Buněčná signalizace Flashcards
Buněčná signalizace - definice, způsob signalizace, quorum sensing
= přenos signálů (z vnějšího okolí nebo z jiných buněk), který ovlivňuje buněčné chování a tvoří buněčnou odpověď
- mezibuněčná signalizace je esenciální proces
- Způsoby: buňka-buňka, extracelulární signální molekuly
- Dráhy signální transdukce = dráhy pro přeměnu extracelulárního signálu na buněčnou odpověď
- Komunikace přes signální molekuly:
1.Syntéza a uvolnění signální molekuly (pořád/někdy)
2.Transport ,,signálu’’ k cílové buňce (kousek/daleko)
3.Detekce signálu specifickým receptorovým proteinem (na povrchu/uvnitř)
4.Změna buněčného metabolismu, vývoje,…
5.Odstranění signálu, obvykle ukončí buněčnou odpověď
- Proces QUORUM SENSING:
-> regulace populací mikroorganismů
-> výrazná změna chování, např. při nedostatku živin, velkém stresu…
Receptory buněčného povrchu - 1. G-protein coupled receptors
= GPCRs
- receptory asociované s G-proteiny
- savčí receptory - např. epinefrin, serotonin, glukagon
- 1. aktivace extracelulárního ligandu -> vazba ligandu, receptor se aktivuje -> aktivace se nese na G-protein (změna)
- např. aktivace membránově asociované adenylátkinázy (pak začne syntetizovat cAMP)
- druhé posly
Receptory buněčného povrchu - 2. Ion-channel receptors
- receptory mají duální funkci - iontový kanál + receptory
- např. kanál pro acetylcholijn
- 2 konformace na membráně - uzavřený kanál/otevřený kanál
- na vnější části vazebné místo pro signální molekulu -> změna struktury kanálu
- např. polarizace/depolarizace membrány
Receptory buněčného povrchu - 3. Tyrosine-kinase linked receptors
- receptory + tyrosin-kináz
- např. receptor pro erytropoetin, interferony
- dimer, nemá navázaný ligand, pokud je neaktivní
- Ligand se naváže -> dimerizace receptoru -> aktivace cytosolických domén -> vazba tyrosin-kinázy
Receptory buněčného povrchu - 4. Receptory s vnitřní enzymatickou aktivitou
- např. receptor tyrosin-kináz (RTKs)
- aktivace dimerizací, aktivuje se cytosolická doména
- guanylát cyklázy - transmembránové domény, syntéza cyklického GMP
Konzervativní proteiny drah signální transdukce - GTPase ,,switch’’ proteiny
- Proteiny, které na sebe mohou mít navázané GTP nebo GDP -> podle toho aktivní/neaktivní
- vazba přes gamma fosfát GTP - ten může interagovat se switch doménou -> drží domény v dané konformaci -> AKTIVNÍ stav
- switch domény puštěné -> NEAKTIVNÍ stav
- 2 skupiny:
- 1.Trimerní G-proteiny - vazba na GTP receptory
- 2.Monomerní GTP/GDP vazebné proteiny - Ras protein, Ras-like proteiny, mohou být vázané s receptory přes jiné proteiny
AKTIVACE A INAKTIVACE GTPASE SWITCH PROTEINŮ: - Neaktivní Ras protein navázaný s GDP -> aktivace -> vyhodí se GDP a naváže se aktivní GTP (fosfát se nepřidává)
- Inaktivace: hydrolýza GTP -> uvolní se fosfát -> vznik GDP
Konzervativní proteiny drah signální transdukce - Protein kinázy, typy a kde
- Aktivace/inaktivace fosforylací
- protein -> fosforylace -> spotřeba ATP -> nefosforylovaná forma na fosforylovanou
- Zpětný mechanismus (fosfo -> nefosfo):
-> to dělá protein s fosfatázovou aktivitou - uvolní pyrofosfát z fosfo proteinu - Protein fosfatázy mají širší spektrum účinku než protein kinázy
