OBS: Schema-ändring!! Föreläsningen 15/2 är flyttad till kl 8-10 samma dag (i FD5) Adnane skakar hand med H.M. Drottningen på eftermiddagen (Barncancerfonden)!!!

CELLSIGNALERING

CELLSIGNALERING alla levande celler tar emot och skickar signaler encellig organism flercellig organism signaler till/från intracellulär signalering omgivningen förutsättning för att en fungerande organism ska utvecklas

INNEHÅLL Generella principer Signalsubstanser Receptortyper Intracellulära Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade Intracellulär signalöverföring second messengers MAP-kinas och JAK/STAT

CELLSIGNALLERING signalerande cell – signalmolekyl - receptor – målcell förändring i målcellen reglerar all cellverksamhet, inkl metabolism, rörelse, tillväxt, överlevnad, differentiering

signalering med membran-bundna molekyler tex. vid embryonalutv. signalering med sekreterade molekyler Figures_Hi-res\ch13\cell3e13010.jpg

Generella principer Varje cell svarar på ett begränsat antal signalmolekyler = ligander - receptoruppsättning Olika kombinationer av dessa signaler kan ge olika svar i samma cell - intracellulär samverkan av signalvägar - sekundära budbärare = second messengers Signalens varaktighet beror av signalsubstansens halveringstid och spridningsförmåga

Generella principer: signaleringskaskader överföring receptor till intracellulär enhet förändring till den molekylära form som kan stimulera önskat svar amplifiering förstärkning distribution till olika processer modulering välkommen vid varje delsteg

SIGNALSUBSTANSER Små hydrofoba molekyler NO och CO Neurotransmittorer Peptidhormoner och tillväxtfaktorer Eicosanoider (Växthormoner)

Små hydrofoba passerar membran binder till intracellulära receptorer steroidhormoner tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner) vit. D3 retinoider

steroid- och tyroidhormoner Figures_Hi-res\ch13\cell3e13021.jpg

Vitamin D3 och Retinoic Acid Figures_Hi-res\ch13\cell3e13022.jpg

NO CO syntetiseras från Arg (eNOS, iNOS) diffunderar till grannceller binder direkt till enzym i målcellen ACh NO cGMP relaxerad nervceller endotelceller glatta muskelceller CO verkar på liknar sätt som NO stimulerar guanylatcyklas

Neurotransmittorer nervcellers signalsubstanser till nervceller eller till andra celltyper små hydrofila molekyler aktionspotential signalerar frisläppning av neurotransmittorer diffusion av neurotransmittor över synaptiska bassängen binder till membranbundna receptorer på målcellen (ofta jonkanaler – snabb effekt)

JONKANALLÄNKAD RECEPTOR fig. 12.23 resp. 13.23 i boken

Neurotransmittorer Figures_Hi-res\ch13\cell3e13061.jpg

PEPTIDER- binder membranreceptorer peptidhormoner insulin, glukagon hypofyshormoner: GH, FSH, prolaktin etc. neuropeptider sekreteras av en del nervceller endorfin och enkefalin samtidigt hormoner tillväxtfaktorer EGF, NGF, PDGF cytokiner membranförankrade tillväxtfaktorer

INSULIN

EICOSANOIDER lipider autokrin eller parakrin signalering, binder membranreceptorer syntetiseras från arakidonsyra, kortlivade stimulerar trombocytaggregering, inflammation, kontraktion av glatt muskulatur acetylsalicylsyra (Aspirin, Treo mfl.) hämmar enzymet cyclooxygenas (syntes av prostaglandiner) – hämmar trombocyter.

