Szignalizációs mechanizmusok Kemotaxis evolúciója Szignalizációs mechanizmusok Kurzusvezető: Dr. Kőhidai László 2019.

Evolúció és kemotaxis Táplálék receptorral bíró sejtek POZITÍV SZELEKCIÓ Egyes táplálék molekulák egyéb fiziológiai hatást is kifejtenek Hormon receptor Hormon

Intracelluláris szignalizáció kemotaxis esetében (1) 7-look receptorok (pl. IL-8 vagy C5a) C5a – Ras, Raf, MAP kináz-MEK-1 IL-8 – IP3 (gyors); IP2 (lassú) Ca2+ Aktin polimerizációja kb. 10 sec PKC melanóma inváziója

Intracelluláris szignalizáció kemotaxis esetében (2) Egy, illetve kevés transzmembrán domainből álló receptor (inzulin, EGF, PDGF, NGF, neurotropin) Bakteriális kemotaxis receptor pl. aszpartát receptor a dimer második domainjének változására módosul csak a funkció

Eukaryota sejtek receptor-függő migrációjának vázlata Csilló/ostor Rec. Ca2+ csat. Foszfolipid sec. mess. aktin+miozin Ca2+ pH

DICTYOSTELIUM ÉLETCIKLUSA

Dictyostelium

Migráló Dictyostelium

x Mating feromon hatására receptoraktivációt követően bekövetkezik Ga és Gbg disszociációja majd az X-el jelzett ic.szignálmolekulák hatására a citoszkeleton reorganizálódik. Fentiek következménye a sejt irányított, feromon felé történő elmozdulása

Adenylyl cyclase Guanylyl cyclase cAMP Folsav Receptor Receptor Ga Gb Ga Gb Aimless Pianissimo CRAC ? Erk2 Adenylyl cyclase Guanylyl cyclase cAMP cGMP Actin polimerizáció Intracelluláris szignalizáció KEMOTAXIS

Élesztő „shmoo” (Al Capp, 1948) Feromon Receptor Ga Gb MAP kinázok Far1p Cdc24p Cdc42p Actin polimerizáció Sejtciklus Gén-indukció KEMOTROPIZMUS Élesztő „shmoo” (Al Capp, 1948)

Kemotaxis +cAMP Az aktin filamentumok mennyiségének változása cAMP adását követően Dictyosteliumban Kemotaxis +cAMP

Kemotaxis - szignáltranszdukció – Dictyostelium Richard A. Firtel* and Chang Y. Chung The molecular genetics of chemotaxis: sensing and responding to chemoattractant gradients. BioEssays 22:603-615, 2000.

Kemotaxis filogenezise Egyéb gerinctelenek Gerintelenekben is kemoattraktánsként ható gerinces eredetű molekulák: Citokinek Inzulin ACTH Emlős neuropeptid TNF-alfa Vazoaktív peptidek

Receptorok fő működési mechanizmusai

G-protein-kapcsolt receptorok Tirozin-kinázhoz kapcsolt receptorok TK TK S P L

Ioncsatornát működtető receptorok Receptor tirozin-kinázok PTBPr P S S PTBPr

Protein kinázok / Tirozin specifikus protein kinázok Receptor Tyr foszforilációja Dimer képzés (EGF, PDGF) Kereszt(auto)-foszforiláció Alloszterikus kölcsönhatások (inzulin, IGF I.) A katalitikus domain foszforilációján keresztüli aktiválás (inzulin rec. IRS1) P Tyr Tyr PDGF receptor

Tirozin kinázzal aktiválódó kemoattraktáns receptorok PDGF – autokrin PDGF gátol FGF HGF NGF Vasc.endoth. GF Macrophag col. SF Inzulin IGF-I. fMLF –PLD-vel együtt

Tirozin-foszfatáz aktivitású receptorok L L S P Guanilát-cikláz akt. receptorok GTP 3’5’-cGMP + PPi

Ser/Thr kináz receptorok L ATP ADP P ATP ADP P

Receptor típusa Altípus Ligand Enzim aktivitással NEM rendelkező G-proteinhez kapcsolt Adrenalin, szerotonin, bradikinin Tirozin-kinázhoz kapcsolt IL-2, interferon, eritropoetin Ioncsatorna működésű acetilkolin Saját enzimaktivitással rendelkező Tirozin-kináz aktivitású EGF, PDGF, insulin, oncogének Tiozin-foszfatáz aktivitású CD-45 foszfatáz Guanil-cikláz aktivitású ANF Ser/Thr kináz aktivitású TGF-b

A membrán-receptorhoz kötött szignalizáció fő útvonala Ligand Receptor G-proteinek Cyclase enzimek; Foszfolipáz C Másodlagos hírvivők Foszforilációs cascade Cytoplasmatikus célpontok; Gén-szintű szabályozás

A szignalizáció alapvető mechanizmusai szignál GDP GTP P GTP kötő fehérje szignál ATP ADP P Foszforiláció

Másodlagos hírvivő molekulák fő típusai Ciklikus nukleotidok (cAMP, cGMP) Ca2+ - calmodulin rendszer Inozitol foszfátok (IP3), Diacil-glicerin NO

G-proteinhez kapcsolt receptorok

G-proteinek jeltovábbító szerepe

G-proteinek jeltovábbító szerepe

G-protein – Adenyl-cyclase kapcsolat (1)

G-protein – Adenyl-cyclase kapcsolat (2)

A cAMP képződése

G-protein-Adenyl-cyclase –cAMP szignalizációs út

cAMP-Protein kináz A kapcsolat

G-protein-Adenyl-cyclase –cAMP szignalizációs út Terminális szakasz

cAMP központi szerepe

Illatanyagok érzékelése és a cAMP (1)

Illatanyagok érzékelése és a cAMP (2)

G-protein szignalizációs szerepe (movie)

G-proteinek eltérő hatásai + - Gsa Gia

G-proteinek aktiválása és gátlása GTP GDP Pertussis toxin Gbg G Gia G GDP Gbg Gsa GTP Gia inaktív marad G Gsa Cholera toxin ADP-ribóz GTP Gsa aktivált lesz Az adenyl cyclase állandóan aktív

Foszfatidil-inozitol rendszer

Az IP3 és a sejt Ca2+ homeosztázisa

Calmodulin – Ca2+ rendszer

A sejt calmodulin-kötő fehérjéi

Foszfatidilinozitol- biszfoszfát PIP2 Foszforilált rec.kináz PLCg IP3 DAG Aktivált G0 vagy Gq protein PLCb Ca2+ Protein kináz C calmodulin Calcium-calmodulin -függő kináz

Receptorok kináz-aktivitása – inzulin receptor

Tirozin –kináz receptorok i.c. szignalizációs cascade-ja

7-transmembrán-loop (7TM) receptorok

7TM-receptorok és ligandjaik kapcsolata

7TM-receptorok és ligandjaik kapcsolata

7TM-receptor szerkezete és működési ciklusa

7TM-receptorok internalizációs ciklusa

Membrán alatti szignalizációs utak 7TM receptorok esetében

ligand-specifitásának Szagló-receptorok ligand-specifitásának magas szintje

Ízérzékelő receptorok szerkezeti eltérései és érzékenységük unami Na+ capsaicin

Ion-csatornák

Acetylcholin -receptor

Csatornákkal kombinálódott receptorok

Intracelluláris/Nukleáris receptorok

Steroid hormonok hatásmechanizmusa

Steroid receptor működése