ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΚΑΙ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ

Transcript

1 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΚΑΙ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Δρ. Α. ΓΑΛΑΝΗΣ 2017

2

3 Figure 6.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

4 Figure 5.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

5 Εικόνα 28.1 Ένα διακυτταρικό σήμα μπορεί να μεταδοθεί στο εσωτερικό ενός κυττάρου είτε με τη φυσική μεταφορά ενός προσδέτη είτε με μεταγωγή σήματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

6 Εικόνα 28.2 Yπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι μεταφοράς ουσιών μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

7 Εικόνα 28.3 Ένα μονοπάτι σηματοδότησης μετάγει ένα σήμα από την επιφάνεια του κυττάρου στο κυτταρόπλασμα και (μερικές φορές) μέσα στον πυρήνα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

8 Εικόνα 28.4 H μεταγωγή ενός σήματος μπορεί να διεκπεραιωθεί είτε μέσω της ενεργοποίησης μιας κινάσης που εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική επικράτεια ενός διαμεμβρανικού υποδοχέα είτε μέσω της αποσυγκρότησης μιας τριμερούς πρωτεΐνης G της οποίας οι υπομονάδες επιδρούν σε πρωτεΐνες-στόχους στη μεμβράνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

9 Εικόνα 28.1 Ένα διακυτταρικό σήμα μπορεί να μεταδοθεί στο εσωτερικό ενός κυττάρου είτε με τη φυσική μεταφορά ενός προσδέτη είτε με μεταγωγή σήματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

10 Εικόνα 28.5 Mια πρωτεΐνη-μεταφορέας μεταφέρει μια υδατοδιαλυτή ουσία μέσα στο κύτταρο. Η ουσία προσδένεται στην πρωτεΐνη-μεταφορέα στη μία πλευρά της μεμβράνης και στη συνέχεια, μέσω μιας αλλαγής στη στερεοδιαμόρφωση του μεταφορέα, απελευθερώνεται στην άλλη πλευρά της. Η αλλαγή στη στερεοδιαμόρφωση της πρωτεΐνηςμεταφορέα έχει ως αποτέλεσμα η θέση δέσμευσης της μεταφερόμενης ουσίας να έρχεται από το εξωτερικό περιβάλλον μέσα στο κύτταρο. Ένας δίαυλος ιόντων σχηματίζει έναν υδρόφιλο πόρο που μπορεί να ανοιγοκλείνει αλλάζοντας τη στερεοδιαμόρφωσή του. Η πύλη ανοίγει στιγμιαία, ως απόκριση σε συγκεκριμένα σήματα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

11 Ηλεκτροχημική διαβάθμιση Συγκέντρωσης Ηλεκτρική Πρωτεΐνες μεταφορείς Μονομεταφορείς Αντιμεταφορείς (αντλία Να + /Κ + ) Συμμεταφορείς Δίαυλοι ιόντων Προσδετο-ελεγχόμενοι (νευροδιαβιβαστές) Τασο-ελεγχόμενοι (νευρικό σύστημα) Αγγελιαφόρο-ελεγχόμενοι (πρωτεΐνες G)

12 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.6 Ένας δίαυλος μπορεί να δημιουργηθεί από αμφιπαθείς έλικες των οποίων οι υδρόφοβες επιφάνειες έρχονται σε επαφή με τη λιπιδική διπλοστιβάδα, ενώ οι φορτισμένες επιφάνειές τους προσεγγίζουν η μία την άλλη αποφεύγοντας τη λιπιδική διπλοστιβάδα. Στο παράδειγμα αυτό, ο δίαυλος επενδύεται με θετικά φορτία, που διευκολύνουν τη δίοδο ανιόντων.

13 Εικόνα 28.7 Ένας δίαυλος καλίου περιλαμβάνει ασυνήθιστες διαμεμβρανικές περιοχές που σχηματίζουν έναν υδρόφιλο πόρο. Η πύλη ελέγχεται από ένα σύστημα που περιλαμβάνει μια σφαιρική δομή (μπάλα) η οποία μπορεί σε κατάλληλες συνθήκες να φράζει την είσοδο του πόρου. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

14 Εικόνα 28.8 Ο πόρος ενός διαύλου καλίου αποτελείται από τρεις περιοχές. Μέγεθος : Να Α - Κ Α Συγκέντρωση : Να + /Κ + 1:10 4 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

15 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.9 Μοντέλο ενός διαύλου καλίου. Tα ηλεκτροστατικά φορτία απεικονίζονται με μπλε (θετικό), κόκκινο (αρνητικό) και άσπρο (ουδέτερο) και οι υδρόφοβες επιφάνειες με κίτρινο. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του Rod MacKinnon.

16 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Ο νικοτινικός υποδοχέας της ακετυλοχολίνης είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που αποτελείται από πέντε υπομονάδες οι οποίες σε κάτοψη φαίνεται ότι σχηματίζουν ένα δακτύλιο. O κύριος όγκος του υποδοχέα προβάλλει από τη μεμβράνη προς τον εξωκυτταρικό χώρο.

17

18

19

20 Εικόνα 28.3 Ένα μονοπάτι σηματοδότησης μετάγει ένα σήμα από την επιφάνεια του κυττάρου στο κυτταρόπλασμα και (μερικές φορές) μέσα στον πυρήνα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

21 Εικόνα 28.4 H μεταγωγή ενός σήματος μπορεί να διεκπεραιωθεί είτε μέσω της ενεργοποίησης μιας κινάσης που εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική επικράτεια ενός διαμεμβρανικού υποδοχέα είτε μέσω της αποσυγκρότησης μιας τριμερούς πρωτεΐνης G της οποίας οι υπομονάδες επιδρούν σε πρωτεΐνες-στόχους στη μεμβράνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

22 Σχηματική αναπαράσταση ενός οφιοειδούς υποδοχέα Σχηματική αναπαράσταση της πρωτεΐνης G

23 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Η αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης G με τον ενεργοποιημένο υποδοχέα προκαλεί την αποσυγκρότησή της. H υπομονάδα α διεγείρει την αδενυλική κυκλάση και προάγει τη σύνθεση του camp.

