Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Extracelluláris receptorok G-fehérje kapcsolt receptorok Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Berki Tímea és Boldizsár Ferenc Jelátvitel Extracelluláris receptorok G-fehérje kapcsolt receptorok

7-transzmembrán receptorok szerkezete (7-TM) Ligand-kötés Ga C-terminális farok egyéb Ga felszínek Hélix 8 (Gbg-kötés) Ga-kötés Interakciós felület IL1 IL2 IL3 EL1 EL3 EL2 Extracelluláris hurkok (EL1-3) Intracelluláris hurkok (IL1-3) N C GRK foszforiláció (Deszenzitizáció) PKC foszforiláció Palmitiláció (Lipid raft lokalizáció) N-Glikoziláció (Receptor ”folding, trafficking”) E/DRY motívum (Receptor aktivitás és protein-protein interakció) Plazma membrán TM 1 2 3 4 5 6 7 Transzmembrán hélix (TM1-7)

7-transzmembrán receptorok (7-TM) I. A osztály: Rodopszin-szerű B osztály: Szekretin család C osztály: Glutamát és GABA (metabotróp) Frizzled Adhéziós család

7-transzmembrán receptorok (7-TM) II. G-fehérje kapcsolt receptor szupercsalád (791 gén) Endogén/Orfan (271) Szagló/Feromon (391) A osztály (662) B osztály (15) C osztály (22) Egyéb (92)

7-TM ligandok A osztály Bosztály Cosztály Frizzled Adhéziós Prosztaglandinok Glukagon Glutamát Wnt Kondroitin-szulfát Tromboxán GnRH GABA Hedgehog Szerotonin PTH Édes Íz Keserű íz Dopamin CRH Szekretin Hisztamin Katekolaminok Acetilkolin (M) Rodopszin Melatonin Kemokinek Bradikinin Szomatosztatin Opioid Vazopresszin

Inaktív 7-TM receptor Oldalnézet Intracelluláris nézet 1 4 5 6 7 Hélix 8 IL 1 IL2 IL3 EL1 EL2 EL 3 N C 2 3 Intracelluláris hurkok Extracelluláris hurkok Intracelluláris nézet Nem-kovalens kötés C N Hélix 8 EL3 TM 7 IL3 TM 6 TM 1 TM 5 Ga-kötő felület TM 3 IL1 TM 2 TM 4 EL2 EL1 IL2

Intracelluláris nézet Aktív 7-TM receptor Oldalnézet TM 1 5 6 7 Hélix 8 N C 4 2 Gα 3 Ga A Ga C-terminális farka Agonista Intracelluláris nézet TM 1 2 4 Hélix 8 IL1 IL2 IL3 EL1 EL2 EL3 N C 7 6 3 5 Ga

7-TM receptorok (G-fehérje kapcsolt receptorok, GPCR) Jel molekula GDP g b a GDP g b a GTP g b a Inaktív G-fehérje GDP GTP Plazma membrán GTP a g b Citoplazma a g b GTP Aktivált G-fehérje alegységek

cAMP-PKA útvonalak Sejtes válasz Gsa Gia Adenilát cikláz (+) (-) GDP g b Gsa Gia Adenilát cikláz (+) (-) GTP ATP Protein kináz A Inaktív Aktív Fehérje OH P 5’-AMP Foszfodiészteráz Stimuláló hormon Gátló Rs Ri

G-fehérje kapcsolt receptor G-fehérjék GDP  β  G-fehérje kapcsolt receptor (GPCR) Plazma membrán Citoplazma GTP   β Ion csatorna PI3K Foszfolipázok Adenilát ciklázok Receptor kinázok GTP Gi GTP Gs GTP Gq GTP G12/13 Adenilát cikláz Adenilát cikláz PLC PIP2 DAG ATP cAMP ATP cAMP Rho-t aktivál IP3 Foszfolipázok Ion csatornák Ca2+

G-fehérjék GTP-kötő fehérjék GTPáz aktivitás: GTP-t GDP-re hidrolizál Inaktív forma: GDP-kötött Aktív forma: GTP-kötött Heterotrimer: a, b, g alegységek Monomer: a ras proto-onkogének termékei A g alegység C-terminális izoprenil láncot tartalmaz - plazma membránhoz horgonyoz

G-fehérje jelátvitel Ga jelátvitel Gs: serkenti az adenilát-ciklázt → cAMP ↑ Gi: gátolja az adenilát-cikláz → tcAMP ↓ Gq: stimulálja a PLC-t G12: Rho-GEF Gb, g jelátvitel: K+ és Ca2+ csatornák, PI3K izoformák

GPCR szabályozás PKA feedback foszforiláció G-fehérje receptor kináz (GRK1-7): 7TM aktivációját szabályozza a receptor C- terminálisának foszforilációja révén Transzlokáció: az aktív receptor internalizálódik a környező membránnal – savas vezikulákban defoszforilálódik és visszajut a felszínre Arresztin kötődés: az arresztin molekula kötődése gátolja a Gs fehérje kötődését a receptorhoz (pl. rodopszin a retinában); + alternatív jelátviteli utakat aktivál: MAPK, PI3-K, PKBAkt, Src

Monomer G-fehérjék (Ras család) Elsőként transzformáló onkogénként fedezték fel: Harvey (H-Ras) és Kirsten (K-Ras) szarkóma vírusok; Rat sarcoma N-Ras humán neuroblasztómában található 189 aminosav Lipid láncok horgonyozzák a membránhoz Ras család valamelyik tagjának mutációja a humán tumorok 20-30% -ában kimutatható

Ras szabályozás Guanine-nucleotide exchange factor (GEFek): a Ras GDP-GTP kicserélődését katalizálja → Aktiváció GTPase activating protein (GAP): a Ras intrinszik GTPáz aktivitása gyenge, a GAP fokozza → Inaktiváció

Ras funkció – MAPK kaszkád Növekedési faktor receptor jelátvitel Ras-Raf-MEK-ERK (Mitogén-aktivált protein kináz = MAPK kaszkád) Megnövekedett aktivitás (= “állandóan aktív Ras”) elősegíti a tumor transzformációt : G-nukleotid kicserélődés ↑ (pontmutációk) GTPáz aktivitás ↓ (pontmutációk vagy a GAP hiánya)

Transzkripció szabályozása Ras-MAPK kaszkád RAS Plazma membrán SOS GRB2 Transzkripció szabályozása Növekedési faktor Receptor PTK Citoplazma Aktív Elk-1 RAF MEK1/2 ERK1/2 Sap1a Net Adapter fehérje Guanin nukleotid kicserélő faktor (GEF)