Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

NATURE NEWS BLOG G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel 10 Oct 2012 Category: Chemistry Chemistry.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "NATURE NEWS BLOG G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel 10 Oct 2012 Category: Chemistry Chemistry."— Előadás másolata:

1 NATURE NEWS BLOG G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel 10 Oct 2012 Category: Chemistry Chemistry The prize-winning receptor (blue), shown here bound to a signalling molecule (yellow) and activating a G-protein (red, gold and green). Brian K. Kobilka and Robert J. Lefkowitz have won this year’s chemistry Nobel for their work “crucial for understanding how G-protein–coupled receptors function”. Lefkowitz works at the Howard Hughes Medical Institute and Duke University in Durham, North Carolina. Kobilka is at Stanford University School of Medicine in California. The Nobel committee cites Lefkowitz’s work using radioactivity to trace cells’ receptors, which allowed researchers to start understanding how they work. Kobilka picked up the trail and started working to isolate the gene encoding one of the receptors earlier scrutinized by Lefkowitz. Then, in 2011, Kobilka’s team managed to tease out the structure of the one receptor actually in complex with its G-protein (see ‘Cell signalling caught in the act’).‘Cell signalling caught in the act’ Read more about G-protein-coupled receptors in this collection of research and news published by Natureover the past few years.this collection of research and news

2 Sejten belüli jelátadó molekulák szerkezeti egységei, az enzimhez kapcsolt receptorok jelátadási mechanizmusa I Jelátadó komplexek és a jelpályák kialakulása jelátadó komplex.  A ligandumnak megfelelő, specifikus receptorhoz való kötődést a jetovábbításban résztvevő fehérjék sorának kötődése követi az aktivált receptor közelébe, ennek következtében kialakul a jelátadó komplex.  A jelátadó komplex elemei szerkezeti egységeik segítségével kapcsolódnak egymáshoz

3 A jelátadás mechanizmusaA jelátadás mechanizmusa => a jelátadó komplex kialakulása, aktiválódása megváltoztatja a jelátadási kaszkádban résztvevő effektor fehérjék szerkezetét, elhelyezkedését, vagy funkcióját=> a jelátadó komplex kialakulása, aktiválódása megváltoztatja a jelátadási kaszkádban résztvevő effektor fehérjék szerkezetét, elhelyezkedését, vagy funkcióját A jelátadási kaszkád (jelpálya) a jelátadási hálózat részeA jelátadási kaszkád (jelpálya) a jelátadási hálózat része =>az információ továbbítást biztosítja=>az információ továbbítást biztosítja A jelátadási hálózat biztosítja, hogy a sejtek összehangolt választ adjanak a környezet sokféle jeléreA jelátadási hálózat biztosítja, hogy a sejtek összehangolt választ adjanak a környezet sokféle jelére

4 Példa: T sejtek jelátviteli hálózata

5 Példa: TLR jelátvitel

6 Jeltadó (signaling) komplexek kialakulása A jeltadó komplexek kialakulása protein-protein vagy protein-lipid kölcsönhatásokon alapul, amelyeket protein domének és speciális szekvencia motívumok kapcsolódása közvetít Szekvencia motívumok: pYXXMPro-richPIP 2 ---Pro-rich/ P-Ser ----NPEY----PI3P | | | | | | SH2 SH3 PH WW PTB FYVE Protein domének Példák: -Src-homology-2 (SH2) doméneket tartalmazó fehérjék a P-Tyr aminosavmaradékot tartalmazó motívummal kapcsolódnak (pl.YMXM) -pleksztrin homológ (PH) doméneket tartalmazó fehérjék foszfolipidekhez, pl. PI-3,4,5P-hoz kapcsolódnak Ezek a szerkezeti egységek (domének) funkcionálisan önálló egységek és a jelátadó molekulákban egymástól függetlenül, különböző számban fordulnak előEzek a szerkezeti egységek (domének) funkcionálisan önálló egységek és a jelátadó molekulákban egymástól függetlenül, különböző számban fordulnak elő

7 A jeltovábbító fehérjék moduláris szerkezete

8 a) A moduláris jelátadó fehérjék tartalmaznak SH2 és PTB (foszfotirozin kötő) PH, SH3, WW, PDZ FYVE doméneket b) Horgonyzó (dokkoló) fehérjék A receptor tirozin kinázok jelátvitelében szereplő protein modulok (a) és dokkoló fehérjék (b) PDZ is an acronym combining the first letters of three proteins — post synaptic density protein (PSD95), Drosophila disc large tumor suppressor (DlgA), and zonula occuldens-1 protein (zo-1) — which were first discovered to share the domain. These domains help anchor transmembrane proteins to the cytoskeleton and hold together signaling complexes