24 Οι πρωτεΐνες G διίστανται σε 2 σηματοδοτικές πρωτεΐνες όταν ενεργοποιούνται

25 Εικόνα Οι πρωτεΐνες G ενεργοποιούνται από πολλούς διαμεμβρανικούς υποδοχείς και διακρίνονται, ανάλογα με τους τελεστές τους, σε διάφορες κατηγορίες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

26 Figure 6.28 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

27

28

29 Οι πρωτεΐνες G διίστανται σε 2 σηματοδοτικές πρωτεΐνες όταν ενεργοποιούνται

30 Εικόνα Οι πρωτεΐνες G ενεργοποιούνται από πολλούς διαμεμβρανικούς υποδοχείς και διακρίνονται, ανάλογα με τους τελεστές τους, σε διάφορες κατηγορίες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

31 Εικόνα 28.4 H μεταγωγή ενός σήματος μπορεί να διεκπεραιωθεί είτε μέσω της ενεργοποίησης μιας κινάσης που εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική επικράτεια ενός διαμεμβρανικού υποδοχέα είτε μέσω της αποσυγκρότησης μιας τριμερούς πρωτεΐνης G της οποίας οι υπομονάδες επιδρούν σε πρωτεΐνες-στόχους στη μεμβράνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

32 Η σημασία της φωσφορυλίωσης και ο ρόλος των φωσφοπρωτεϊνών άρχισε να διαφαίνεται στη δεκαετία του Το 1954 οι ερευνητές Wosilait and Sutherland ανέφεραν τη δράση ενζύμων που μετέφεραν φωσφορικές ομάδες σε άλλες πρωτεΐνες. Το 1955 οι Krebs και Fischer (Νόμπελ Ιατρικής 1992) έδειξαν ότι η ενεργότητα ενός ενζύμου που συμμετείχε στον μεταβολισμό του γλυκογόνου ρυθμιζόταν με την προσθήκη ή αφαίρεση μιας φωσφορικής ομάδας. Σήμερα γνωρίζουμε ότι περίπου το ένα τρίτο των πρωτεϊνών ενός κυττάρου φωσφορυλιώνονται. Η φωσφορυλίωση μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στην ενεργότητα ενός ενζύμου, να επιτρέψει ή αν εμποδίσει πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις, να σημάνει τις πρωτεΐνες-υποστρώματα για αποικοδόμηση.

33

34 Η φωσφορυλίωση προκαλεί αλλαγή στη στερεοδιαμόρωση του υποστρώματος

35 Η φωσφορυλίωση αποφωσφορυλίωση μιας πρωτεΐνης ως μηχανισμός ελέγχου της λειτουργίας της έχει πολλά πλεονεκτήματα : Είναι πολύ γρήγορη διαδικασία Δεν απαιτεί σύνθεση ή αποικοδόμηση πρωτεϊνών Είναι εύκολα αντιστρεπτή

36 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Το ενεργό κέντρο μιας κινάσης του κυτταροδιαλύματος χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη του καταλυτικού της βρόχου (πράσινο). Η αλληλουχία-στόχος για φωσφορυλίωση προσδένεται στο ενεργό κέντρο. Tο κατάλοιπο που φωσφορυλιώνεται σημειώνεται με «O». Το αμινοξύ στην Ν-τελική πλευρά του O (επισημαίνεται ως Ν) είναι ακριβώς δίπλα από το χείλος φωσφορυλίωσης, το οποίο περιέχει μια αλληλουχία που συχνά φωσφορυλιώνεται και η ίδια.

37 Σχηματική αναπαράσταση της κινάσης p38

38 Συγκριτική παρουσίαση των ενεργοποιημένων κινασών p38, ERK και capk

39 Εικόνα 28.4 H μεταγωγή ενός σήματος μπορεί να διεκπεραιωθεί είτε μέσω της ενεργοποίησης μιας κινάσης που εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική επικράτεια ενός διαμεμβρανικού υποδοχέα είτε μέσω της αποσυγκρότησης μιας τριμερούς πρωτεΐνης G της οποίας οι υπομονάδες επιδρούν σε πρωτεΐνες-στόχους στη μεμβράνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

40 Εικόνα Ένας υποδοχέας με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης φέρει μια εξωκυτταρική επικράτεια, που δεσμεύει τον προσδέτη, ο οποίος είναι συνήθως ένα πολυπεπτίδιο, και μια κυτταροπλασματική επικράτεια, που περιλαμβάνει το καταλυτικό κέντρο κινάσης. Το ATP δεσμεύεται δίπλα στο καταλυτικό κέντρο. Χαρακτηριστικό γνώρισμα της δομής αυτών των υποδοχέων αποτελεί ο βρόχος ενεργοποίησης, ο οποίος περιλαμβάνει κατάλοιπα τυροσίνης των οποίων η φωσφορυλίωση οδηγεί στην ενεργοποίηση της κινάσης. Η φωσφορυλίωση έχει ως αποτέλεσμα τη μετακίνηση του βρόχου ενεργοποίησης, γεγονός που επιτρέπει την πρόσδεση του υποστρώματος στο ενεργό κέντρο. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

41

42

43 Εικόνα Η δέσμευση του προσδέτη στην εξωκυτταρική επικράτεια του υποδοχέα προκαλεί διμερισμό. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

44 Εικόνα H δέσμευση του προσδέτη ακολουθείται από το διμερισμό του υποδοχέα, ο οποίος επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους. Ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο επιτυγχάνεται, ο διμερισμός προκαλεί το σχηματισμό νέων επαφών ανάμεσα στις κυτταροπλασματικές επικράτειες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

45 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου EGF-υποδοχέα EGF

46 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου EGF-υποδοχέα EGF

47 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου EGF-υποδοχέα EGF

48

49 Εικόνα Η φωσφορυλίωση της ενδοκυτταρικής επικράτειας ενός υποδοχέα δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για πρωτεΐνες του κυτταροδιαλύματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

50

51

52

53

54

55 Εικόνα Η φωσφορυλίωση ενός καταλοίπου τυροσίνης το οποίο εντοπίζεται σε μια θέση πρόσδεσης SH2 είναι απαραίτητη για να αναγνωριστεί η θέση αυτή από κάποια πρωτεΐνη που φέρει επικράτεια SH a.a 1 ptyr Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

56 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Η ανάλυση της κρυσταλλικής δομής μιας επικράτειας SH2 (σημειώνεται με χρώμα μοβ) η οποία είναι προσδεδεμένη σε ένα πεπτίδιο που φέρει ένα φωσφορυλιωμένο κατάλοιπο τυροσίνης δείχνει ότι το τελευταίο (σημειώνεται με χρώμα άσπρο) ταιριάζει μέσα στην επικράτεια SH2. Με την επικράτεια SH2 δημιουργούν επίσης επαφές και τα 4 C-τελικά κατάλοιπα του πεπτιδίου (ο σκελετός σημειώνεται με κίτρινο χρώμα και οι πλευρικές αλυσίδες με πράσινο). Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του John Kuriyan.

