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

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΚΑΙ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Δρ. Α. ΓΑΛΑΝΗΣ agalanis@mbg.duth.gr 2017

Figure 6.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

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

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

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

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

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

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

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)

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.

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

Εικόνα 28.8 Ο πόρος ενός διαύλου καλίου αποτελείται από τρεις περιοχές. Μέγεθος : Να + 0.95 Α - Κ + 1.33 Α Συγκέντρωση : Να + /Κ + 1:10 4 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

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.

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.10 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.

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

Σχηματική αναπαράσταση ενός οφιοειδούς υποδοχέα Σχηματική αναπαράσταση της πρωτεΐνης G

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.12 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.

Οι πρωτεΐνες G διίστανται σε 2 σηματοδοτικές πρωτεΐνες όταν ενεργοποιούνται

Εικόνα 28.11 Οι πρωτεΐνες G ενεργοποιούνται από πολλούς διαμεμβρανικούς υποδοχείς και διακρίνονται, ανάλογα με τους τελεστές τους, σε διάφορες κατηγορίες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Η σημασία της φωσφορυλίωσης και ο ρόλος των φωσφοπρωτεϊνών άρχισε να διαφαίνεται στη δεκαετία του 1950. 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.

Η φωσφορυλίωση προκαλεί αλλαγή στη στερεοδιαμόρωση του υποστρώματος

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

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.13 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.

Σχηματική αναπαράσταση της κινάσης p38

Συγκριτική παρουσίαση των ενεργοποιημένων κινασών p38, ERK και capk

Εικόνα 28.14 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

Εικόνα 28.16 Η δέσμευση του προσδέτη στην εξωκυτταρική επικράτεια του υποδοχέα προκαλεί διμερισμό. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Εικόνα 28.17 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

Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου EGF-υποδοχέα EGF

Εικόνα 28.18 Η φωσφορυλίωση της ενδοκυτταρικής επικράτειας ενός υποδοχέα δημιουργεί θέσεις πρόσδεσης για πρωτεΐνες του κυτταροδιαλύματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Εικόνα 28.22 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 SH2. 3-5 a.a 1 ptyr Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.23 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.

Εικόνα 28.20 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

Εικόνα 28.24 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

Εικόνα 28.19 Διάφοροι τύποι πρωτεϊνών που συμμετέχουν στη μεταγωγή σήματος φέρουν επικράτειες SH2 και SH3. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Grb2 Grb2 Grb2 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Εικόνα 28.25 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

Εικόνα 28.26 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 90-100 α.α Επικράτεια αναγνώρισης PDZ Πρότυπη αλληλουχία αναγνώρισης: X-Thr/Ser-X-Val-COOH Συνάθροιση μεμβρανικών πρωτεϊνών, πρόσδεση πρωτεϊνών σηματοδότησης σε μεμβρανικά σύμπλοκα

Εικόνα 28.27 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

Πρωτεϊνικά μοτίβα αναγνώρισης

Εικόνα 28.15 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

Εικόνα 28.28 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

Εικόνα 28.29 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

Εικόνα 28.20 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

Grb2 Grb2 Grb2 Εικόνα 28.21 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

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Guanine Exchange Factor Εικόνα 28.30 Τα πρώτα στάδια του καταρράκτη Ras περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα ενεργοποίησης τα οποία λαμβάνουν χώρα στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.

Εικόνα 28.32 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

5 22 30 40 109 120 Εικόνα 28.33 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

Εικόνα 28.34 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

Εικόνα 28.29 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.

Εικόνα 28.29 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

Εικόνα 28.29 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

Εικόνα 28.29 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.

Εικόνα 28.29 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. 5 22 30 40 109 120

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.30 Τα πρώτα στάδια του καταρράκτη Ras περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα ενεργοποίησης τα οποία λαμβάνουν χώρα στην κυτταροπλασματική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.?

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.