Figures_Hi-res\ch13\cell3e13081.jpg

RECEPTORER intracellulära membranreceptorer Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade

INTRACELLULÄRA RECEPTORER signalmolekyler: små hydrofoba molekyler passerar membran, binder receptor i cytoplasman eller i kärnan intracellulära receptorer har domains för ligandbindning, DNA-bindning, transkriptionsaktivering genregulatoriskt protein aktiveras styr transkription av RNA

Östrogenreceptorn Figures_Hi-res\ch13\cell3e13030.jpg

MEMBRANRECEPTORER

MEMBRANRECEPTORER signalsubstanser: de som inte kan passera cellmembran neurotransmittorer peptidhormoner, neuropeptider, tillväxtfaktorer eicosanoider receptorer kan även blockeras, inaktiveras eller överstimuleras av främmande substanser, tex. nikotin, valium, morfin – farmaka och toxiner snabbt svar (sekunder-minuter) ger förändrad proteinfunktion långsamt svar (minuter-timmar) ger förändring i proteinsyntes

JONKANALLÄNKAD RECEPTOR fig. 12.23 resp. 13.23 i boken

Jonkanallänkad receptor Ligand-gated ion channel neurotransmittor binder till receptorn – som är en jonkanal jonkanalen öppnas joner strömmar in i/ut ur cellen spänningen över cellmembranet ändras

G-PROTEINKOPPLADE RECEPTORER största gruppen ytreceptorer receptorer för bl.a. neurotransmittorer, peptider, eicosanoider sju a-helices som spänner över membranet

G-proteinkopplade receptorer ligand binder konformationsändring intracellulärt interaktion med G-protein G-proteinet blir aktiverat Figures_Hi-res\ch13\cell3e13100.jpg

G-protein en sorts 'guanine nukleotide-binding proteins' heterotrimer – a, b, g subenheter subenhet a binder en guaninnukleotid, som reglerar G-proteinets aktivitet många olika G-protein finns reglerar jonkanaler, bl.a. K+-kanaler i myokardiet aktiverar membranbundna enzymer

Aktivering av G-protein

ENZYMLÄNKADE RECEPTORER receptorn är intracellulärt ett enzym eller är associerad med ett enzym extracellulär ligandbindande domän vanligen en transmembran a-helix svar på signalen består av många steg snabba svar påverkar ex. cytoskelettet och ger bl.a. cellrörelse långsamma svar på tillväxtfaktorer, t.e.x. EGF, PDGF, NGF

Tyrosin-kinasreceptorer största familjen enzymlänkade receptorer 58 st hos människa fosforylerar målproteinet på tyrosin-grupper extracellulärt N-terminal ligandbindande transmembranell a-helix intracellulärt C-terminal med tyrosinkinasaktivitet

Dimerisering och autofosforylering Figures_Hi-res\ch13\cell3e13140.jpg

Downstream Signaling Molecules Figures_Hi-res\ch13\cell3e13150.jpg

Avstängning av signal tyrosinfosfataser som plockar bort fosfatgrupperna endocytos av hela receptorn och degradering p

Fler enzymlänkade receptorer protein tyrosin-fosfataser Receptorassocierade proteaser protein-serin/threonin kinas guanylylcyklas ligandbindning ger cyklas-aktivitet GTP -> cGMP cGMP skickar signalen vidare i cellen

INTRACELLULÄR SIGNALÖVERFÖRING ligand binder receptorn Intiterar kedja av molekylära händelser receptorn förändras, ev. interagerar med enzym intracellulära budbärarmolekyler för signalen vidare Adenylylcyklas - cAMP Guanylylcyklas - cGMP Fosfolipas C - inositoltrifosfat (IP3) - diacylglycerol (DAG) PI3-kinas - fosfatidylinositoltrifosfat (PIP3) MÅl för signalöverföring är ofta: Gentranskription Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning) Metabol aktivitet Sekretion …

cAMP

epinephrine inducerar glykogennedbrytning epinephrin receptor G-protein adenylylcyklas cAMP protein A kinas P P Fosforylas-kinas glykogenfosforylas glykogennedbrytn (+) glykogensyntas hämmad syntes av glykogen (-) P (+) (-) (+)

Fosforylering regleras av Proteinkinas A och Protein fosfatase 1 Figures_Hi-res\ch13\cell3e13220.jpg

Cykliskt AMP-inducerad genexpression CRE = cAMP response element CREB = CRE-binding protein Figures_Hi-res\ch13\cell3e13210.jpg cAMP kan även påverka jonkanaler direkt