9 Az SH2 domének által közvetítet protein- protein kölcsönhatás

10 A pYEEI peptid- ligandumot kötő v-src SH2 doménje Centrális anti paralell  lemez + két alfa helix, kb.100 aa Konzervatív Arg – tyr foszfát oxigénje közötti kapcsolat – elengedhetetlen a nagy affinitású kötéshez Kd= nM Az SH2 domének ligandum specificitása etérő, mutációval megváltoztatható Thr Trp

11 SH2 Domains [Crit. Rev. Oncol, Hematol. 40, , 2001] [Trends Cell Biol. 11, , 2001] - Src- az először leírt citoplazmában levő protein tirozin kináz (PTK), onkogén termék Az Src PTK család: Src, Fyn, Yes, Fgr, Lyn, Hck, Lck, Blk, and Yrk [BBA, 1287, , 1996] [BBA 1422(2): , 1999] Src Homology Region 2 (SH2) – először itt írták le ~100 aminosav, a katalitikus doméntől (SH1) eltérő szekvencia

12 Az SH2 domén tirozinon foszforilált fehérjéket köt: p-Y-x-x-x motívumot specifitás: pY- hidrofil-hidrofil-hidrofób ( src, lck) pY-hidrofób – X – hidrofób (Shp-2, Plcg) Szerkezet: antiparalel beta lemez, + 2 alfa helix alkotja Kötődés függ: lokális szubsztrát koncentrációtól, más domének szabályozó hatásától

13 SH2 domént tartalmazó jelátadó molekulák kötődése az aktivált PDGF receptorhoz 3-6 aminosav a C terminális felé, meghatározza a kötődés specifitását

14 SH2 domén - modell Az evolúció során konzervált aminosavak Peptid kötődése az SH2 doménhez

15 KÖTÉS: p-Y: -mély zseb, pozitív töltés, konzervatív Arg peptid: eltérő, hidrofil, hidrofób kölcsönhatások oldalláncok hossza Kötés két lépésben: gyenge asszociációt erős kötődés követi K D=

16 Mi az SH2 domén funkciója:-enzim-szubsztrátközelség -Konformáció változás  enzim aktiválódás -Tyr foszforiláció  enzim aktiválódás

17 SH3 domén Két SH3 domén osztály: RKXXPXXP és PXXPXR Kd = mM tartomány 5 antiparalel  szál 2  lemezt alkot, ligandum kötő hely: konzervált aromás aminosavak (hidrofób) + 2 töltéssel rendelkező, variábilis hurok PPPVPPRRR (SOS)

18 SH3 domének [Cell Signal. 11(4): , 1999., Cell Sci. 114 (7) ] kb. 60 aminosav, fehérje-fehérje kölcsönhatásokat segíti elő SH2 doménhez hasonlóan enzimekben, szerkezeti fehérjékben, kis adapter fehérjékben fordul elő Sok jeláadó molekula rendelkezik mind SH2, mind SH3 doménnel –Az SH2-től eltérően, SH3 domének már az élesztőben megjelennek ==> SH3 domének az evolúció során korán megjelenő, primitív funkcióval rendelkeznek A kötődési motívum: prolinban gazdag PXXPPP (hidrofób) XP PXXPPP (hidrofób) XP [Science, 259, , 1993] SH3 domént tartalmazó fehérjék sora tartozik a citoszkeletonnal kölcsönhatásba lépő molekulák közé – miozin, spektrin, fodrin- a sejt struktúra és mozgásképesség kialakításában fontos

19 SH3 domén kölcsönhatása a ligandummal

20 Az Src kináz autoregulációja és aktiválódása Kináz aktivitás nő: Molekulán belüli kölcsönhatások:

21 Rous sarcoma virus: C terminális 18 aa hiányzik – konstitutívan aktív Az Src aktivitás szabályozása Regulation of Src activity and its activation by an oncogenic mutation. (a) Domain structure of c-Src and v-Src. Phosphorylation of tyrosine 527 by Csk, another cellular tyrosine kinase, inactivates the Src kinase activity. The transforming v-Src oncoprotein encoded by Rous sarcoma virus is missing the C-terminal 18 amino acids including tyrosine 527 and thus is constitutively active. (b) Effect of phosphorylation on c-Src conformation. Binding of phosphotyrosine 527 to the SH2 domain induces conformational strains in the SH3 and kinase domains, distorting the kinase active site so it is catalytically inactive. The kinase activity of c-Src is normally activated by removing the phosphate on tyrosine 527. [Adapted from T. Pawson, 1997, Nature 385:582. See also W. Xu et al., 1997, Nature 385:595; and F. Sichrei et al., 1997, Nature 385:602.]