- v savčích buňkách 2 typy kináz: TYROSINOVÉ PROTEIN KINÁZY (fosforylace Tyr), SERINTHREONINONVÉ PROTEINKINÁZY (fosfo Ser a Thr)
- Bakterie: + HISTIDINOVÉ PROTEINKINÁZY (autofosfo His)
Konzervativní proteiny drah signální transdukce - Adapterové proteiny
- puzzle
- součást multiproteinového komplexu pro kaskádu - proteiny drží pohromadě adapter
- ,,Scaffold’’
- umožňují komponentům se správně uspořádat, aby mohli provést svou funkci
- nemusí být jen vazebná místa, umí i změnit konformaci proteinů
- = několik stejných/různých domén
1.DOMÉNY VÁŽÍCÍ FOSFOTYR ZBYTKY: - váží fosfotyrylované tyrosiny
- domény SH2 a PTB
- vážou oblasti bohaté na Pro-Pro
- domény SH3 a WW rozpoznávají novou konformaci proteinu toho proteinu
2. FOSFOINOSITIDY: - PH domény - generují druhé posly
- PDZ domény vážou C teerminální sekvence s hydrofóbními sekvencemi
- některé signální proteiny se můžou účastnit více signálních kaskád (např. Mapkinázové kaskády)
- adapterové proteiny zabraňují interferenci mezi dráhami (ať se spolu nebaví a soustředí se na práci)
Receptory asociované s G-proteiny (GPCRs) - co to je, časté receptory, adenylát cykláza, cholera toxin
- signál se přenese přes GPCR na trimerní G proteiny
- receptor pro rhodopsin má 7 transmembránových domén - v intracelulární části je jedna smyčka prodloužená (v penis) a může se spojit s G proteinem
- Časté receptory: rhodopsiny, čichové receptory, hormonální receptory, neurotransmitery
- aktivace různými ligandy
ASOCIACE A AKTIVACE ADENYLÁT CYKLÁZY: - -> zvyšování cAMP v buňce
- Stimulační/Inhibitorový ligand se váže na receptor -> ten aktivuje G proteinový komplex -> aktivace/inaktivace (to se rozhodne podle toho, který se prosadí)
- Chill stav: neaktivní receptorový protein a neaktivní trimerní G protein (alfa, beta, gamma podjednotky; alfa váže GTP/GDP) jsou v komplexu (lipidické kotvy) -> GDP na alfa podjednotce -> adenylát cykláza je OFF
- Ligand (=signál, např. hormon) se váže na extracelulární stranu receptoru -> spojení trimerního proteinu s receptorem -> GDP na GTP -> změní se alfa podjednotka -> uteče z komplexu spolu s GTP -> interaguje s adenylát cyklázou -> stimulace cyklázy -> tvorba cAMP
- snížení tvorby cAMP má na starost cAMP fosfodiesteráza
- Cholera toxin protein (bakterie) - vazba na G protein, když má alfa GTP s sebou -> alfa s GTP je furt aktivovaná a nedá se vypnout -> moc cAMP
Receptor Tyr kinázy a Ras
- po GPCR hned druhý největší typ povrchových receptorů u vyšších eukaryot
- Ligandy: např. nervový růstový faktor, epidermální GF, insulín…
- široké spektrum účinku
- SH2 a PTB domény poznají fosforylový Tyr -> přes ně se spojí receptor kinázy s kaskádou
- Kaskáda má malé GTP/GDP vazebné proteiny, např. Ras nebo G alfa, ale NEMÁ beta a gamma podjednotky
-Dále tu je protein, který switchuje mezi GTP a GDP - potřebují pomocné faktory (narozdíl od trimerních) = GEF a GAP faktory
GEF faktor: - navazuje se na inaktivní formu s GDP -> komplex GEF faktor+Ras+GDP
- výměna GDP za GTP -> aktivane malého G proteinu
- u trimerního proteinu alfa podjednotka nepotřebuje GEF
GAP faktor: - tvoří komplex s malým proteinem navázaným s GTP -> stimuluje GTP->GDP + pomáhá aktivovat malý G protein
- pro malý G protein musí vždy existovat GEF a GAP!