57 Εικόνα Η αυτοφωσφορυλίωση της κυτταροπλασματικής επικράτειας του υποδοχέα του PDGF δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης SH2 για διάφορες πρωτεΐνες. Ορισμένες θέσεις μπορούν να δεσμευτούν από περισσότερους από έναν τύπους επικρατειών SH2. Επίσης, μερικές πρωτεΐνες που φέρουν επικράτειες SH2 μπορούν να προσδεθούν σε περισσότερες από μία θέσεις. Η επικράτεια κινάσης αποτελείται από δύο ξεχωριστές περιοχές (που σημειώνονται με χρώμα μπλε) και ενεργοποιείται από τη θέση φωσφορυλίωσης που περιλαμβάνει. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

58 Εικόνα Η αλληλουχία PXXP έχει ελικοειδή δομή, στην οποία τα δύο κατάλοιπα προλίνης σχηματίζουν μια επίπεδη βάση. Από τη βάση αυτή προεξέχουν τα κατάλοιπα που παρεμβάλλονται μεταξύ των προλινών. Τα κατάλοιπα προλίνης προσδένονται στις «αβαθείς» αύλακες, στην επιφάνεια της επικράτειας SH3. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

59 Εικόνα Διάφοροι τύποι πρωτεϊνών που συμμετέχουν στη μεταγωγή σήματος φέρουν επικράτειες SH2 και SH3. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

60

61 Grb2 Grb2 Grb2 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

62 Εικόνα Μια πρωτεΐνη συναρμογής συνδέει έναν ενεργοποιημένο υποδοχέα με μία ή περισσότερες πρωτεΐνες του μονοπατιού σηματοδότησης. Μια πρωτεΐνη συναρμογής μπορεί να φέρει μια επικράτεια η οποία αναγνωρίζει στον υποδοχέα την αλληλουχία NPXpY. Μοτίβο πρόσδεσης φωσφοτυροσίνης PTB Πρότυπη αλληλουχία αναγνώρισης: Asn-Pro-X-pTyr Χρησιμοποιείται από πρωτεΐνες συναρμογής

63 Εικόνα Ένα πεπτίδιο προσδένεται σε μια επικράτεια PDZ, εισχωρώντας ως ένας επιπλέον κλώνος σε ένα αντιπαράλληλο β-φύλλο. Οι κλώνοι του β-φύλλου παρουσιάζονται ως ταινίες και η κατεύθυνσή τους επισημαίνεται από τα βέλη. Το πεπτίδιο προσδένεται ανάμεσα σε έναν από τους β-κλώνους και σε μία α-έλικα στην επικράτεια PDZ. Το C- τελικό άκρο του πεπτιδίου δημιουργεί επαφές με το βρόχο πρόσδεσης COOH. Η επικράτεια PDZ έχει μήκος α.α Επικράτεια αναγνώρισης PDZ Πρότυπη αλληλουχία αναγνώρισης: X-Thr/Ser-X-Val-COOH Συνάθροιση μεμβρανικών πρωτεϊνών, πρόσδεση πρωτεϊνών σηματοδότησης σε μεμβρανικά σύμπλοκα

64 Εικόνα Μια επικράτεια WW φέρει ένα β-φύλλο, το οποίο αποτελείται από τρεις β-κλώνους που αλληλεπιδρούν με το πεπτίδιο-στόχο. Στο ένθετο φαίνεται η ειδική αλληλεπίδραση μεταξύ των αμινοξέων δύο β- κλώνων με το πεπτίδιο-στόχο. Είναι χαρακτηριστική η παρεμβολή του καταλοίπου τρυπτοφάνης της επικράτειας WW ανάμεσα στα δύο κατάλοιπα προλίνης του στόχου. Επικράτεια αναγνώρισης WW Πρότυπη αλληλουχία αναγνώρισης Pro-Pro-X-Tyr Η επικράτεια αποτελείται από 38 α.α (υδρόφοβα, αρωματικά) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

65 Πρωτεϊνικά μοτίβα αναγνώρισης

66

67

68 Εικόνα Η φωσφορυλίωση της ενδοκυτταρικής επικράτειας ενός υποδοχέα δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για πρωτεΐνες του κυτταροδιαλύματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

69

70 Εικόνα Mεταξύ των τελεστών που ενεργοποιούνται από υποδοχείς με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης περιλαμβάνονται φωσφολιπάσες και κινάσες οι οποίες επιδρούν σε λιπίδια παράγοντας δεύτερους αγγελιαφόρους. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

71 Εικόνα Η φωσφορυλίωση της ενδοκυτταρικής επικράτειας ενός υποδοχέα δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για πρωτεΐνες του κυτταροδιαλύματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

72 Εικόνα Η φωσφορυλίωση της ενδοκυτταρικής επικράτειας ενός υποδοχέα δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για πρωτεΐνες του κυτταροδιαλύματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

73 Εικόνα Η αυτοφωσφορυλίωση του υποδοχέα πυροδοτεί την ενεργότητα κινάσης της κυτταροπλασματικής του επικράτειας. O φωσφορυλιωμένος υποδοχέας μπορεί να αναγνωριστεί από μια επικράτεια SH2. Το σήμα μπορεί στη συνέχεια να μεταδοθεί μέσω ενός καταρράκτη κινασών. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

74 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

75 Εικόνα Η αυτοφωσφορυλίωση της κυτταροπλασματικής επικράτειας του υποδοχέα του PDGF δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης SH2 για διάφορες πρωτεΐνες. Ορισμένες θέσεις μπορούν να δεσμευτούν από περισσότερους από έναν τύπους επικρατειών SH2. Επίσης, μερικές πρωτεΐνες που φέρουν επικράτειες SH2 μπορούν να προσδεθούν σε περισσότερες από μία θέσεις. Η επικράτεια κινάσης αποτελείται από δύο ξεχωριστές περιοχές (που σημειώνονται με χρώμα μπλε) και ενεργοποιείται από τη θέση φωσφορυλίωσης που περιλαμβάνει. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

76 Grb2 Grb2 Grb2 Εικόνα Οι επικράτειες SH2 και SH3 χρησιμεύουν για την αλληλεπίδραση μεταξύ πρωτεϊνών στους καταρράκτες μεταγωγής σημάτων. Συνήθως, μια πρωτεΐνη που φέρει μια επικράτεια SH2 αναγνωρίζει μια θέση πρόσδεσης SH2 στον ενεργοποιημένο υποδοχέα.. Στη συνέχεια, μια επικράτεια SH3 της ίδιας πρωτεΐνης αναγνωρίζει την επόμενη πρωτεΐνη του καταρράκτη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

77 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Guanine Exchange Factor Εικόνα Τα πρώτα στάδια του καταρράκτη Ras περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα ενεργοποίησης τα οποία λαμβάνουν χώρα στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.

