Cell signaling II Flashcards
Hvordan er strukturen til GPCRs?
De består av en enkel polypeptid-kjede som går frem og tilbake over lipidlaget sju ganger, og danner en sylinder-struktur, ofte med et dypt ligand-bindende setet i kjernen.
Alle GPCR bruker G-proteiner for å gi signalet videre inn i celleinteriøret.
Hvilke proteiner inngår i GPCR-superfamily?
Rhodopsin - det lys-aktiverte proteinet i øvet til virveldyr, i tillegg til det store antallet av luktereseptorer (olfactory receptors) i nesen til virveldyr. Andre familiemedlemmer finnes i encellede organismer
Hva skjer når et ekstracellulært signal binder seg til en GPCR?
Reseptoren undergår en konformasjonell endring som gjør reseptoren kapabel til å aktivere et heterotrimerisk GTP-bindende protein (G protein) som kobler reseptoren til enzymer eller ionekanaler i plasmamembranen.
I noen tilfeller er G proteinet fysisk assosiert med reseptoren før reseptoren blir aktivert, mens i andre tilfeller binder den seg kun etter aktivering av reseptoren.
Det er ulike typer av G proteiner, hver spesifikk for et bestemt sett av GPCRs og for et bestemt sett av målproteiner i plasmamembranen.
Hvordan er strukturen til et G protein?
G proteinet består av tre protein-subenheter: a, B, og y.
a-enheten er en GTPase og blir inaktiv når den hydrolyserer bundet GTP til GDP.
RGS (regulator of G protein signaling) fungerer som en a-enhet-spesifikk GTPase-aktiverende protein (GAP) og de bidrar med å skru av de G protein-styrte responsene i alle eukaryote celler.
Hvordan forekommer aktivering av et G protein av en aktivert GPCR?
I ustimulert tilstand har a-enheten GDP bundet, og G proteinet er inaktivt. Når en GPCR blir aktivert, fungerer den som en guanine nucleotide exchange factor (GEF) og induserer a-enheten til å frigjøre sin bundne GDP, noe som tillater at GTP kan binde seg på samme plass. Binding av GTP forårsaker en aktiverende konformasjonell endring i Ga enheten, og frigjør G proteinet fra reseptoren og trigger dissosiering av den GTP-bundne Ga enheten fra GBy-paret - hvor begge da interagerer med med ulike mål, slik som enzymer og ionekanaler i plasmamembranen, som sender signalet videre.
Hvilke proteiner syntetiserer og degraderer cAMP?
Adenylyl cyclase syntetiserer cAMP.
cyclic AMP phosphodiesterase degraderer cAMP.
Hvordan blir produksjon av cAMP regulert av G proteiner?
Mange ekstracellulære signaler fungerer ved å øke konsentrasjonen av cAMP inne i celler. Disse signalene aktiverer GPCRs som er koblet til et stimulerende G protein (Gs). Den aktiverte a-enheten av Gs binder seg of dermed aktiverer adenylyl cyclase. Andre ekstracellulære signaler, som fungerer gjennom andre GPCRs, reduserer nivået av cAMP ved å aktiverer inhiberende G proteiner (Gi), som inhiberer adenylyl cyclase.
Generelt sett, hvordan utøver cAMP sin effekt?
I de fleste dyreceller utøver cAMP sin effekt ved å aktivere cyclic-AMP-dependent protein kinase (PKA). Denne kinasen fosforylerer spesifikke seriner eller theroniner på utvalgte målproteiner, inkludert på intracellulære signaliseringsproteiner og effektor-proteiner, og regulerer dermed aktiviteten deres.
Målproteinene er ulike fra celle til celle.
Hvordan blir PKA aktivert?
I den inaktive tilstanden består PKA av to katalytiske enheter og to regulatoriske enheter. Bindingen av cAMP til de regulatoriske enhetene endrer konformasjonen deres, noe som får dem til å dissosiere fra komplekset. De frigjorte katalytiske enhetene er dermed aktivert til å fosforylere spesifikke målproteiner.
De regulatoriske enhetene til PKA er viktig for lokalisering av kinasen inne i cellen, gjennom AKAPs.