Rozdíly mezi receptory asociované s G proteiny (GPCR) a receptory Tyr kinázy (RTK)
- alfa podjednotka (u GPCR) je 2x větší než Ras protein (RTK)
- G protein alfa doména má navíc doménu, která funguje jako GAP u RTK
- do GTPase superfamily spadají nejen proteiny jako Ras, ale i Rab a Rho proteiny třeba
Receptor Tyr kinázy a Ras - Adaptorové proteiny a GEF
- na rozdíl od G proteinu NEJSOU malé GTP/GDP vazebné proteiny (Ras) přímo spojené s receptory Tyr kinázami
- Vazba růstového faktoru na cytosolickou doménu receptoru -> fosforylace cytosolické domény RTK -> fosforylovaný Tyr -> naváže se na to protein GRB2 (adapter, má SH3 domény) -> SH3 doména váže GEF a malý G protein Ras -> GDP se vymění za GTP na Ras -> aktivovaný Ras protein předá signál dál
MAp kinázová dráha
- = Mitogen activated protein kinase
- patří do Ser/Thr kinázy
- zahrnuje 3 kinázy, které se vzájemně aktivují
- aktivovaný Ras protein -> aktivuje N koncovou doménu první kinázy (Ser/Thr kináza, tady Raf kináza) -> Raf váže MEK kinázu (fosfo Tyr a Serú -> MEK aktivuje MAP kinázu (Ser/Thr kináza)
- potřeba scaffold proteiny - tady např. Krs a 14-3-3
- signál na MAP donáší různé typy receptorů
- S. cerevisiae + nižší eukaryoty:
-> nejsou typické RTKs, ale MAP kaskády ano (mohou být spojené třeba G proteiny)
-> MAP kaskády mohou reagovat na základně vnějšího signálu (nap. změna organizace, osmolarity, sporulace) - Adapterové proteiny a MAPs:
->důležité scaffold proteiny - Ste5 -> vybere párovací kaskádu nebo Pbs2
-> přechod signálu je zajištěný scaffold proteiny
2 dráhy MAP kináz:
-> 2 dráhy: feromonové, přepínání z kvasinkového na filamentární růst při hladovění
-> dráhy Fus 3 (feromony), Kss1 (hladovění)
-> Fus 3 kináza vypnutá -> Fus 3 může být nahrazen Kss1 -> aktivace -> pairing
-> nefunkční mutanti Fus3 = nefunkční komplex
Second messengers - cAMP - fce, co to je, Alosterická tranzice, regualce
- fce: aktivace specifických protein kináz => cAMP dependentní protein kinázy (cAPK) - PROTEIN KINÁZA A
- Protein kináza A (PKA):
-> ser/Thr kináza -> snížení/zvýšení aktivity fosforylovaného proteinu
-> tetramer - 2 regualční a 2 katalytické podjednotky - když jsou spolu = neaktivní stav
-> reguluje cAMP (naváže se -> změna koformace -> uvolnění podjednotek pryč) - cAMP - fcí je interakce s regulační podjednotkou (ta negativně ovlivňuje katalytické podjednotky)
Alosterická tranzice:
- vyvolána cAMP
- změna terciální nebo kvartérní konformace proteinu
Regulace uvolňování glukózy z glykogenu a syntéza glykogenu z glukózy:
- zvýšení cAMP -> aktivace PKA -> fosforylace enzymů pro degradaci glykogenu -> glukóza-1-fosfát
- jede v obou směrech
- snížení cAMP -> inaktivace PKA -> nefosforyluje se inhibitor, aktivace fosfoprotein fosfatázy (pro inaktivaci PKA)
Second messengers - amplifikace signálu
- interakce signálu s receptorem -> aktivace adenylát cyklázy
- Aktivace -> amplifikace signálu, 1 enzym adenylát cyklázy může nadprodukovat velké množství molekul druhého posla
