C (PLC) καταλύει την υδρόλυση της 4,5-διφωσφορικής φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης (PIP2). Από την αντίδραση αυτή παράγονται διακυλογλυκερόλη (DAG) και τριφωσφορική ινοσιτόλη (IP3). Η διακυλογλυκερόλη ενεργοποιεί πρωτεϊνικές κινάσες C και η IP3 επάγει την απελευθέρωση ιόντων Ca2+ από ενδοκυτταρικές αποθήκες. 19

20 Αδενυλική κυκλάση camp Φωσφολιπάση C Τρι-φωσφορική ινοσιτόλη (IP3) + Διακυλογλυκερόλη (DAG) PLCβ: Ενεργοποιείται από πρωτείνες G PLCγ: Ενεργοποιείται από υποδοχείς -κινάσες τυροσίνης

21 Ενεργοποίηση της φωσφολιπάσης Cγ από πρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης. Η φωσφολιπάση C-γ (PLC-γ) προσδένεται σε ενεργοποιημένους υποδοχείς-πρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης μέσω των επικρατειών SH2 που διαθέτει. Η φωσφορυλίωση ορισμένων τυροσινών της αυξάνει την ενεργότητα της PLC-γ, με αποτέλεσμα να διεγείρει την υδρόλυση της PIP2. 21

22 Κινητοποίηση ιόντων Ca2+ από την IP3 Ιόντα Ca2+ αντλούνται από το κυτταροδιάλυμα στο ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο λειτουργεί ως ενδοκυτταρική αποθήκη Ca2+. Η IP3 προσδένεται σε υποδοχείς της που βρίσκονται στη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου. Οι υποδοχείς αυτοί δρουν ως ελεγχόμενοι από προσδέτη δίαυλοι Ca2+, οπότε η IP3 επάγει την εκροή Ca2+ προς το κυτταρόπλασμα.

23 Τα ιόντα Ca2+ δρουν συνεργιστικά με την DAG για την ενεργοποίηση της πρωτεινικής κινάσης C

24 Έκκριση Ca2+ κατά τη γονιμοποίηση ωοκυττάρου

25 Η Καλμοδουλίνη ενεργοποιείται από Ca2+ Διάφορες κινάσες αποτελούν στόχο της ενεργοποιημένης Καλμοδουλίνης

26 Ο μηχανισμός δράσης της καλμοδουλίνης. Η καλμοδουλίνη είναι μια πρωτεΐνη με σχήμα αλτήρα που διαθέτει τέσσερις θέσεις δέσμευσης ιόντων Ca2+. Το ενεργό σύμπλοκο Ca2+/καλμοδουλίνης προσδένεται σε διάφορες πρωτεΐνες-στόχους, όπως είναι οι εξαρτώμενες από Ca2+/καλμοδουλίνη πρωτεϊνικές κινάσες. Κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της Μυοσίνης CAM κινάσες

27 Ρύθμιση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης των ιόντων Ca2+ σε κύτταρα που διεγείρονται με ηλεκτρισμό Η εκπόλωση της κυτταροπλασματικής μεμβράνης προκαλεί το άνοιγμα μεμβρανικών τασοελεγχόμενων διαύλων Ca2+, επιτρέποντας την εισροή Ca2+ από το εξωκυτταρικό μέσο. Η επακόλουθη αύξηση των επιπέδων του ενδοκυτταρικού Ca2+ επάγει την απελευθέρωση ιόντων Ca2+ και από τις ενδοκυτταρικές αποθήκες, αφού πυροδοτεί το άνοιγμα ειδικών διαύλων Ca2+ (υποδοχέων ρυανοδίνης) στη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου. Στα μυϊκά κύτταρα, οι υποδοχείς ρυανοδίνης του σαρκοπλασματικού δικτύου έχουν τη δυνατότητα να ανοίγουν ως άμεση απόκριση στην εκπόλωση της μεμβράνης.

28 G-proteins - Video

29 Η λειτουργία της κινάσης PI 3 Η κινάση PI 3 φωσφορυλιώνει τη θέση 3 της ινοσιτόλης για να μετατρέψει την PIP2 σε PIP3.