78 Εικόνα Οι σχετικές συγκεντρώσεις των Ras-GTP και Ras-GDP ρυθμίζονται από δύο πρωτεΐνες. Η Ras-GAP απενεργοποιεί τη Ras διεγείροντας την υδρόλυση του GTP. Η SOS (GEF) ενεργοποιεί τη Ras διεγείροντας την αντικατάσταση του GDP από GTP. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

79 Εικόνα Διαφορετικές επικράτειες των πρωτεϊνών Ras ευθύνονται για τη δέσμευση των νουκλεοτιδίων γουανίνης, τη λειτουργία τελεστή και τη σύνδεση στη μεμβράνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

80 Εικόνα Η ανάλυση της κρυσταλλικής δομής της πρωτεΐνης Ras έδειξε ότι φέρει 6 β-κλώνους, 4 α-έλικες και 9 συνδετικούς βρόχους. Το GTP δεσμεύεται σε μια κοιλότητα που σχηματίζεται από τους βρόχους L9, L7, L2 και L1. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

81

82

83 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες.

84 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες.

85 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες. Grb2 Grb2

86 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες. Grb2 Grb2 SOS

87 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες.

88 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες

89 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Τα πρώτα στάδια του καταρράκτη Ras περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα ενεργοποίησης τα οποία λαμβάνουν χώρα στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.?

90 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Τα πρώτα στάδια του καταρράκτη Ras περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα ενεργοποίησης τα οποία λαμβάνουν χώρα στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.?

91 Η σημασία της καθορισμένης χωροδιάταξης των ενζύμων υπογραμμίζεται από την ικανότητα των στοιχείων του μονοπατιού, που δρουν πριν και μετά τη Ras (δηλαδή των SOS και Raf), να εξασκούν τη δράση τους ως συνέπεια της μεταφοράς τους από το κυτταροδιάλυμα στην πλασματική μεμβράνη.

92 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

93 Εικόνα Σε έναν καταρράκτη μεταγωγής σήματος, το σήμα διαβιβάζεται στον πυρήνα μέσω της μετατόπισης ενός στοιχείου του μονοπατιού ή ενός μεταγραφικού παράγοντα. Ο μεταγραφικός παράγοντας μπορεί να μετατοπιστεί άμεσα, ως συνέπεια της φωσφορυλίωσής του, ή έμμεσα, λόγω της αποδέσμευσής του από έναν καταστολέα ο οποίος, όταν δεν είναι φωσφορυλιωμένος, τον συγκρατεί στο κυτταρόπλασμα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

94 Οι φωσφορυλιωμένες θέσεις μπορούν να επηρεάσουν το μονοπάτι μεταγωγής σήματος θετικά ή αρνητικά. Η κατάσταση μιας φωσφορυλιωμένης θέσης μπορεί στην πραγματικότητα να ελέγχει την κατάσταση μιας άλλης θέσης. Μια ενεργοποιητική θέση μπορεί να δράσει έμμεσα (απενεργοποιώντας μια θέση αρνητικής ρύθμισης), όπως επίσης και άμεσα (στρατολογώντας τα συστατικά στοιχεία ενός μονοπατιού μεταγωγής σήματος).

95 SOS Εικόνα Η φωσφορυλίωση ενός υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης μπορεί να ρυθμίζει το μονοπάτι μεταγωγής σήματος είτε θετικά είτε αρνητικά, ανάλογα με το ποια θέση φωσφορυλιώνεται. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

96 SOS Οι φωσφορυλιωμένες θέσεις μπορούν να επηρεάσουν το μονοπάτι μεταγωγής σήματος θετικά ή αρνητικά. Η κατάσταση μιας φωσφορυλιωμένης θέσης μπορεί στην πραγματικότητα να ελέγχει την κατάσταση μιας άλλης θέσης. Μια ενεργοποιητική θέση μπορεί να δράσει έμμεσα (απενεργοποιώντας μια θέση αρνητικής ρύθμισης), όπως επίσης και άμεσα (στρατολογώντας τα συστατικά στοιχεία ενός μονοπατιού μεταγωγής σήματος).

97

98 Εικόνα Η κινάση JNK είναι συγγενική με τις κινάσες MAP και μπορεί να ενεργοποιηθεί από το υπεριώδες φως ή μέσω της Ras. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

99 Εικόνα Οι μονομερείς πρωτεΐνες G ενέχονται στις αλλαγές της κυτταρικής δομής που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αύξησης, της διαφοροποίησης και του μετασχηματισμού. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

100

101 Εικόνα Τρία μονοπάτια MAPK περιλαμβάνουν ανάλογα στοιχεία. Τα σημεία επικοινωνίας των μονοπατιών επισημαίνονται με γκρι βέλη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

102 Μονοπάτια ΜΑP κινασών Moνoπάτι ERK JNK p38 ERK5 ERK3 Ερέθισμα Κυτοκίνες UV, στρες Οσμωτικό στρες, Ορός? G πρωτεΐνη Ras Rac/Cdc42?? MAPKKK Raf-1 MEKK1,2,3 TAK1, TAO MEKK3? MAPKK MEK1,2 MKK4,7 MKK3,6 MEK5 ERK3 kinase MAPK ERK1,2 JNK1,2,3 p38a,b 2,g,d ERK5 ERK3 Στόχος Elk-1, Elk-1, c-jun, Spi-B, c-myc ATF-2 Elk-1, SAP-1, MEF2C MEF2C, SAP-1?

