Signalering: essäfrågor Flashcards
Beskriv de olika delstegen vid receptoraktivering av receptorer tillhörande familjen tyrosinkinasreceptorer - från ligandbindning till biologiskt svar.
Extracellulärt har receptorn en ligandbindnande del och intracellulärt finns kinasdomän. De olika receptordelarna sitter en bit från varandra så man kan säga att de är monomerer. När ligand binder receptorn sker en dimerisering, vilket leder till fosforylering av kinasdomänet av ATP då activation lip blottats. Detta gör tyrosinkinaset mycket aktivt så att det sticker ut med sina bindningsites vilket gör att kinaset fosforylerar sig självt.
När tyrosinkinaset har fosforylerats kan SH2-domäner hitta och binda till dem. SH2 känner dels igen fosfotyrosin, men även C-terminala aminosyror, vilket gör att det fungerar som ett interaktionsdomän som för signalen vidare till andra signalproteiner. En exempel på en signalväg som signalerar såhär är MAP-kinasvägen. Här kommer Grb2 att binda till tyrosin- kinasdelen i receptorn med hjälp av dess SH2-domän. Ett signalprotein kan ha flera inter- aktionsdomäner. Grb2 har även två SH3-domäner, vilka känner igen prolin-rika sekvenser och rekryterar då Ras-GEF. GEF är en proteinfamilj som aktiverar monomera G-proteiner att spjälka bort GDP och binda GTP. Ras-GEF (SoS) kommer aktiva RAS som aktiverar MAP kinas kinas kinas. MAP kinas kinas kinas fosforylerar inaktivt MAP kinas kinas, som fosfory- lerar inaktivt MAP kinas. Aktivt MAP kinas kan sen gå in i kärnan och öka gentranskription, ex genom att binda transkriptionsfaktorn TCF, eller p90 som i sin tur binder SRF. Fosforyle- rat SRF och TCF ökar transkription av FOS, JUN OCH MYC. Detta gör att mRNA bildas som går ut ur kärnan och translateras.
Signaleringsvägen via tyrosinkinasreceptorer är ofta förändrad vid cancer. Beskriv tre principiellt olika mekanismer (som involverar tyrosinkinasreceptorer) som kan leda till en ökad signalering i tumörcellerna och förklara hur detta kan kopplas till cancerut- vecklingen.
- Autokrin signalering - mutation kan leda till att cellen signalerar autokrint, dvs. cellen kommer både producera liganden (tillväxtfaktor) och uttrycka receptorn. Detta kan ge en ständig aktivering av receptorn och man väntar inte på kommunikation från intilliggande celler > ohämmad celldelning
- Förändring av 3d-strukturen hos receptorn när receptorn är dimeriserad kan den bli fosforylerad och därmed signalera. En mutation som gör att receptorn ständigt är dimeriserad leder också till en ligand-oberoende signalering.
- Trunkerad receptor - Mutation kan leda till att receptorn extracellulärt blir avklippt, vilket också kan leda till dimerisering och ligand-oberoende signalering.
Beskriv hur GTP-bindande protein deltar i cellsignalering. Svaret skall innehålla en kortfattad redogörelse för signalöverföring vid plasmamembranet. Ge även exempel på tre principiellt skilda second messengers/signalvägar som kan föra signalen vidare.
Det finns både trimera och monomera GTP-bindande protein. Gemensamt är att de har en enzymatiskt aktivitet där de inaktiverar sig själva och blir aktiva genom att ha GTP bundet till sig. Trimera GTP-proteiner har tre subenheter - alfa, beta och gamma, medan monomera GTP-proteiner endast har en subenhet.
Den enzymatiska delen är skild från receptorn. GTP-bindande proteinet överför bara signa- len från receptorn till effektor. Receptorn är GPCR, ett så kallat 7-transmembranprotein. Innan ligand har bundit receptorn är GTP-proteinet inaktivt och har GDP-bundet till sin alfa subenhet (för trimera). När liganden binder sker en intracellulär konformationsförändring som gör att G-proteinet binder receptorn. GDP kommer då att spjälkas bort och efter en kort stund kommer GTP att binda alfa enheten. Detta gör proteinet aktivt och både protein och ligand lossnar från receptorn. G-proteinets tre delar spricker upp och kan påverka effektorn. Så länge G-proteinet är aktivt, har GTP bundet till sig, kan det påverka effektorn. Alfa-subenheten inaktiverar sig självt genom att spjälka bort en fosfatgrupp. I detta läge tycker inte alfa om att vara ifrån beta och gamma subenheten, vilket gör att de återförenas och kan åter reagera med en GPCR.