30 Το μονοπάτι των κινασών PI 3/Akt Η Akt στρατολογείται στην κυτταροπλασματική μεμβράνη μέσω της πρόσδεσης της επικράτειας με ομολογία πλεκστρίνης (PH) σε PIP3. Ακολουθεί η ενεργοποίησή της ως αποτέλεσμα της φωσφορυλίωσής της τόσο από την PDK1 όσο και από την mtor στο πλαίσιο του συμπλόκου mtorc2. Στη συνέχεια, η Akt φωσφορυλιώνει μεγάλο αριθμό πρωτεϊνών-στόχων, που είναι άμεσοι ρυθμιστές της κυτταρικής επιβίωσης (Bad, Bax), μεταγραφικοί παράγοντες και η πρωτεϊνική κινάση GSK-3 με αποτέλεσμα την απενεργοποίηση της.

31 Ο παράγοντας eif2b προάγει την έναρξη της μετάφρασης H GSK3 καταστέλλει τον eif2b μετά από φωσφορυλίωση Συνεπώς καταστολή της GSK3 απο την Akt προάγει την πρωτεινοσύνθεση

32 Η ρύθμιση του παράγοντα FOXO Στον πυρήνα ο FOXO προάγει γονίδια που: Καταστέλλουν τον πολλαπλασιασμό Επάγουν τον κυτταρικό θάνατο Όταν το κύτταρο δε διεγείρεται από αυξητικό παράγοντα, ο μεταγραφικός παράγοντας FOXO μετατοπίζεται στον πυρήνα και επάγει την έκφραση γονιδίων-στόχων. Η διέγερση από αυξητικούς παράγοντες προκαλεί την ενεργοποίηση της Akt, η οποία φωσφορυλιώνει τον FOXO. Η φωσφορυλίωση του FOXO δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για τον κυτταροπλασματικό μοριακό συνοδό , ο οποίος διακρατεί τον FOXO σε ανενεργή μορφή στο κυτταρόπλασμα.

33 Το μονοπάτι της κινάσης MAP- ERK Η διέγερση υποδοχέων αυξητικών παραγόντων οδηγεί στην ενεργοποίηση της μικρής πρωτεΐνης που δεσμεύει GTP Ras, η οποία αλληλεπιδρά με την πρωτεϊνική κινάση Raf. Η ενεργοποιημένη Raf με τη σειρά της φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί τη MEK, μια πρωτεϊνική κινάση με διπλή ειδικότητα που ενεργοποιεί την ERK φωσφορυλιώνοντας θρεονίνες και τυροσίνες. 33 Η ERK στη συνέχεια φωσφορυλιώνει διάφορες πυρηνικές και κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες-στόχους.

34 Σηματοδότηση μέσω μικρών GTPασών Η οικογένεια μορίων Ras (Rat Sarcoma virus)

35 Ρύθμιση των πρωτεϊνών Ras Οι πρωτεΐνες Ras μετατρέπονται από την ανενεργή μορφή τους, που είναι συνδεδεμένη με GDP, στην ενεργή μορφή τους, που είναι συνδεδεμένη με GTP με αντιστρεπτό τρόπο.

36 Ras Ran: Εισαγωγή/εξαγωγή πρωτεϊνών του πυρήνα Rab: Διακίνηση κυστιδίων Rho: Οργάνωση του κυτταροσκελετού Rheb: Σηματοδότηση mtor

37 Το Ras είναι πρωτο-ογκογονίδιο Ο ρόλος των μεταλλάξων που ενεργοποιούν το μονοπάτι Ras οδηγούν στον καρκίνο

38 Ο μηχανισμός ενεργοποίησης της κινάσης Ras Το σύμπλοκο της Grb2 με τον παράγοντα ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης Sos προσδένεται, μέσω της επικράτειας SH2 της Grb2, στον ενεργοποιημένο υποδοχέα σε μια θέση πρόσδεσης που περιέχει μια φωσφοτυροσίνη. Αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης είναι η στρατολόγηση του παράγοντα Sos στην κυτταροπλασματική μεμβράνη, όπου μπορεί να διεγείρει την ανταλλαγή του GDP της Ras με GTP. Στη συνέχεια, το ενεργοποιημένο σύμπλοκο Ras-GTP αλληλεπιδρά με την πρωτεϊνική κινάση Raf.