22 Az evolúció során konzervált Sokrétű funkció SH2 és SH3 doméneket tartalmazó fehérjék a p-tyr horgonyzó helyet összekapcsolják különféle jeltovábbító rendszerekkel helyet összekapcsolják különféle jeltovábbító rendszerekkel Grb2: Adapter fehérje

23 PH (pleksztrin homológ) domén Két merőleges anti-paralell  lemez + C terminális  amfipatikus helix, a kötésben bázikus aminosavak vesznek részt PIP3 Despite unusually divergent primary sequences, PH domains share a conserved fold made up of a b-barrel composed of two roughly perpendicular, anti-parallel beta-sheets and a C-terminal alpha amphipathic -helix. PH domains bind to their inositol phosphate ligands via a binding surface composed primarily of residues from the beta1/beta2, beta3/beta4, and beta6/beta7 loops. Basic residues in the beta1-beta2 loop are especially important for binding the phosphatidylinositide phosphates, by establsihing a positive electric potential on the face of the PH domain. Comparison of different PH domains with distinct phosphoinosite binding specificities has revealed insights into what structural features dictate binding specificity. For example, a tyrosine residue located in the beta-strand is strictly conserved in PH domains that bind PI3- kinase products with high affinity but not in other PH domains. Interestingly, PH domains have a strikingly similar structure to PTB domains, the Enabled / Vasp homology (EVH1/WH1) and the Ran-binding domain (RanBD) of RBP2, despite the absence of any sequence homology. The figure shows the complex between the PH domain of Phospholipase C-d and inositol-(1,4,5)-trisphosphate (red). PLC

24 PLEKSZTRIN homológ domén (PH) A PH domén szerkezete A PH domének az SH2 és SH3 doménekkel összehasonlítva kevésbé egységes szerkezetűek. Az aminosav sorrend eltéréseinek ellenére a PH domének három dimenziós szerkezete nagy mértékű azonosságot mutat. A szerkezet hat  lánc által alkotott, félig nyitott hordó, melyet egy  helix fed le pleksztrinA PKC fő szubsztrátja trombocitákban a pleksztrin, melynek C és N terminális doménje kb. 100 aminosavból álló, hasonló szerkezetet mutat. 100 körül van azoknak a fehérjéknek a száma amelyek a jeátvitelben szerepet játszanak vagy a citoszkeletonhoz kapcsolódnak és ehhez hasonló szerkezetet mutatnak. Ezeket a szerkezeti egységeket pleksztrin-homológ (PH) doméneknek nevezzük.

25 Az SH2 és SH3 doménekhez hasonlóan a PH domének nem foglalnak el egy specifikus helyet az adott fehérjében – funkcionálisan önállóak. Mi a liganduma a PH doménnek? -A PH domének és a lipid kötő fehérjék szerkezeti hasonlósága arra utalt, hogy a PH domének lipofil molekulákat kötnek. -Kimutatták foszfoinozitidekhez való kötődésüket. -A kötésben a domén alján elhelyezkedő bázikus aminosavak csoportja vesz részt. - GST-PH fúziós fehérjék kölcsönhatásba kerülnek G fehérjékkel is - A „kiterjesztett” PH domén (PH + a környezete) kötődik lipidekhez (PIP2, PIP3) az N terminális részén keresztül, és G fehérjékhez is, a C terminális rész közvetítésével. ==> A PH domén kooperál a vele szomszédos doménekkel a fehérje- fehérje kölcsönhatások kialakításához

26 PH domain Protein: Specifikus Foszfoinozitid Ligandum Phospholipase C ; mSos1 PI-4,5-P 2 Btk Tyr Kinase; Grp1 PI-3,4,5-P 3 Akt/PKB Ser/Thr Kinase PI-3,4-P 2 PÉLDÁK:

27 A foszfatidil inozitol inozitol csoportja három helyen reverzibilisen foszforilálódhat –sokrétű funkció

28 -Kinázok -Foszfatázok -Lipázok

29 A PH domén funkciója: a fehérjék membránhoz kötése kooperativitást igényel (beta- adrenergic receptor kinase )

30 PTB (phosphotyrosine binding) domén - Shc Kötődő konszenzus szekvencia: NPXpY HIIENPQpYFS The PTB domains of Shc and IRS-1 contain two orthogonal b-sheets and connecting loops, and have very similar folds despite their low sequence similarity. Both have a C-terminal amphipathic a-helix capping one end of the b-sandwich. The N-terminal residues of the peptide ligand form an additional anti-parallel b- strand to the second b-sheet. The figure shows the PTB domain of Shc complexed to a HIIENPQpYFS peptide

31 PhosphoTyrosine-Binding (PTB) domén A Shc fehérje 186 aminosavat tartalmazó szegmentjeként azonosították amely specifikusan kötődik foszfotirozin tartalmú fehérjékhez. [Science, 268, , 1995] [Nature, 378, , 1995] [J. Biol. Chem., 271, , 1996] [J. Biol. Chem., 271, , 1996] [Cell, 85, , 1996] [MCB, 17 (3), , 1997]

32 NPXpY SH2 és PTB domének struktúrálisan alapvetően különbözőek PTB nemcsak foszforilált tirozint köt. (pl.NPXY az IRS fehérjében)

33 Hasonlóság PH doménnel De ligandum más— Eltérő funkció Structure of the IRS-1 targeting domain. (A) Ribbon diagram of the PH-PTB structure, with b-sheets shaded green, a- helices in turquoise, 310 turns colored indigo, and intervening coils or loops in brown. Residues within the PTB domain binding site (facing away) and putative PH domain binding site are colored dark gray and numbered; residues at the interface between the two domains are colored according to percent buried: red, %; orange, 25-50%; and yellow, 1-25%. (B) The PH/PTB domain interface viewed as an open book. The PH and PTB domains each were rotated 90o, relative to their orientations in A, but in opposite directions to expose the buried surface between them. Elements of secondary structure and contact residues are labeled. [PNAS 96, , 1999]

34 WW domén aminosav,  lemez, két konzervált triptofán (W-W) aminosav távolságra, Kd = mM, pSer, PxxP kötés Foszfo-szerin, foszfo-treonin kötő modul WW domains are compact 38 amino acid residue units that fold into a three-stranded b-sheet structure. A flat binding surface for the Pro-rich ligand is formed by conserved hydrophobic residues. The domain name is derived from two conserved Trp residues spaced 20 to 22 residues apart within the consensus sequence. The figure shows the Pin1 WW domain. Domain Binding and Function WW domains are small 38 to 40 amino acid residue modules that have been implicated in binding to Pro-rich sequences. WW domains and SH3 domains can potentially bind overlapping sites. In addition, the Pin1 WW domain functions as a phosphoserine- or phosphothreonine-binding module, suggesting that certain WW domains have evolved an alternate mode of action. WW domains bind peptide ligands with dissociation constants in the mmolar range.

35 WW domain [EMBO-J. 15(5) 1996] [Nature 382, , 1996] Szemikonzervatív, aminosavból álló domén, WW konzervetív Kompakt globuláris szerkezet hidrofób zsebbel, ez prolinban gazdag prolinban gazdag peptideket is köthet (xPPxY), néha a ligandum identikus az SH3 ligandumokkal (PxxP)  Kompetíció SH3 doménnel. WW domének SH3-hoz hasonló funkció következtében szabályozhatják az előbbiek célfehérjéivel való kölcsönhatásást WW Domének, mint P-Ser- vagy P-Thr-kötő modulok: P-Ser-ProP-Thr-Pro motívumot A WW domén (Proline-isomerase Pin1) és az ubiqutin ligáz egyik WW doménje P-Ser-Pro and P-Thr-Pro motívumot tartalmazó fehérjékhez kötődik Science 283(5406): , 1999

36 domén Kilenc anti-paralel  helix, dimer, pSer peptideket köt Binding partners: Function : Cdc25 tyrosine phosphatase Cell cycle regulation BAD (Bcl-XL binding partner) Regulation of apoptosis c-Raf Ser/Thr Kinase Regulation of kinase activity; PKC Ser/Thr Kinase Signal transduction MEKK1,2,3 Ser/Thr Kinase Signal transduction - töltés Mag  citoplazma export