103 Τα μονοπάτια των ΜΑP κινασών

104 Εικόνα Στους καταρράκτες μεταγωγής σήματος πολλών οργανισμών εμπλέκονται ομόλογες πρωτεΐνες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

105

106

107

108

109

110

111

112 Μονοπάτια ΜΑP κινασών Moνoπάτι ERK JNK p38 ERK5 ERK3 Ερέθισμα Κυτοκίνες UV, στρες Οσμοτικό στρες, Ορός? G πρωτεΐνη Ras Rac/Cdc42?? MAPKKK Raf-1 MEKK1,2,3 TAK1, TAO MEKK3? MAPKK MEK1,2 MKK4,7 MKK3,6 MEK5 ERK3 kinase MAPK ERK1,2 JNK1,2,3 p38a,b 2,g,d ERK5 ERK3 Στόχος Elk-1, Elk-1, c-jun, Spi-B, c-myc ATF-2 Elk-1, SAP-1, MEF2C MEF2C, SAP-1?

113 Μονοπάτια ΜΑP κινασών MAPK ERK1,2 JNK1,2,3 p38a,b 2,g,d ERK5 ERK3 Στόχος Elk-1, Elk-1, c-jun, Spi-B, c-myc ATF-2 Elk-1, SAP-1, MEF2C MEF2C, SAP-1?

114 Ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα Εlk-1 με φωσφορυλίωση MAPKs B D P C P P ETS SRF SRF Eνεργοποίηση ets CArG SRE

115 Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs)

116 Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs)

117 Elk KGRKPRDLELPLSPSLL Basic LxL Hydrophobic SAP RSKKPKGLGLAPT--LVI Υπόθεση εργασίας : Η περιοχή δρα ως μοτίβο συναρμογής D; Η φωσφορυλίωση του μεταγραφικού παράγοντα SAP-1 από τις κινάσες ΜΑP εξαρτάται από την ύπαρξη και αλληλεπίδραση με ένα μοτίβο συναρμογής D;

118 Pόλος του μοτίβου συναρμογής D στη φωσφορυλίωση του SAP-1 από τις ΜΑP κινάσες Relative MAPK activity Relative MAPK activity MBP D C MBP-SAP-1 MBP C MBP-SAP-1DD SAP-1 SAP-1DD (min) ERK2 p38a p38b 2 p38d ERK2 SAP-1 SAP-1DD p38a time (min) time (min)

119 Εικόνα 22.3 Σε ένα μεταγραφικό παράγοντα, οι λειτουργίες της πρόσδεσης στο DNA και της ενεργοποίησης μπορεί να επιτελούνται από ανεξάρτητες επικράτειές του. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

120 Εικόνα 22.4 Η ικανότητα της GAL4 να ενεργοποιεί τη μεταγραφή είναι ανεξάρτητη από την ειδικότητά της για πρόσδεση στο DNA. Όταν η επικράτεια της GAL4 που προσδένεται στο DNA αντικαθίσταται από την αντίστοιχη επικράτεια της LexA, η χιμαιρική πρωτεΐνη μπορεί να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή εάν ο υποκινητής διαθέτει την αλληλουχία-χειριστή της LexA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

121

122 Δοκιμή λουσιφεράσης D P C P Μεταγραφική ενεργοποίηση Ενεργή MAPK GAL4 GALx5 LUC +++ P C P GAL4 GALx5 LUC +

123 Relative luciferase activity Pόλος του μοτίβου συναρμογής D στη μεταγραφική ενεργοποίηση του SAP-1 από τις ΜΑP κινάσες MBP/GAL D C MBP/GAL-SAP-1 MBP/GAL C MBP/GAL-SAP-1DD In vitro : ERK In vivo : ERK2 SAP-1 SAP-1DD SAP-1mF SAP-1DDmF

124 Relative luciferase activity Pόλος του μοτίβου συναρμογής D στη μεταγραφική ενεργοποίηση του SAP-1 από τις ΜΑP κινάσες MBP/GAL D C MBP/GAL-SAP-1 MBP/GAL C MBP/GAL-SAP-1DD In vitro : p38a In vivo : p38a SAP-1 SAP-1DD SAP-1mF SAP-1DDmF

125 Elk KGRKPRDLELPLSPSLL Basic LxL Hydrophobic SAP RSKKPKGLGLAPT--LVI Υπόθεση εργασίας : Η περιοχή δρα ως μοτίβο συναρμογής D; Η φωσφορυλίωση του μεταγραφικού παράγοντα SAP-1 από τις κινάσες ΜΑP εξαρτάται από την ύπαρξη και αλληλεπίδραση με ένα μοτίβο συναρμογής D;

126 Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs) (α) Μεταγραφικοί παράγοντες

127

128 Τα Αμινoξέα Μη πολικά (υδρόφοβα) glycine Gly G alanine Ala A Πολικά (υδρόφιλα) serine Ser S threonine Thr T valine Val V cysteine Cys C leucine Leu L tyrosine Tyr Y isoleucine Ile I asparagine Asn N methionine Met M glutamine Gln Q phenylalanine Phe F tryptophan proline Trp Pro W P Ηλεκτρικά φορτισμένα (θετικά και υδρόφιλα) lysine Lys K Ηλεκτρικά φορτισμένα (αρνητικά και υδρόφιλα) arginine Arg R histidine His H Aspartic acid glutamic acid Asp Glu D E

129 Ηλεκτρικά φορτισμένα (θετικά και υδρόφιλα) lysine Lys K arginine Arg R histidine His H

130 Ηλεκτρικά φορτισμένα (αρνητικά και υδρόφιλα) Aspartic acid glutamic acid Asp Glu D E

131 glycine alanine Μη πολικά (υδρόφοβα) Gly Ala G A valine leucine isoleucine methionine phenylalanine tryptophan proline Val Leu Ile Met Phe Trp Pro V L I M F W P

132 Πολικά (υδρόφιλα) serine threonine cysteine tyrosine asparagine glutamine Ser Thr Cys Tyr Asn Gln S T C Y N Q

133 glycine alanine Μη πολικά (υδρόφοβα) Gly Ala G A valine leucine isoleucine methionine phenylalanine tryptophan proline Val Leu Ile Met Phe Trp Pro V L I M F W P

134 WT 318A 319A 320A 321A 322A 323A 324A 325A 326A 327A 329A 330A 331A 332A 333A 334A DD Χαρακτηρισμός της επικράτειας D του μεταγραφικού παράγοντα SAP ERK WT R S K K P K G L G L P T L V I T DD

135 Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs) Ηλεκτρικά φορτισμένα (θετικά και υδρόφιλα) lysine Lys K arginine Arg R histidine His H glycine alanine valine leucine isoleucine methionine phenylalanine Μη πολικά (υδρόφοβα) Gly Ala Val Leu Ile Met Phe G A V L I M F tryptophan proline Trp Pro W P

