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 Ρύθμιση του μεταβολισμού του γλυκογόνου από την επινεφρίνη -Ταχεία δράση Η ενεργοποίηση του υποδοχέα από την επινεφρίνη διεγείρει μια πρωτεΐνη G η οποία ενεργοποιεί την αδενυλική κυκλάση. Το camp που παράγεται ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση Α, η οποία φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί την κινάση της φωσφορυλάσης. Η κινάση της φωσφορυλάσης στη συνέχεια ενεργοποιεί τη φωσφορυλάση του γλυκογόνου, η οποία καταλύει τη διάσπαση του γλυκογόνου σε 1φωσφορική γλυκόζη.

10 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 1-10

11

12 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 12

13 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.

14 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 14 κλείσιμο των διαύλων Να+ αλλαγή δυναμικού μεμβράνης αλλαγή στην έκκριση νευροδιαβιβαστή στη σύναψη

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

16

17 Ενίσχυση σήματος

18 Σηματοδοτικό μονοπάτι φωσφολιπάσης/φωσφολιπιδίων ινοσιτόλης Υδρόλυση της PIP2 Η φωσφο-ινοσιτοειδική 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. 18

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

20 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. 20

21 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.

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

23 Έκκριση Ca2+ κατά τη γονιμοποίηση ωοκυττάρου

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

25 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 κινάσεςcam (ενεργοποίηση μεταγραφικών παραγόντων), η αδενυλική κυκλάση, η φωσφοδιεστεράση Ρύθμιση διαύλων Ca2+ κα. Κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της Μυοσίνης CAM κινάσες- CREB

26 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.

27 G-proteins - Video

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

29 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.

30 H GSK3 φωσφορυλιώνει και καταστέλλει τον παράγοντα eif2b ο οποίος προάγει την έναρξη της μετάφρασης Συνεπώς καταστολή της GSK3 απο την Akt προάγει την πρωτεινοσύνθεση

31 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.

32 Το μονοπάτι mtor Το σύμπλοκο κινάσης mtorc1 ενεργοποιείται από τη Rheb, η οποία αναστέλλεται από το σύμπλοκο TSC1/2. Ως απόκριση στη διέγερση από αυξητικό παράγοντα η Akt καταστέλλει το TSC1/2, προκαλώντας την ενεργοποίηση των Rheb και mtorc1. Αντίθετα, όταν εξαντλούνται τα κυτταρικά αποθέματα ενέργειας, η AMPK ενεργοποιεί το σύμπλοκο TSC1/2, προκαλώντας την καταστολή των Rheb και mtorc1. Το ενεργοποιημένο σύμπλοκο κινάσης mtorc1 προάγει την πρωτεϊνοσύνθεση μέσω φωσφορυλίωσης α) της κινάσης της S6 η οποία στη συνέχεια φωσφορυλιώνει τη ριβοσωμική πρωτεΐνη S6 και β) πρωτεΐνης πρόσδεσης στην eif4e, ενός καταστολέα του παράγοντα έναρξης της μετάφρασης eif4eeif4e, με αποτέλεσμα να αίρεται η καταστολή του.