SP-HC 1: Alberts h15 (Cell Signaling) Flashcards
dag 3
Soorten cell signaling
-Paracrien
-Autocrien
-Endocrien
-Neurocrien
-Juxtacrien
Soorten signaling receptors
-G-protein coupled receptor (GPCR)
-Ion-channel coupled receptor
-Enzyme coupled receptor
-Nuclear receptor
Soorten molecular switches
-Fosforylatie en defosforylatie door kinase of fosfatase
-GTPases: GTP binding geeft conformatieverandering tot actieve staat, er is een interne GTPase in het G-eiwit wat het kan hydrolyseren, of hulp van een GAP (stimulatie). GEF stimuleert vervanging GDP door GTP.
Welke aminozuren kunnen gefosforyleerd worden?
Tyrosine, serine, threonine
GEF
Stimuleert vervanging GDP door GTP in inactieve monomere GTPase
GAP
stimuleert hydrolyze GTP tot GDP in de GTPase (G-eiwit)
Activatie van een signaling eiwit gebonden aan een inhibitor eiwit
Fosforylatie inhibitor eiwit en conformatieverandering > loslaten van signaling eiwit/ transcriptiefactor en deze wordt actief.
Scaffold protein
Houdt verschillende signaaleiwitten bij elkaar voor signaalcascade door deze te docken > snelle signaaltransductie
Welke receptoren kunnen ook als scaffold werken?
Enzymreceptoren zoals RTKs, na trans-autofosforylatie kunnen ze verschillende signaleringseiwitten docken en activeren via gefosforyleerde tyrosine residuen
Noem een voorbeeld van een membraangebonden lipide die kan werken als transductiemolecuul
PIP3 bv of andere phosphoinositides die via hyperphosphorylation kunnen veranderen in een docking site voor specifieke signaleringseiwitten
Coincedence signaling
Vanuit twee pathways op hetzelfde molecuul en integratie van de verschillende signalen
> bv een molecuul dat op twee verschillende plaatsen gefosforyleerd kan worden via twee aparte pathways
Slow vs fast signaling
Veranderen van cell gedrag
-Slow: via regulatie van genexpressie en transcriptie van specifieke genen
-Fast: via signaaltransductie direct de cytoplasmatische machinerie aanpassen (andere eiwitfuncties)
Snelheid van de respons is afhankelijk van de …
Turnover van signaling moleculen
Soorten cellular responses
-All-or-none: veel moleculen moeten worden geactiveerd: differentiatie en cell fate change
-Hyperbolic: zoals Michaelis-Menten
-Sigmoid: kwadraat van Michaelis-Menten: meerdere moleculen moeten worden aangepast: coöperatieve effecten
Positive feedback in de cell zorgt voor een mate van …
signaling memory
Negative feedback: verloop van de activiteit van de pathway is afhankelijk van de …
Delay in het feedbackmechanisme
: korte delay: een piek en dan constant met redelijk hoge activiteit gedurende het signaal.
Lange delay: pieken met hoge en lage activiteit gedurende het signaal.
Positieve feedback kan een ….. respons genereren
All-or-none (bv progesteronconcentratie)
Negative feedback mechanismen zorgen voor een verandering in …. tot een signaal
sensiviteit: adaptie
Sensiviteit verlagende mechinismen
-Negative feedback
-Delayed feed forward: twee aparte pathways en de ene pathway remt een transductie-eiwit in de ander.
-Receptor inactivation (via pathway)
-Receptor sequestration (opname receptor in endosoom, ligand verwijderen en terug naar PM)
-Receptor destruction (in lysosome)
Hoeveel transmembraan domeinen heeft een GPCR?
7 (alfa helices)
Activatie van een GPCR leidt tot een signaal naar trimere G-eiwitten. Noem de opbouw daarvan.
-Alpha subunit verbonden aan beta-gamma subunit (alpha en gamma membraangebnden via lipide anker)
-Alpha subunit is een GTPase met gebonden GTP bij activatie door GPCR, dan laat het beta-gamma subunit los en kunnen beiden subunits signaleringseiwitten activeren.
Wat voor interactie bestaat er tussen de beta en gamma subunits van de trimere G-eiwit?
Coiled-coil interactie
Hoe wordt een signaal van de GPCR doorgegeven aan de alpha subunit?
Via Ras domein (GEF werking) van alpha subunit > het AH-domain switcht van GDP naar GTP-bound > loslaten beta-gamma subunit en activatie beide subunits.
Welk belangrijk molecuul kan de alpha subunit van het trimere G eiwit activeren (relay)?
Adenylyl cyclase > enzym die cAMP maakt van ATP. cAMP is een second messenger.
Welk enzym kan van cAMP > 5’-AMP maken?
cyclic AMP phosphodiesterase
Noem één voorbeeld van een proces waarin cAMP bij is betrokken
-Thyroid hormone synthesis and secretion
-Cortisol secretion
-Progesterone secretion
-Glycogen breakdown
-Bone resorption
-Increase in heart rate
-Water resorption
Welke belangrijke kinase kan cAMP activeren?
