Buněčná signalizace

Question 1

Bakteriální buňka - pohyb závislý na látkách v okolí

Answer 1

• umí se aktivně pohybovat ke zdroji látky nebo od něj
• umí cílený pohyb, ale i necílený
• vnímá gradient (koncentraci) v čase (jestli se změní v tom místě či ne)

Question 2

Signální molekula

Answer 2

= nějaký ligand, ,,první posel’’

- jsou zachycovány prostřednictvím specifických receptorů

Question 3

Receptor

Answer 3

• mění svoji konformaci a tato konformační změna je informací, která je zprostředkovaná dál
• specifický pro danou signální molekulu
• naváže se signální molekula -> receptor změní konformaci -> naváže se na něj G protein a GTP -> produkuje molekuly cAMP (to je vlastně zesílení) -> cAMP se naváže na kinázu -> ta se aktivuje -> enzymy podřízené kináze vyrábí produkty

Question 4

Signální kaskáda

Answer 4

Signální molekula -> receptor -> přenašeč -> efektory
- receptory přenášejí informaci o navázání signální molekuly na přenašeče vedoucí signál (informaci, nikoliv ligand) k efektorům

Question 5

Efektory

Answer 5

= výkonné enzymy či transkripční faktory

Question 6

Putování signální molekuly

Answer 6

1. syntéza signální molekuly signalizační buňkou (produkce sig. molekul)
2. uvolnění signální molekuly z buňky nebo vystavení na povrchu buňky
   - zpravidla soustředěny v exkretorických váčcích a fúzí váčků s plazmatickou membránou vylity do vnějšího prostředí
   - mohou být taky vystaveny na povrchu buňky, opět fúzí váčků s plazmatickou membránou
3. transport signální molekuly k cílové buňce
   - v některých případech se může šířit mezi buňkami skrze KONEXOMY
4. detekce signální molekuly receptorem cílové buňky
   - receptor změní konformaci -> naváže se na něj G protein a GTP -> produkuje molekuly cAMP (to je vlastně zesílení) -> cAMP se naváže na kinázu -> ta se aktivuje -> enzymy podřízené kináze vyrábí produkty
5. interpretace signálu - odpověď cílové buňky na signál
6. odstranění signální molekuly

Question 7

Typy signalizace buněk

Answer 7

Parakrinní - signální molekula se šíří lokálně difuzí
- speciálním případem je AUTOKRINNÍ SIGNGÁL - zdrojem i cílem sig. molekuly je tatáž buňka či skupina buněk
Endokrinní - šíření signální molekuly krví
Synaptická signalizace - dlouhý dosah, sig. molekula působí jen na omezenou vzdálenost (v synapsi), např. nervová buňka - nervová buňka

Question 8

2 typy receptorů

Answer 8

Membránový receptor
- do buňky jde jen informace, receptory změní konformaci
- hydrofilní ligandy - proteiny, katecholaminy a prostaglandiny
Vnitrobuněčný receptor
- lipofilní ligandy - steroidní, thyroidní hormony, vitamin D, kys. retinová

• některé sig. molekuly (NO, CO) ovlivňují buňku bez prostřednictví receptoru,
  SM je zachycena efektorem, tedy efektor může být sám sobě receptor

Question 9

Jak je signál potlačen?

Answer 9

• pokles koncentrace ligandu
• endocytóza receptoru a eliminace ligandu váčku
• endocytóza a degradace receptoru v lysozomu
• zabránění v předávání signálu
• snížení schopnosti předat signál
• snížení afinity receptorů vůči

Question 10

2 typy odpovědi buňky na signál

Answer 10

Kratkodobá odpověď
- ovlivnění metabolických enzymů, metabolické změny
- např. aktivace fosforylázy glykogenu -> zvýšení hladiny glukózo-1-fosfátu,
- leknutí
Dlouhodobá
- změna transkripční aktivity, změna chování, proliferace
- např. zvýšení produkce hemoglobinu a erytrocytů pod vlivem hemopoetinu

Question 11

Receptory se sedmi transmembránovými helixy

Answer 11

• svázané s G proteiny
• smyčky na vnější vytvářejí vazebné místo pro ligand
• konformační změna vyvolaná vazbou ligandu způsobí posun helixů vůči sobě, čímž se přenese na intracelulární část proteinu
• princip je konformační změna v cytosolu (smyčka - loop)