Tre olika signalvägar där GTP-bindande protein ingår:
- PKA: adenylat cyklase —> cAMP —> PKA
- CaM-kinasvägen: PLC —> IP3 —> kalcium —> calmodulin —> CaM-kinas
- MAP-kinas vägen: Ras-GDP tar hjälp av Ras-GEF för att aktiver Ras —> MAP kinas kinas kinas —> MAP kinas kinas —> MAP kinas
Aktivering av GPCRs leder ofta till ett relativt kraftigt svar i förhållande till hur många receptorer som aktiveras. Vad kallas detta fenomen? Diskutera hur det kan ske.
Signalamplifiering. Amplifiering innebär att en receptor kan ge upphov till många signaler nedströms, och därmed också många effekter. På cellytan finns inte så många receptorer, kanske 1000 st. Receptorn kan aktivera många G-protein, ett hundratal. G-proteinerna kan då aktivera då adenylat cyklaser som aktiver cAMP-molekyler, vilka binder PKA som aktiveras och fosfory- lerar sina substrat. De substrat som aktiveras kan vara enzym som kanaliserar många andra reaktioner.
Inaktivering/avstängning av signalen från GPCR är viktig. Redogör för olika mekanismer för hur en signal kan stängas av/minskas på receptor-, G-protein- och second messenger-nivå.
Ett sätt att stänga signalen från en GPCR på receptornivå är genom desensibilisering, vilket innebär att receptorn blir mindre känslig för yttre signaler. Detta kan ske via:
- fosforylering: exempelvis PKA kan fosforylera serinrester som binder till receptorn så att den desensibiliseras och stängs av
- negativ feedback. Detta kallas homolog desensibili- sering och innebär att samma receptor stänger av ”sig självt” genom signaler som den aktiverar. PKA kan också fosforylera en annan receptor, vilket också inaktiverar - detta kallas heteronom desensibilisering.
- receptorinternalisering: En aktiv GPCR kan stimulera GRK att fosforylera receptorn, vil- ket gör att arrestin kan binda, vilket leder till att clathrin binder arrestinet som interna- liserar receptorn.
På G-proteinnivå:
- RGS (trimera): Regulator of G-protein signal, stimulerar alfa soberheten att inaktivare sig självt.
På secondmessenger-nivå:
- cAMP: cAMP är 5’ AMP men i cyklisk form. Den kan endast fungera som signalmolekyl när den har sin ringstruktur. Det är en intramolekylär esterbrygga som binder ihop ringen, och gör att den kan fungera som en second-messenger molekyl. Om fosfodiestern cAMP-PDE spjälkar bindningen kan inte 5’-AMP fungera som signalmolekyl och signalen stängs av (eller cAMP kan ej binda PKA).
Redogör för de olika delstegen vid signalering via trimera G-protein och cAMP (som “second messenger”) - från extracellulär ligand till reglering av genuttryck i kärnan. Beskriv tre mekanismer för inaktivering/avstängning av signalvägen, samt beskriv vad som menas med desensibilisering. (10p)
Det finns olika typer av G-protein med olika typer av alfa-subenheter. Alfa-i har en inhiberande effekt, alfa-s en stimulerande och alfa-q rekryterar lipider. Olika typer av GPCR har olika affinitet för alfa-subenheterna. En GPCR som har hög affinitet för en alfa-s subenhet kommer vid en aktivering att stimulera adenylatcyklas till att omvandla ATP till cAMP. cAMP kan i sin tur aktivera PKA som aktiverar transkriptionsfaktorn CREB. En annan receptor kan ha hög affinitet för alfa-i subenheten. Mekanismen vid aktivering är densamma för- utom att det kommer leda till en indikering av cAMP. Det är en balans mellan dessa stimu- lerande och inhalerande signaler som avgör utfall.