PKA (protein kinase A)
Activering PKA
Inactief PKA bestaat uit 2 regulatory subunits en 2 catalytic subunits in a complex.
> cAMP binds to regulatory subunits, complex is disrupted and the catalytic subunits are released as monomers and active
Name a function of PKA
Activation of CREB in the nucleus by phosphorylating it > after activation, CBP binds to CREB and CREB can stimulate transcription
Gi subunit effect
Inhibit adenylyl cyclase
(Gs works stimulatory)
Which G-protein alpha subunit can activate PLC-beta (phospholipase C beta)?
Gq
Function of PLC-beta
Splitting PIP2 (integrated in PM), into diacylglycerol (DAG, membrane bound) and IP3 (free).
> breaking ester bond between the glycerol and the inositol triphosphate of PIP2.
Functions of DAG and IP3
DAG can activate PKC
IP3 can bind IP3-gated Ca2+ release-channels of the ER and stimulate Ca2+ release from the ER. Ca2+ can bind to PKC for extra stimulation of its activity
Welk signaal is betrokken bij de acrosoom reactie van de oöcyt (wanneer bevrucht, mogen geen andere spermatozoa betreden)?
Ca2+-wave
Ca2+ waves and oscillations are generated by … (waarom is het een wave?)
Feedback mechanisms
Hoe wordt de concentratie Ca2+ vertaald?
Naar een Ca2+ frequentie > hoge frequentie: automatische inactivatie van signaleringsmolecuul wordt overheersd door hoge frequentie Ca2+ > blijft actief
Intelligent design theory
The system has to be created by a ‘higher’ organism, because of the complexity of it.
Retina as unintelligent design
Blood vessels before the retina which reduces the effectivity of sight
Gs
Alpha subunit
> activeert adenylyl cyclase
> activeert Ca2+ channels
Golf
Alpha subunit
> activeert adenylyl cyclase in olfactory sensory neurons
Gi
Alpha
> inhibeert adenylyl cyclase
Beta-gamma
> Activeert K+ channels
Go
Alpha en beta-gamma
> Activeert PLC-beta, K+ channels, inactiveert Ca2+ channels
Gt
= transducin
Alpha
> activeert cyclisch GMP phosphodiesterase in vertebrate rod photoreceptors
Gq
Alpha
> activeert PLC-beta
G12/13
Alpha
> activeert Rho GTPases via Rho GEF > regulatie actine cytoskelet
NO als signaaltransductiemolecuul
-Een gas dat door het PM kan diffunderen
-Voor relaxatie van smooth muscle > verlagen bloeddruk
Pathway Acetylcholine aan GPCR via NO pathway (vasodilatie)
ACh aan GPCR in endotheliale cel > IP3 maken via PLC-beta > Vrijmaken Ca2+ > Ca2+ aciveert NO synthase > Arginine naar NO > NO bindt aan guanylyl cyclase in smooth muscle cell na diffusie > GTP naar cGMP > relaxatie (vasodilatie)
Amplificatie van 1 foton van een rod fotoreceptor gaat onder andere via het trimere G eiwit:
Transducin (Gt)
Negative feedback of the GPCR itself
Activated GPCR stimulates GRK to phosphorylate the GPCR on multiple sites
> Arrestin binds to the phosphorylated GPCR and blocks its signal transducing potential
(arrestin is also a signaling protein itself)
Proteins with which domains can bind to phosphorylated tyrosine residues on the trans-autophosphorylated RTKs upon activation? Name examples of these proteins
SH2 or SH3 domains
- PI3-kinase
-GAP
-PLC-gamma
Difference PLC-beta and PLC-gamma
PLC-beta is activated by a GPCR and PLC-gamma is activated by RTK
Small G-protein families
-Ras
-Rho
-ARF
-Rab
-Ran
Function of Ras
Relay signals from RTKs
Function and examples of Rho G-proteins
Relay signals from surface receptors to cytoskeleton and elsewhere
> Rho, Rac, Cdc42
Function ARF
Regulate assembly of protein coats on intracellular vesicles
Function Rab
Regulate intracellular vesicle trafficking
Function Ran
Regulate mitotic spindle assembly and nuclear transport of RNAs and proteins
MAP kinase route (entirely)
RTK activation and trans-autophosphorylation
> Activation Grb2 with SH2 domain
> Activation Sos with SH3 domain of Grb2
> GEF domain of Sos replaces GDP for GTP in Ras
> Ras phosphorylates Raf (MAPKKK)
> Raf phosphorylates Mek (MAPKK)
> Mek phosphorylates Erk (MAPK)
> phospharylation of TF’s and proteins
MAP kinase modules worden bij elkaar gehouden door scaffolds: noem de functies
-Voorkomen amplificatie binnen de pathway
-Preventie cross-talk tussen paralelle MAP kinase modules
-Versnellen signaaltransductie
> De scaffold kan zelf een domein hebben dat als een transductie-eiwit in de keten werkt, bv een MAPKK domein dat Mek in de keten vervangt
Spatieel gelokaliseerde signaling met Rho voorbeeld
Ephrine signaal wordt doorgegeven via ephrine receptor aan een RhoA die membraangebonden is > het signaal is alleen in dat deel van de cel doorgegeven en alleen in dat deel van de cel een effect.