Εικόνα 28.36 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

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).

SOS Εικόνα 28.31 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

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).

Εικόνα 28.43 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

Εικόνα 28.35 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

Εικόνα 28.39 Τρία μονοπάτια MAPK περιλαμβάνουν ανάλογα στοιχεία. Τα σημεία επικοινωνίας των μονοπατιών επισημαίνονται με γκρι βέλη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

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?

Τα μονοπάτια των ΜΑP κινασών

Εικόνα 28.38 Στους καταρράκτες μεταγωγής σήματος πολλών οργανισμών εμπλέκονται ομόλογες πρωτεΐνες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

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?

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?

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

Μοτίβα συναρμογής κινασών (kinase docking motifs)

Elk-1 312 KGRKPRDLELPLSPSLL Basic LxL Hydrophobic SAP-1 318 RSKKPKGLGLAPT--LVI Υπόθεση εργασίας : Η περιοχή 318-333 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;

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 5 15 30 60 5 15 30 60 (min) ERK2 p38a p38b 2 p38d 120 80 ERK2 SAP-1 SAP-1DD 120 80 p38a 40 0 0 5 15 30 60 time (min) 40 0 0 5 15 30 60 time (min)

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

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

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

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 : ERK2 1 2 3 4 120 100 80 60 40 20 0 In vivo : ERK2 SAP-1 SAP-1DD SAP-1mF SAP-1DDmF

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 120 100 In vivo : 80 60 p38a 40 20 1 2 3 4 0 SAP-1 SAP-1DD SAP-1mF SAP-1DDmF

Elk-1 312 KGRKPRDLELPLSPSLL Basic LxL Hydrophobic SAP-1 318 RSKKPKGLGLAPT--LVI Υπόθεση εργασίας : Η περιοχή 318-333 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;

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

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

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

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

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

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

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

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-1 140 120 ERK2 100 80 60 40 20 0 WT R S K K P K G L G L P T L V I T DD

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

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

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

H κοινή θέση συναρμογής (CD περιοχή) των ΜΑP κινασών

H CD περιοχή της ΕRK2 Asp316 και Asp319 Eνεργό κέντρο

Οι περιοχές CD και ΕD της κινάσης p38

Οι περιοχές CD και ΕD της κινάσης ERK2

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

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.40 Μια κινάση ΜΑΡ φέρει μία ενεργή θέση, μία επικράτεια CD (σημειώνεται με χρώμα ροζ) και μία αύλακα συναρμογής (σημειώνεται με χρώμα κόκκινο).

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?

Εικόνα 28.41 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

Εικόνα 28.38 Στους καταρράκτες μεταγωγής σήματος πολλών οργανισμών εμπλέκονται ομόλογες πρωτεΐνες. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.42 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.

Ο ρόλος των ικριωμάτων στην εξειδίκευση των ΜΑPK μονοπατιών

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 28.12 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.

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.

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.

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

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

PKA vs PPάση Ι

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.

Εικόνα 28.44 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

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, 3224-3232.

Η ενίσχυση του σήματος είναι βασικό χαρακτηριστικό των σηματοδοτικών μονοπατιών

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.

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.

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.

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.

O ρόλος της ερυθροποιητίνης στην παραγωγή των ώριμων ερυθρών αιμοσφαιρίων

Εικόνα 28.45 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

Ενεργοποίηση των υποδοχέων κινάσης τυροσίνης

Ενεργοποίηση των υποδοχέων κυτοκίνης

Αλληλεπίδραση της ερυθροποιητίνης με τον αντίστοιχο υποδοχέα

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

Η φωσφατάση SHP1 προκαλεί την απενεργοποίηση της JAK2

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

Τα σηματοδοτικά μονοπάτια της ερυθροποιητίνης

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.

Εικόνα 28.46 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

Το μονοπάτι μεταγωγής σήματος του TGFβ

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).

ινωδόλυση ινωδόλυση

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.