ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Βιολογία ΙI Κυτταρική Επικοινωνία Διδάσκοντες: Σ. Γεωργάτος, Θ. Τζαβάρας, Π. Κούκλης, Χ. Αγγελίδης Υπεύθυνος μαθήματος: Σ. Γεωργάτος

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Επαγωγή της γονιδιακής έκφρασης από το κυκλικό AMP. 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. 1

4

5

6

7 Σηματοδοτικό μονοπάτι φωσφολιπάσης/φωσφολιπιδίων ινοσιτόλης Ο ρόλος των ιόντων Ca2+ σαν αγγελιοφόρος

8 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. 6

9 Έκκριση Ca2+ κατά τη γονιμοποίηση ωοκυττάρου

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

11 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.

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

13 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 κλείσιμο των διαύλων Να+ 11

14 Ενίσχυση σήματος

15

16 Υποδοχείς που συνδέονται με ένζυμα Ενεργότητα κινάσης

17 Δομή των υποδοχέων-πρωτεϊνικών κινασών τυροσίνης. 15

18 Διμερισμός και αυτοφωσφορυλίωση των υποδοχέων-πρωτεϊνικών κινασών τυροσίνης. Η πρόσδεση του αυξητικού παράγοντα επάγει τον διμερισμό του υποδοχέα. Ο διμερισμός προκαλεί την αυτοφωσφορυλίωση του υποδοχέα καθώς η μία πολυπεπτιδική αλυσίδα φωσφορυλιώνει την άλλη. 16

19 Υποδοχείς που συνδέονται με ένζυμα Ενεργότητα κινάσης Τυροσίνης

20 Καθοδικά σηματοδοτικά μόρια των υποδοχέων με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης. Οι επικράτειες SH2 των καθοδικών σηματοδοτικών παραγόντων αναγνωρίζουν και προσδένονται ειδικά σε πεπτίδια των ενεργοποιημένων υποδοχέων τα οποία περιέχουν φωσφοτυροσίνες. 18

21 Ενεργοποίηση της φωσφολιπάσης C 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. 19

22 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 μια άλλη πρωτεϊνική κινάση (την PDK1) η οποία επίσης προσδένεται σε PIP3 Στη συνέχεια, η Akt φωσφορυλιώνει μεγάλο αριθμό πρωτεϊνών-στόχων, στις οποίες περιλαμβάνονται άμεσοι ρυθμιστές της κυτταρικής επιόσοβίωσης, πολλοί μεταγραφικοί παράγοντες και η πρωτεϊνική κινάση GSK-. Η GSK-3 φωσφορυλιώνει μεταβολικά ένζυμα, μεταγραφικούς παράγοντες και τον παράγοντα έναρξης της μετάφρασης eif2b. 20

23 Σηματοδότηση μέσω μικρών GTPασών Το παράδειγμα της οικογένειας μορίων Ras

24 Ο μηχανισμός ενεργοποίησης της Ras από υποδοχείςπρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης. 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

25 Μετάδωση του σήματος Ras μέσω του μονοπατιού MAP κινάσης

26 Ενεργοποίηση 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 μεταξύ των οποίων παρεμβάλλεται μόνο ένα αμινοξύ (π.χ. Thr-183 και Tyr-185). Η ERK στη συνέχεια φωσφορυλιώνει διάφορες πυρηνικές και κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες-στόχους. 24

27 Το Ras είναι πρωτοογκογονίδιο

28 Σημειακές μεταλλάξεις σε τυροσίνη χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση του πιθανού ρόλου τους

29 Μεταλλάξεις πρωτεινών κατά τη μετάδωση σήματος οδηγούν σε αδρανοποίηση

30 Σηματοδότηση από υποδοχείς κυτταροκινών. Η δέσμευση προσδέτη επάγει τον διμερισμό του υποδοχέα και προκαλεί την ενεργοποίηση μιας συνδεδεμένης με αυτόν πρωτεϊνικής κινάσης τυροσίνης που δεν είναι υποδοχέας. Η ενεργοποίηση των κινασών οφείλεται στην αλληλοφωσφορυλίωσή τους. Οι ενεργοποιημένες κινάσες στη συνέχεια φωσφορυλιώνουν τυροσίνες του υποδοχέα, σχηματίζοντας έτσι μοτίβα που περιέχουν φωσφοτυροσίνη. Τα μοτίβα αυτά αποτελούν θέσεις πρόσδεσης άλλων καθοδικών σηματοδοτικών μορίων 28

31 Υποδοχείς Κυτταροκινών

32 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. Σε μη διεγερμένα κύτταρα, οι ανενεργές πρωτεΐνες STAT εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα. 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.

33 Το μονοπάτι του TGF-β

34

35 Στοιχεία των δικτύων σηματοδότησης. Στους βρόχους ανάδρασης υπάρχει ένα καθοδικό στοιχείο που είτε καταστέλλει (αρνητική ανάδραση) είτε διεγείρει (θετική ανάδραση) ένα ανοδικό στοιχείο του μονοπατιού. Στην προωθητική συνεργειακή δράση, ένα ανοδικό στοιχείο ενός μονοπατιού διεγείρει τόσο τον άμεσο στόχο του όσο και ένα άλλο στοιχείο που βρίσκεται πιο καθοδικά. Η διασύνδεση δύο μονοπατιών παρατηρείται όταν ένα στοιχείο ενός μονοπατιού είτε διεγείρει είτε καταστέλλει ένα στοιχείο ενός άλλου μονοπατιού.

36 Σύγκλιση διαφορετικών σηματοδοτικών μονοπατιών

37 Συνεργασία διαφορετικών σηματοδοτικών μονοπατιών

38 Τέλος Ενότητας

39 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

40 Σημειώματα

41 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

42 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκοντες: Σ. Γεωργάτος, Θ. Τζαβάρας, Π. Κούκλης, Χ. Αγγελίδης, Υπεύθυνος μαθήματος: Σ. Γεωργάτος. «Βιολογία ΙI. Κυτταρική Επικοινωνία». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

43 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]