Omzettingen door PI3-Kinase
PI > PI(3)P
PI(4)P > PI(3,4)P2
PI(4,5)P2 > PI(3,4,5)P3
Vervolgens kan PLC PI(3,4)P2 splitsen tot DAG en IP3.
Kenmerken PI(3,4,5)P3
Veel negatieve domeinen bij fosfaten > rekruteert specifieke signaaleiwitten betrokken bij celmigratie cascades
mTOR signaing route via PI(3,4,5)P3
Survival signal op RTK en activatie
> Tyrosine kinase domein activeert PI3-K
> PI3-K maakt PI(3,4,5)P3 van PI(4,5)P2
> Via PH domeinen van PIP3 binding activatie van PDK1 en Akt
> PDK1 en mTOR fosforyleren Akt
> Akt dissocieert van PIP3
> Akt fosforyleert de regulator Bad die aan Bcl2 is gebonden
> Dissociatie Bcl2 en activatie
> Active apoptosis-inhibitory protein = Bcl2
Defect van de signaleringsroute tot Bcl2 draagt bij aan
tumorigenesis: ongevoelig voor teveel schade: geen apoptose
Wat gebeurt er met de Bcl2 route als een Ras systeem aanslaat downstream
Dan blijft de cel leven en als die snel gaat delen is dat foute boel
(Ras kan PI3-K activeren)
PLC kan IP3 vormen uit PIP2. Dat kan leiden tot Ca2+ release. Welk signaleringseiwit kan Ca2+ activeren? noem de route
Ca2+ > calmodulin(Ca-Calmodulin complex) > activatie CaM-kinase > target proteins & transcription regulators
JAK-STAT signaling
Cytokine receptor met intracellulaire staarten waar JAK aan zit
> cytokine binding en dimerisatie v.d. receptor
> trans-autofosforylering van JAK en fosforylering van de tyrosine residuen op de intracellulaire receptorstaarten
> SH2 domeinen van STAT1 binen aan tyrosine residuen
> JAK fosforyleert STAT1
> STAT1 dimerisatie en dimeer gaat nucleus in als transcription regulator
TGF-beta / Smad signaling
TGF-beta bindt een dimeriseert type-I en type-II TGF-beta receptor
> trans-autofosforylatie
> fosforylatie Smad2 of Smad3 door receptor serine/threonine kinase domein.
> Smad2/3 (2x) vormt met Smad4 een trimeer
> trimeer gaat nucleus in voor transcription regulation
Wnt signaling zonder Wnt signaal
LRP en Frizzled receptoren zijn inactief
> Inactief Dishevelled
> Complex van APC, axin, GSK3 en CK1 fosforyleert beta-catenine en maakt deze instabiel.
> Groucho werkt als transcriptie inhibitor op Wnt target genes (staan uit)
Wnt signalering met Wnt signaal
Wnt molecuul activeert LRP en Frizzled
> Activatie LRP, autofosforylatie intracellulaire domein en binding CK1 en GSK3
> Activatie Frizzled, binding Dishevelled en activatie
> Dishevelled bindt axin en APC
> Stabiele beta-catenine inactiveert Groucho en werkt als transcriptie activator voor Wnt target genes (staan aan)
Frizzled heeft …. transmembraan domeinen
7
Wnt signalering wordt gebruikt bij bepaling cell fate, noem een locatie waar dit zoal gebeurt
In de crypts bij de darmen > vorming nieuw darmepitheel en continue vernieuwing
TNF-alfa signalingsroute
TNF-alfa bindt aan TNFalfa receptor op PM
> activatie IKK complex intracellulair
> IKK complex fosforyleert IkB (regulatory subunit op NFkB)
> Ubiquinatie en degradatie van gefosforyleerde IkB in proteasoom
> NFkB translocatie naar nucleus en transcriptie van target genes
Nuclear receptors kenmerken
-Herkennen signaalstoffen in de kern en cytosol die klein en hydrofoob zijn en door het PM kunnen zoals steroïdhormonen
-De receptor is de transcriptiefactor
-Geen amplificatie van het signaal
Activatie nuclear receptor gevolgen
Loslaten van inhibitoire eiwitten en vrijkomen DNA binding domain en transcription activating domain
FRET
- Energy transfer van donor fluorophore naar een acceptor chromophore
- Bij distance <10 nm
- Donor wordt minder fluorescent en de acceptor meer
- Kleurverandering onder de microscoop
- Goede tool voor protein-protein interacties en conformatieveranderingen bestuderen
Calcium waves komen voor in welke delen van de cel?
Alle delen, ook in de nucleus via nuclear pores
Waarom dient een calcium wave snel te worden uitgedoofd?
Het is toxisch