136 Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs) (α) Μεταγραφικοί παράγοντες (β) Άλλα υποστώματα

137 Ηλεκτρικά φορτισμένα (αρνητικά και υδρόφιλα) Aspartic acid glutamic acid Asp Glu D E

138 H κοινή θέση συναρμογής (CD περιοχή) των ΜΑP κινασών

139 H CD περιοχή της ΕRK2 Asp316 και Asp319 Eνεργό κέντρο

140 Οι περιοχές CD και ΕD της κινάσης p38

141 Οι περιοχές CD και ΕD της κινάσης ERK2

142 Οι περιοχές CD, ΕD και η αύλακα συναρμογής της κινάσης ERK2

143 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Μια κινάση ΜΑΡ φέρει μία ενεργή θέση, μία επικράτεια CD (σημειώνεται με χρώμα ροζ) και μία αύλακα συναρμογής (σημειώνεται με χρώμα κόκκινο).

144 Μονοπάτια ΜΑP κινασών Moνoπάτι ERK JNK p38 ERK5 ERK3 Ερέθισμα Κυτοκίνες UV, στρες Οσμοτικό στρες, Ορός? G πρωτεΐνη Ras Rac/Cdc42?? MAPKKK Raf-1 MEKK1,2,3 TAK1, TAO MEKK3? MAPKK MEK1,2 MKK4,7 MKK3,6 MEK5 ERK3 kinase MAPK ERK1,2 JNK1,2,3 p38a,b 2,g,d ERK5 ERK3 Στόχος Elk-1, Elk-1, c-jun, Spi-B, c-myc ATF-2 Elk-1, SAP-1, MEF2C MEF2C, SAP-1?

145 Εικόνα Η STE5 λειτουργεί ως ικρίωμα στο οποίο προσδένονται οι MEKK, MEK και ΜΑΡΚ σχηματίζοντας ένα ενεργό σύμπλοκο. Το σύμπλοκο ενεργοποιείται από τη STE20. H STE20, που εντοπίζεται στην κυτταρική μεμβράνη μέσω της πρόσδεσής της στη Cdc42p, ενεργοποιείται από το διμερές Gβγ. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

146 Εικόνα Στους καταρράκτες μεταγωγής σήματος πολλών οργανισμών εμπλέκονται ομόλογες πρωτεΐνες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

147 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Τα μονοπάτια MAPK διαφέρουν στο πρώτο και στο τελευταίο στοιχείο τους, αλλά μπορεί να έχουν κοινά ενδιάμεσα στοιχεία. Τα στοιχεία που συμμετέχουν αποκλειστικά στο μονοπάτι σύζευξης έχουν χρωματιστεί κόκκινα, εκείνα που βρίσκονται αποκλειστικά στο μονοπάτι της ωσμωρύθμισης πράσινα και εκείνα που είναι κοινά και στα δύο μονοπάτια γκρι.

148

149 Ο ρόλος των ικριωμάτων στην εξειδίκευση των ΜΑPK μονοπατιών

150 Ο ρόλος των ικριωμάτων στην εξειδίκευση των ΜΑPK μονοπατιών

151 Εικόνα Ένας κοινός καταρράκτης μεταγωγής σήματος διέρχεται από έναν υποδοχέα με ενεργότητα κινάσης τυροσίνης και, διαμέσου ενός προσαρμοστή, ενεργοποιεί τη Ras, η οποία πυροδοτεί μια αλληλουχία φωσφορυλιώσεων Ser/Thr. Τελικά, οι ενεργοποιημένες κινάσες MAP εισέρχονται στον πυρήνα και φωσφορυλιώνουν μεταγραφικούς παράγοντες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

152

153

154 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Η αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης G με τον ενεργοποιημένο υποδοχέα προκαλεί την αποσυγκρότησή της. H υπομονάδα α διεγείρει την αδενυλική κυκλάση και προάγει τη σύνθεση του camp.

155 Οι πρωτεΐνες G διίστανται σε 2 σηματοδοτικές πρωτεΐνες όταν ενεργοποιούνται

156 Εικόνα Οι πρωτεΐνες G ενεργοποιούνται από πολλούς διαμεμβρανικούς υποδοχείς και διακρίνονται, ανάλογα με τους τελεστές τους, σε διάφορες κατηγορίες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

157 Το πρώτο κυτταρικό μονοπάτι που ανακαλύφτηκε ως απόκριση στο c-amp είναι το μονοπάτι της απελευθέρωσης της γλυκόζης από το γλυκογόνο. Η αντίδραση συμβαίνει στα ηπατικά και μυϊκά κύτταρα και προκαλείται κυρίως από την ορμόνη επινεφρίνη. Η αδρεναλίνη, γνωστή και ως επινεφρίνη είναι σημαντική ορμόνη και νευροδιαβιβαστής που παράγεται από τη μυελώδη μοίρα των επινεφριδίων, ως απόκριση στο ερέθισμα της άσκησης ή του άγχους με την άφιξη ενός νευρικού παλμού. Η αδρεναλίνη μαζί με την πρόδρομη ένωση σχηματισμού της τη νοραδρεναλίνη αποτελούν τις κυριότερες ορμόνες που παράγονται στη μυελώδη μοίρα των επινεφριδίων. Και οι δύο αυτές μαζί με τη ντοπαμίνη χαρακτηρίζονται κατεχολαμίνες, δηλαδή παράγωγα της πυροκατεχίνης, μια συμπαθομιμητική αμίνη που προέρχεται από τα αμινοξέα φαινυλαλανίνη και τυροσίνη.