Question 12

Malé G proteiny v přenosu signálu - princip

Answer 12

Na G protein se naváže GTP => Protein AKTIVNÍ -> váže se na aktivní efektor a předává informaci -> GAP aktivuje GTPázu -> GTP se štěpí, fosfát jde pryč -> G protein s GDP => NEAKTIVNÍ -> GEF (receptor) vymění GDP za GTP -> G protein s GTP => AKTIVNÍ
GEF: GDP/GTP výměnný (exchange) faktor
GAP: GTPázu aktivující faktor
- z receptoru se stává výměnný faktor GEF, váže G protein a vytěsňuje z něj GDP

Question 13

Second messengers (Druzí posli) + velmi častá dráha

Answer 13

• G proteiny
• > cyklické AMP
• > cyklické GMP
• > DAG (diglycerid)
• > IP3 (inositortrifosfát)
• velmi častá dráha: cAMP aktivuje proteinkinázu A -> neaktivní PKA -> aktivované PKA

Question 14

Kináza - definice

Answer 14

= enzym, který přenáší fosfátovou skupinu z vysokoenergetické molekuly (např. z ATP) na jinou molekulu (substrát)

Question 15

Co fosforyluje proteiny v přenosu signálu?

Answer 15

• protein kináza
• naváže se fosfát z ATP
• výchozí stav: enzym fosfatáza odštěpí fosfát
• navázání fosfátu nemusí znamenat aktivaci, kináza může míc více vazebných míst, každá to má s aktivací jinak

Question 16

Hlavní kinázy

Answer 16

Tyrosinové a serin/threoninové kinázy
+ TGFβ
+ proteinkináza A
+ MAP kinázy

Question 17

Receptorové kinázy - jak fungují

Answer 17

• velká většina tyrosinových kináz
• informaci o vazbě ligandu přenášejí dimerizací a vzájemnou fosforylací
• kinázová doména je součástí kinázy (transmembránový řetězec)
• kinázové domény v exterioru k sobě nemají žádnou afinitu, dokud nenapojí ligand -> přiblíží se víc k sobě -> přiblíží k sobě i tyrosinkinázy pod membránou -> fosforylace
• fosfotyrosinové epitopy jsou specifickými cílovými vazebnými místy pro SH2 domény dalších proteinů
• fosfotyrosiny jsou cílem pro různé signální proteiny - může se na ně vázat celá řada různých proteinů; jako lodičky mají všechny proteiny svůj přístav

Question 18

Nereceptorové kinázy

Answer 18

• pod membránou, navážou se na nějaký substrát a svou kinázovou aktivitou fosforylují
• velká většina serin/threoninoých kináz
• např. proteinkináza A, TGFβ kináza (proteoglykany)

Question 19

Cytokinové receptory

Answer 19

• dimerizují vazbou ligandu a na vnitřní straně membrány jsou aktivovány asociované kinázy, např. erytropoetin, interferon, interleukiny,…
• tady je přiblížení a připojení ligandu nutné pro propojení dvou kinázových domén = JAK kinázy:
• > nejsou součástí receptoru, jsou na něj navázané jako opice na palmu
• > mají jeden substrát - STAT - po fosforylaci vytváří dimer -> to je transkripční faktor

Question 20

Cytokiny

Answer 20

• označení pro skupinu menších signálním proteinů, účastnících se významně v imunitní odpovědi

Question 21

Kaskáda MAP kináz

Answer 21

MAP kináza = Mitogen-Activated Protein Kinase

• zvýšení buněčného dělení
• aktivovaný Ras indukuje kaskádu kináz přenášejících signál v podobě následné fosforylace vedoucí k aktivaci MAP kinázy
• MAP kináza = serin/threoninová kináza, která může translokovat do jádra a fosforylovat mnoho různých proteinů, včetně transkripčních faktorů redukujících genovou expresi
• kaskáda je tříčlenná, vždy jsou kinázy různé
• MAP kináza je poslední, je aktivovaná (fosforylací) kinázou, která je aktivovaná další kinázou; každá kináza ze 3 kináz pracuje samostatně s fosfátem (fosfát se nepřenáší, přenáší se jen informace)
• fosforylace na tyrosinu a threoninu aktivuje MAP kináza
• v buňce existuje paralelně řada MAP kinázových kaskád
• DOMINO efekt

Question 22

Dráha Notch-CSL

Answer 22

= irevezibilní dráha

• Notch (=receptor, a delta=ligand) se uplatňují v laterální inhibici během vývoje nervových buněk krevní řady
• Notch-IC vytěsňuje korepresorový komplex z transkripčního faktoru CSL a změní jej tak na aktivátor

Question 23

Hedgehog proteiny

Answer 23

= ireverzibilní dráha
= lokální mediátory uplatňující se v mnoha vývojových procesech
- změny v signalizaci jsou letální ve vývoji nebo vedou k rakovině dospělců