39 Μεταλλάξεις πρωτεινών κατά τη μετάδωση σήματος οδηγούν σε αδρανοποίηση

40 Επαγωγή πρώιμων γονιδίων από την ERK Η αρχική απόκριση μετά την διέγερση από κάποιο αυξητικο παράγοντα ειναι η επαγωγη της οικογένειας των πρώϊμων γονιδίων (immediate-early genes) Η ενεργοποιημένη ERK μετατοπίζεται στον πυρήνα, όπου φωσφορυλιώνει τον μεταγραφικό παράγοντα Elk-1. Ο Elk-1, σε σύμπλοκο με τον παράγοντα απόκρισης στον ορό (SRF), προσδένεται στο στοιχείο απόκρισης στον ορό (SRE). Η φωσφορυλίωση ενεργοποιεί τον θετικό μεταγραφικό παράγοντα Elk-1, προκαλώντας την επαγωγή των πρώιμων γονιδίων.

41 Μονοπάτια ενεργοποίησης κινασών MAP σε κύτταρα θηλαστικών Εκτός από την ERK, τα κύτταρα των θηλαστικών διαθέτουν τις κινάσες MAP JNK και p38. Η ενεργοποίηση των κινασών JNK και p38 προκαλείται από μέλη της υποοικογένειας Rho (Rac, Rho και Cdc42), οι οποίες πυροδοτούν καταρράκτες πρωτεϊνικών κινασών ανάλογους με αυτόν που οδηγεί στην ενεργοποίηση της ERK. Οι καταρράκτες πρωτεϊνικών κινασών που οδηγούν στην ενεργοποίηση των JNK και p38 φαίνεται ότι ενεργοποιούνται ειδικά από κυτταροκίνες της φλεγμονής ή από κυτταρικό στρες και συχνά έχουν ως αποτέλεσμα την επαγωγή φλεγμονής ή/και κυτταρικού θανάτου.

42 Οργάνωση των στοιχείων του σηματοδοτικού μονοπατιού της κινάσης ERK από μια πρωτεΐνη-σκαλωσιά. Η πρωτεΐνη-σκαλωσιά KSR λειτουργεί ως πλατφόρμα στην οποία προσδένονται οι κινάσες Raf, MEK και ERK. Με τον τρόπο αυτό τα στοιχεία του μονοπατιού της κινάσης ERK οργανώνονται σε μια συστοιχία, ώστε να διευκολύνεται η αλληλεπίδρασή τους. Έτσι αυξάνεται η αποτελεσματικότητα της σηματοδότησης και καθορίζεται η ειδικότητα της δράσης του συγκεκριμένου καταρράκτη.

43 Υποδοχείς Κυτταροκινών

44 Το μονοπάτι JAK/STAT Οι πρωτεΐνες STAT είναι μεταγραφικοί παράγοντες που διαθέτουν επικράτειες SH2, μέσω των οποίων οι STAT δεσμεύονται σε θέσεις πρόσδεσης που περιέχουν φωσφοτυροσίνη. Η διέγερση υποδοχέων κυτταροκινών οδηγεί στην πρόσδεση των πρωτεϊνών STAT στους υποδοχείς, όπου φωσφορυλιώνονται από πρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης JAK που είναι επίσης συνδεδεμένες με τον υποδοχέα. Στη συνέχεια, οι φωσφορυλιωμένες πρωτεΐνες STAT διμερίζονται και μετατοπίζονται στον πυρήνα, όπου ενεργοποιούν τη μεταγραφή γονιδίων-στόχων. Οι πρωτεϊνες STAT μπορούν να ενεργοποιηθούν και από υποδοχείς-κινάσες τυροσίνης