158 Η αδρεναλίνη βοηθά τον οργανισμό να κινητοποιήσει όλες τις πηγές ενέργειάς του, σε περιπτώσεις έντονης δραστηριότητας, διεγείροντας το συμπαθητικό νευρικό σύστημα για επείγουσα ενέργεια κατά τη λεγόμενη "αντίδραση μάχης ή φυγής". Έτσι, οι απολήξεις των νευρικών ινών του αδρενεργικού νεύρου, του συμπαθητικού νευρικόύ συστήματος, εκκρίνουν τη νορεπινεφρίνη ή νοραδρεναλίνη και τα επινεφρίδια την επινεφρίνη ή αδρεναλίνη. Οι ουσίες αυτές που έχουν τα ίδια αποτελέσματα ενεργοποιούν υποδοχείς αγγείων και άλλων οργάνων, προετοιμάζοντας την καρδιά και τους μυς για δράση. Όταν ο οργανισμός βρίσκεται σε κατάσταση υπερέντασης, στρες, χάρη της αδρεναλίνης και της νοραδρεναλίνης προκαλείται αύξηση του ποσού της γλυκόζης στο αίμα, διαστολή των βρόγχων, επιτάχυνση των παλμών της καρδιάς, αύξηση της πίεσης του αίματος, συστολή των αγγείων του πεπτικού συστήματος και του δέρματος, διαστολή της κόρης του ματιού, ανόρθωση των τριχών κ.λπ. Ως αντισταθμιστική ή αντιρροπική ορμόνη προκαλεί το ήπαρ να απελευθερώσει γλυκόζη και τα κύτταρα να απελευθερώσουν λιπαρά οξέα. Με αυτόν τον τρόπο παράγεται επί πλέον ενέργεια. Στην περίπτωση που η ινσουλίνη, δεν επαρκεί, η έκκριση της επινεφρίνης και παρεμφερών αντισταθμιστικών ορμονών μπορεί να οδηγήσει σε υπεργλυκαιμία.

159 Ο πολυμερισμός της γλυκόζης σε γλυκογόνο καταλύεται από το ένζυμο συνθετάση του γλυκογόνου

160 Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου σε γλυκόζη καταλύεται από το ένζυμο φωσφορυλάση του γλυκογόνου

161

162 PKA vs PPάση Ι

163 PKA vs PPάση Ι

164 PKA vs PPάση Ι

165 Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου και η παραγωγή γλυκόζης, που προκαλείται από τα αυξημένα επίπεδα επινεφρίνης, αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα διπλού μηχανισμού ρύθμισης. Πιο συγκεκριμένα προκαλείται ενεργοποίηση των ενζύμων που συμμετέχουν στο μονοπάτι αποικοδόμησης του γλυκογόνου με παράλληλη απενεργοποίηση των ενζύμων που καταλύουν τον πολυμερισμό της γλυκόζης σε γλυκογόνο.

166 Εικόνα Όταν το κυκλικό AMP δεσμεύεται στην υπομονάδα R της PKA, η υπομονάδα C αποδεσμεύεται. Μερικές από τις υπομονάδες C διαχέονται στον πυρήνα, όπου φωσφορυλιώνουν το μεταγραφικό παράγοντα CREB. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

167 Η ενεργοποίηση του CREB προκαλεί τη μεταγραφή περισσοτέρων από 5000 γονιδίων στόχων, συμπεριλαμβανομένων πρώτο - ογκογονιδίων όπως το c-fos, ρυθμιστικών γονιδίων του κυτταρικού κύκλου όπως τις κυκλίνες A1 και D2 και άλλα γονίδια που σχετίζονται με την ανάπτυξη, επιβίωση και κυτταρική μνήμη. Review Siu, Yeung-Tung & Jin, Dong-Yan CREB a real culprit in oncogenesis. FEBS Journal 274 (13), 2007,

168

169 Η ενίσχυση του σήματος είναι βασικό χαρακτηριστικό των σηματοδοτικών μονοπατιών

170

171 Οι κυτοκίνες αποτελούν μια μικρή οικογένεια πρωτεϊνών (περίπου 160 α.α) που ελέγχουν την ανάπτυξη και διαφοροποίηση συγκεκριμένων κυτταρικών τύπων. Π.χ Η προλακτίνη είναι μια πεπτιδική ορμόνη που παράγεται από τα λακτοτρόπα κύτταρα του προσθίου λοβού της υπόφυσης (αδενοϋπόφυση). Παρουσιάζει παρόμοια χημική δομή με την αυξητική ορμόνη (GH) και την πλακουντική γαλακτογόνο ορμόνη (hpl). Η προλακτίνη αυξάνει κατά τη διάρκεια της κύησης, οπότε πολλαπλασιάζονται και τα αντίστοιχα λακτοτρόπα κύτταρα της υπόφυσης. Η προλακτίνη επάγει την ανάπτυξη του αδένα του μαστού και την παραγωγή γάλακτος. Η ιντερλευκίνη ΙL-2 είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη και δράση των Τ λεμφoκυττάρων και η IL-4 για την ανάπτυξη και σχηματισμό των Β λεμφoκυττάρων.

172 Η ερυθροποιητίνη (erythropoeitin, EPO) είναι μια γλυκοπρωτεϊνικής φύσεως ορμόνη που παράγεται από τους νεφρούς. Ερέθισμα για την έκκριση ερυθροποιητίνης αποτελεί η ιστική υποξία, δηλαδή η χαμηλή οξυγόνωση των ιστών. Η ερυθροποιητίνη μεταφέρεται με την κυκλοφορία του αίματος στα κύτταρα του μυελού των οστών, όπου υπάρχουν οι αντίστοιχοι υποδοχείς (EpoR, etythropoeitin receptor). Η ερυθροποιητίνη επισπεύδει την ωρίμανση των πρόδρομων μορφών των ερυθροκυττάρων (ερυθρών αιμοσφαιρίων). Με τον τρόπο αυτό, αυξάνει των αριθμό των κυκλοφορούντων ερυθρών αιμοσφαιρίων και, κατά συνέπεια, και του αιματοκρίτη. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η αύξηση της ικανότητας μεταφοράς οξυγόνου από το αίμα και η βελτίωση της ιστικής υποξίας. Ο μηχανισμός αυτός εξηγεί την αύξηση του αιματοκρίτη που παρατηρείται σε άτομα που διαβιούν σε μεγάλο υψόμετρο, όπου, λόγω χαμηλής ατμοσφαιρικής πίεσης, το ερέθισμα της ιστικής υποξίας είναι μόνιμο. Επίσης, αντίστοιχη αύξηση του αιματοκρίτη παρατηρείται και στους καπνιστές.

173 Σε καταστάσεις υποξίας (μειωμένης συγκέντρωσης οξυγόνου) ενεργοποιείται ο μεταγραφικός παράγοντας Hypoxia Inducing Factor-1, ο οποίος οδηγεί σε αύξηση των επιπέδων της κυτοκίνης, ερυθροποιητίνης. Καθώς τα επίπεδα της ερυθροποιητίνης αυξάνονται, τα πρώιμα ερυθροκύτταρα διαφοροποιούνται σε ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια, ο ρόλος των οποίων είναι η μεταφορά οξυγόνου δεσμευμένο με αιμοσφαιρίνη.