BILDNING AV DAG och IP3 ligand binder till receptor aktivering av Fosfolipas C G-prot. kopplad receptor Phospholipase C-b proteinkinasreceptor Phospholipase C-g

Hydrolys av PIP2 phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol Figures_Hi-res\ch13\cell3e13240.jpg phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol inositol 1,4,5-trisphosphate

DAG och IP3 DAG och Ca2+ samverkar rekryterar och aktiverar proteinkinas C (PKC) PKC translokeras från cytoplasman till plasma-membranet PKC fosforylerar sina olika målprotein (varierar beroende på celltyp) DAG IP3

IP3 och Ca2+ IP3 binder till receptorer (jonkanallänkad) på ER Jonkanaler öppnas och Ca2+ flödar ut från ER in till cellens cytosol Ca2+ -koncentrationen ökar Ca2+ binder till Ca 2+ -bindande proteiner som ändrar form– (akt. enzym) inflöde av extracellulärt Ca 2+ triggas i många fall av ökad Ca 2+ -halt i cytosol Figures_Hi-res\ch13\cell3e13270.jpg

Calmodulin ett exempel på Ca 2+-bindande protein som aktiverar målproteiner CaM-kinaser fosforylerar i sin tur sina målproteiner metabola enzym, jonkanaler, transkriptionsfaktorer etc. CREB fosforyleras av både CaM-kinas och protein A kinas. Här och på många andra ställen styr både cAMP- och Ca 2+-signalvägar tillsammans Figures_Hi-res\ch13\cell3e13280.jpg

intracellulär Ca2+-koncentration en mycket viktig signal exciterbara celler: nervceller och muskelceller Sekretion, aggregering. Embryonalutvecklingen

Normal platelet function - Ca2+ic GPIb Aggregation vWF GPIIb/IIIa Fibrinogen PlA1*

MAP kinase pathway Mitogen-activated protein kinases kaskad av proteinkinaser betydelsefulla i alla eukaryota organismer styr många av cellens olika svar på signaler, tex. celltillväxt, differentiering signalerna når tillslut kärnan, där transkriptionsfaktorer fosforyleras och aktiveras Receptor – Ras – Raf – MEK – ERK - målprotein

Ett exempel på Ras-aktivering: via Tyrosinkinas-receptor Figures_Hi-res\ch13\cell3e13340.jpg SH-domain på Grb2 binder aktiverad receptor Grb2-SOS-komplex aktiverar Ras Ras-GTP interagerar med olika proteiner som rekryterar Raf, som aktiveras genom fosforyleringar

Aktivering av ERK MAP Kinases Figures_Hi-res\ch13\cell3e13320.jpg Raf – ett kinas som fosforylerar MEK – (MAP-kinas/ERK-kinas) ett kinas som fosforylerar ERK – ett kinas som fosforylerar andra kinaser, transkriptionsfaktorer etc.

ERK inducerar gener ERK – extracellular signal-regulated kinase aktiverar proteiner i både cytoplasman och i kärnan Figures_Hi-res\ch13\cell3e13350.jpg

JAK/STAT signalväg direkt signalväg mellan cellyta och kärna Cytokinreceptor JAK= Janus kinase STAT= signal transducers and activators of transcription = transkriptionsfaktorer Figures_Hi-res\ch13\cell3e13380.jpg

Fyra parallella intracellulära signalvägar och förbindelserna mellan dem transmembranreceptor tyrosinkinasreceptor G-protein G-protein fosfolipas C adaptorprotein adenylatcyklas IP3 DAG Ras-aktiverande protein cAMP Ca2+ Ras calmodulin Raf MEK A-kinas CaM-kinas C-kinas ERK Genregulatoriska proteiner Övriga målproteiner

SAMMANFATTNING Cellsignallering på olika avstånd och med olika signalsubstanser Signalen sätts på och stängs av, interagerar med andra signaler Signalsubstanser Receptortyper Intracellulära Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade Intracellulär signalöverföring second messengers: cAMP, cGMP, IP3, DAG, Ca 2+, PIP3 MAP-kinas och JAK/STAT