Hvordan kan en økning i intracellulær konsentrasjon av cAMP endre gentraskripsjon?
Bindingen av et ekstracellulært signalmolekyl til sin GPCR aktiverer adenylyl cyclase via Gs og øker dermed konsentrasjonen av cAMP i cytosol. Denne økningen aktiverer PKA, og de frigjorte katalytiske enhetene av PKA kan dermed gå inn i kjernen hvor de fosforylerer det transkripsjon-regulatoriske proteinet CREB. Når CREB er fosforylert, rekrutterer CREB koaktivatoren CBP, som stimulerer gentranskripsjon.
Hvordan går PIP2 til IP3 + diacylglycerol?
Mange GPCRs utøver sin effekt gjennom G proteiner som aktiverer det plasmamembran-bundede enzymet phospholipase C-B (PLCB). Fosfolipasen fungerer på et fosforylert inositol phospholipid kalt phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI(4.5)P2), som er tilstede i små mengder i den indre halvdelen av plasmamembranen. Reseptorer som aktiverer denne inositol phospholipid signaliseringsveien gjør det primært gjennom et G protein (Gq) som aktiverer phospholipase C-B på stort sett samme måte som Gs aktiverer adenylyl cyclase. Det aktiverte phospholipase kløyver PI(4,5)P2 for å generere inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) og diacylglycerol.
Her deler signaliseringsveien seg i to.
Hva er den videre funksjonen til IP3?
IP3 er et vannløselig molekyl som forlater plasmamembranen og diffunderer gjennom cytosol og til ER hvor den binder seg til en IP3-reseptor i membranen. IP3-reseptoren er en stor transmembran Ca2+ kanal som er lukket i fravær av IP3. Binding av IP3 trigger en konfomrasjonell endring som eksponerer et Ca2+ bindingssete med høy affinitet. Selvom konsentrasjonen av Ca2+ i en ustimulert celle er lav, er det nok til å fremme binding av Ca2+ til noen IP3-reseptorer. Binding av Ip3 og Ca2+ samtidig til reseptoren åpner Ca2+ kanalen. Ca2+ lagret i ER blir dermed frigjort og kan binde seg til andre reseptorer og frigjøre enda mer Ca2+ slik at konsentrasjonen i cytosol øker.
Økningen i cytosolsk Ca2+ videreforplanter signalet ved å påvirke aktiviteten til Ca2+ sensitive intracellulære proteiner.
Hva er den videre funksjonen til diacylglycerol?
Diacylglycerol kan også fungere som en sekundær budbringer, men den forblir i plasmamembranen hvor den har flere potensielle signaliseringsroller.
En av hovedfunksjonene er å aktivere protein kinase C (PKC) - navngitt ettersom den er Ca+ avhengig. Den initielle økningen i Ca2+ indusert av IP3 endrer PKC slik at den translokerer fra cytosol og til den cytoplasmiske overflaten av plasmamembranen. Der blir den aktivert av kombinasjonen av Ca2+, diacylglycerol, og fosfolipidet phosphatidylserine. Når PKC er aktivert vil det fosforylere målproteiner som varierer avhengig av celletype. Prinsippet er det samme som for PKA.
Diacylglycerol kan bli ytterligere kløyvet for å frigjøre arachidonic acid, som enten kan fungere som et signal i seg selv, eller bli brukt i syntese av andre små lipid-signalmolekyler kalt eicosanoids. Disse deltar balnt annet i smerte inflammatoriske responser.
Hvorfor er Ca2+ en effektiv signaliseringsmediator?
Fordi dens konsentrasjon i cytosol vanligvis er veldig lav, mens konsentrasjonen i den ekstracellulære væsken og i lumen av ER og SR er høy. Det er altså en stor gradient som driver Ca2+ inn i cytosol. Når et signal forbigående åpner Ca2+ kanaler, vil Ca2+ strømme inn i cytosol, og den resulterende økningen i lokal konsentrasjon aktiverer Ca2+ responderende proteiner i cellen.
Hvilke funksjoner blir påvirket av konsentrasjonsendring av Ca2+?
- Sammentrekning av muskelceller
- Sekresjon i sekretorisk celler, inkludert nerveceller