37 BH domén Két antiparalel  helix: (BH1) centrális, hidrofób, + csatlakozó BH4, BH3, BH2 helixek (Bcl-XL) Anti-apoptotikus és pro-apoptotikus molekula család, homo és heterodimereket képez – apoptózis gátlás GQAGRQLAIIGDDINR BH1 BH2 BH3 BH4 Bcl-XL

38 Receptor tirozin kinázok családjai Tirozin kinázokhoz kapcsolt receptorok: TCR, BCR, FcR, citokin receptorok

39 Emberi növekedési hormon kötődése receptorához: receptor dimerizáció –aktiváció előfeltétele Receptor homodimer

40 A jelátadás gátlása mutáns receptor felesleggel: domináns negatív gátlás Kináz funkciójának vizsgálata

41 RTK aktiválás bivalens ellenanyagokkal

42 Receptor tirozin kinázok (RTK) közvetítenek: -sejtek növekedését, túlélését -differenciálódást -sejt mozgását -metabolizmusát befolyásoló jeleket ==> Szabályozás hiányában a RTK fokozott aktivitása malignus transzformációhoz vezet ==> Csökkent RTK aktivitás a sejtek szaporodásának és fejlődésének hibájához és metabolizmus zavarán alapuló, súlyos betegségekhez vezethet. -A receptorok 14 családba sorolhatók, az azonos család receptorai között ligandumaikat tekintve hasonlóság van

43 Hogyan történik a RTK jeltovábbítása? A receptor tirozin kinázokon kialakuló szignaloszóma segítségével:

44 RTK közvetítet jelátvitel kezdeti lépései A receptor tirozin kinázok specifikus felismerést biztosító kötő- és gyüjtőhelyei a jeltovábbító molekuláknak

45 plazmamembrán Az intracelluláris régió szub-doménei: Membránközeli régió:  Bázikus maradékok, melyek kölcsönhatásba lépnek a negatív töltésű foszfolipidekkel: „stop transfer”  Internalizációs jel  Ser /Thr maradékok: foszforilálódhatnak, és szabályozhatják a RTK aktivitását Tirozin kináz domén:  ATP-kötő hely  autofoszforiláció "activation loop„  „Kináz insert” régió, sok tirozint tartalmaz, ezek foszforilációja kötőhelyeket biztosít az effektor fehérjék számára  Szubsztrát kötő régió: "catalytic loop” C terminális régió : számos tirozint tartalmaz Foszforilációt követően dokkoló helyül szolgálnak az effektor fehérjék számára.

46 Az intracelluláris receptor régió Tirozin kináz domént tartalmaz (ez különbözteti meg a RTK család tagjait más receptoroktól) Az intracelluláris régió szub-doménekre oszlik : i. Kb. 50 aminosav – membránközeli régió: Bázikus maradékokat tartalmaz, melyek kölcsönhatásba lépnek a negatív töltésű foszfolipidekkel és „stop transfer” szignált hordoz Internalizációs jelet tartalmaz ( NPXY motívum, LDL receptor GPLY motívum) Ser /Thr maradékok, amelyek foszforilálódhatnak, és szabályozhatják a RTK aktivitását

47 ii. Tirozin kináz domén ATP-kötő hely Tyr autofoszforilációs hely "activation loop" Szubsztrát kötő régió "catalytic loop” iii. „kináz insert” régió, A PDGF/FGF családban ez a régió sok tirozint tartalmaz Ezek foszforilációja kötőhelyeket biztosít az effektor fehérjék számára iv. C terminális régió : számos tirozint tartalmaz Foszforilációt követően dokkoló helyül szolgálnak az effektor fehérjék számára.

48 Vad típusMutált PDGFR Kináz aktív Ca2+, IP3 válasz Sejtszaporodás: + - MIÉRT?: PI3-K + - Foszforilált tirozin maradékok biztosítják a jeltovábbításban résztvevő fehérjék kötődését a receptorhoz, amely a teljes biológiai válasz előfeltétele

49 Five parallel intracellular signaling pathways activated by G-protein-linked receptors, receptor tyrosine kinases, or both


Letölteni ppt "NATURE NEWS BLOG G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel G-protein-coupled receptors take chemistry Nobel 10 Oct 2012 Category: Chemistry Chemistry."

Hasonló előadás


Google Hirdetések