174 Η παραγωγή ερυθροποιητίνης για θεραπευτικούς σκοπούς έγινε εφικτή με την τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA. Η ερυθροποιητίνη χορηγείται θεραπευτικά σε περιπτώσεις χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας, όπου, λόγω της καταστροφής των νεφρών, ελαττώνονται τα επίπεδα της ενδογενούς ορμόνης. Με τον τρόπο αυτό εξηγείται ο χαμηλός αιματοκρίτης των χρονίων νεφροπαθών. Επίσης, κατά τη διάρκεια χημειοθεραπευτικών σχημάτων για κακοήθεις νεοπλασίες, όπου παρατηρείται καταστολή του μυελού των οστών και πτώση του αιματοκρίτη, η ερυθροποιητίνη βοηθά στην ταχύτερη έξοδο της ερυθράς σειράς του μυελού, από τη φάση της απλασίας. Τέλος, χορηγείται σε περιπτώσεις αυτομετάγγισης, πριν από ένα προγραμματισμένο αιματηρό χειρουργείο. Η ερυθροποιητίνη χορηγείται με τη μορφή υποδόριων ενέσεων. Η ερυθροποιητίνη έχει χρησιμοποιηθεί και για την ενίσχυση της απόδοσης των αθλητών, λόγω της αύξησης της ικανότητας μεταφοράς οξυγόνου από το αίμα, σε αθλήματα, όπως η ποδηλασία και ο δρόμος μεγάλων αποστάσεων. Για το λόγο αυτό συγκαταλέγεται στη λίστα των απαγορευμένων ουσιών για τις περισσότερες αθλητικές ομοσπονδίες.

175 O ρόλος της ερυθροποιητίνης στην παραγωγή των ώριμων ερυθρών αιμοσφαιρίων

176 Εικόνα Οι υποδοχείς κυτοκινών συνδέονται με τις κινάσες JAK και τις ενεργοποιούν. Οι STAT προσδένονται στο σύμπλοκο υποδοχέα-jak και στη συνέχεια φωσφορυλιώνονται. H φωσφορυλίωση των STAT οδηγεί στο σχηματισμό διμερών, τα οποία μετατοπίζονται στον πυρήνα, όπου ενεργοποιούν τη μεταγραφή. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

177 Ενεργοποίηση των υποδοχέων κινάσης τυροσίνης

178 Ενεργοποίηση των υποδοχέων κυτοκίνης

179 Αλληλεπίδραση της ερυθροποιητίνης με τον αντίστοιχο υποδοχέα

180

181 O ρόλος της ερυθροποιητίνης στην παραγωγή των ώριμων ερυθρών αιμοσφαιρίων Ο ενεργοποιημένος μεταγραφικός παράγοντας STAT5 προκαλεί την παραγωγή των αντι-αποπτωτικών πρωτεΐνών Bcl.

182

183 Η φωσφατάση SHP1 προκαλεί την απενεργοποίηση της JAK2

184

185 O υποδοχέας της ερυθροποιητίνης και η κινάση JAK2 είναι αναγκαία για την παραγωγή των ερυθρών αιμοσφαιρίων

186 Τα σηματοδοτικά μονοπάτια της ερυθροποιητίνης

187 Πώς επιτυγχάνεται η ειδικότητα, δεδομένης της πολλαπλότητας των συγγενικών υποδοχέων κυτοκινών, των κινασών JAK και των μεταγραφικών παραγόντων STAT; Ο έλεγχος της εξειδίκευσης έγκειται στο σχηματισμό ενός πολυσύνθετου συμπλόκου που περιλαμβάνει τον υποδοχέα, τις JAK και τους STAT. Οι STAT αλληλεπιδρούν άμεσα με τον υποδοχέα, όπως επίσης και με τις JAK. Μια επικράτεια SH2 σε έναν ορισμένο παράγοντα STAT αναγνωρίζει μια θέση δέσμευσης σε ένα συγκεκριμένο υποδοχέα. Έτσι, ο έλεγχος της εξειδίκευσης εξαρτάται από τον παράγοντα STAT.

188 Εικόνα Η ενεργοποίηση των υποδοχέων του TGFβ προκαλεί τη φωσφορυλίωση μιας Smad, η οποία μετατοπίζεται στον πυρήνα, όπου ενεργοποιεί τη μεταγραφή. Transforming Growth Factor β Bone Morphogenetic Proteins Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

189

190 Το μονοπάτι μεταγωγής σήματος του TGFβ

191 Το μονοπάτι μεταγωγής σήματος του TGFβ

192

193

194 Plasminogen Activator Inhibitor 1 (καταστολέας πρωτεασών) Ο Αναστολέας του Ενεργοποιητή Πλασμινογόνου (Plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1) είναι ο κύριος αναστολέας του ενεργοποιητή του ιστικού πλασμινογόνου (tpa) και της ουροκινάσης (upa), των ενεργοποιητών του πλασμινογόνου και, επομένως της ινωδόλυσης (της φυσιολογικής δηλαδή διάσπασης των πηγμάτων του αίματος). Πρόκειται για μια πρωτεΐνη αναστολέα των πρωτεασών σερίνης (SERPINE1).

195 ινωδόλυση ινωδόλυση

196 Ένα εντυπωσιακό χαρακτηριστικό των μονοπατιών JAK-STAT και TGFβ είναι η απλότητα της οργάνωσής τους, συγκριτικά (για παράδειγμα) με το μονοπάτι Ras-MAPK. Η εξειδίκευση των μονοπατιών αυτών εξαρτάται από την παραλλαγή των συστατικών στοιχείων που συγκεντρώνονται στη μεμβράνη στην πρώτη περίπτωση από τους διάφορους συνδυασμούς JAK-STAT, ενώ στη δεύτερη από τις διάφορες πρωτεΐνες Smad. Από τη στιγμή που έχει πυροδοτηθεί το μονοπάτι, λειτουργεί με έναν άμεσο, γραμμικό τρόπο. Το στοιχείο που φωσφορυλιώνεται στην κυτταροπλασματική μεμβράνη (ο STAT στην οδό JAK-STAT και ο Smad στην οδό TGFβ) μετατοπίζεται το ίδιο στον πυρήνα για να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή. Ίσως είναι η απόλυτη εκδήλωση της σημασίας του εντοπισμού στο χώρο.

197

198

199