Hemuppgift 2: Cancerbehandling

1. Hemuppgift 2: Cancerbehandling • Cancerbehandling bygger på att skada celler i snabb tillväxt/delning (såsom cancerceller) så selektivt som möjligt • Colchicine, vincristine, och taxol är exempel på potentiella anti-cancer läkemedel som verkar på cytoskelettet • Förklara kort vilken/vilka processer/mekanismer i cellen (från dagens föreläsning) som påverkas • Varför drabbas cancerceller så mycket hårdare än många andra (normala) celltyper i kroppen. • En biverkan av vincristine kan vara nerv-påverkan, ex nedsatt känsel i händer/fötter • Rent mekanistiskt, utifrån dagens föreläsning, varför kan denna biverkan ske (dessa nervceller cell-delar sig ju inte)?

2. Vincristine binder tubulin dimers, Och inhiberar assembly av microtubule structurer Colchicine inhiberar microtubuli polymerisation genom att binda till tubulin, Taxol hyper-stabiliserar microtubuli genom att binda till β subunit av tubulin.

3. CELLSIGNALERING

4. 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

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

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

7. signalering med membran-bundna molekyler tex. vid embryonalutv. signalering med sekreterade molekyler

8. Generella principer • En cells receptoruppsättning avgör vilka ligander/signaler den svarar på • Olika signal-kombinationer kan ge olika svar i samma cell • Samma ligand (och receptor) kan ge olika svar i olika celler • Signalens varaktighet beror av signalsubstansens halveringstid och spridningsförmåga

10. SIGNALSUBSTANSER • Små hydrofoba molekyler (steroidhormon) • NO och CO • Neurotransmittorer • Peptidhormoner och tillväxtfaktorer • Eicosanoider • (Växthormoner)

11. Generella principer: signaleringskaskader • överföring • förändring • amplifiering • distribution • modulering

12. Små hydrofoba • Diffunderar över membran • intracellulära receptorer • steroidhormoner • tyroidhormoner (sköldkörtelhormoner) • vit. D3 • retinoider (Nukleära receptorer)

13. Nukleära receptorer

14. NO • syntetiseras från Arg (eNOS, iNOS) • diffunderar till grannceller genom membran • binder till enzym i målcellen ACh NO cGMP relaxerad nervceller endotelceller glatta muskelceller • CO: verkar på liknar sätt som NO

15. Neurotransmittorer –små hydrofila molekyler

16. Ligand-reglerade jonkanaler i nervsynapser

17. ”Gatade” jonkanaler – neurotransmittor öppnar

18. PEPTIDER- binder membranreceptorer • peptidhormoner • insulin, glukagon • tillväxthormon m.fl. • neuropeptider • sekreteras av en del nervceller • endorfin och enkefalin (samtidigt hormoner) • tillväxtfaktorer • EGF, NGF, PDGF • cytokiner • membranförankrade tillväxtfaktorer

19. INSULIN EGFEpidermal growth factor (Tyrosin kinase receptorer)

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

22. intracellulära membranreceptorer Jonkanalsreceptorer G-proteinkopplade Enzymlänkade RECEPTORER

23. INTRACELLULÄRA RECEPTORER • I cytoplasman eller i kärnan • Transkriptionsfaktorer – • Ligandbindande domän • DNA-bindande domän • Transaktiverande domän (reglerar transkription) • Påverkar genutryck (dvs långsamt svar!)

24. Östrogenreceptorn

25. MEMBRANRECEPTORER

26. MEMBRANRECEPTORER • Signalsubstanser kan inte passera cellmembran • neurotransmittorer • peptidhormoner, neuropeptider, tillväxtfaktorer • eicosanoider • Kan blockeras, inaktiveras eller överstimuleras av främmande substanser, • nikotin, valium, morfin • Farmaka (läkemedel) och toxiner (gifter) • snabbt svar (sekunder-minuter) • förändrad proteinfunktion • långsamt svar (minuter-timmar) • förändring i proteinsyntes

27. 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

28. G-PROTEINKOPPLADE RECEPTORER • största gruppen membranreceptorer • Neurotransmittorer • peptider, • eicosanoider • 7 a-helices genom membranet

29. G-proteinkopplade receptorer - G protein • 'guanine nukleotide-binding proteins’ • heterotrimer – a, b, g subenheter • subenhet a binder GTP/GDP • reglerar G-proteinets aktivitet • Stor familj G-protein, ex: • reglerar K+-kanaler i myokardiet • aktiverar membranbundna enzymer

30. Ex: G-proteinet aktiverar adenylatcyclase -> cAMP (intracellulär 2nd messenger) Animation

32. ENZYMLÄNKADE RECEPTORER • intracellulärt enzym eller associerad med ett enzym • extracellulär ligandbindande domän • Intracellulär enzymatiskt domän • snabba svar • påverkar ex. cytoskelettet -> cellrörelse • långsamma svar • på tillväxtfaktorer, t.e.x. EGF, PDGF, NGF

33. Tyrosin-kinasreceptorer • fosforylerar tyrosin-grupper på målproteinet • extracellulärt N-terminal binder ligand • transmembran a-helix • intracellulärt C-terminal med tyrosinkinasaktivitet

34. Ligandbindning ->1. Dimerisering och autofosforylering

35. 2) Vidareöverföring av signal- nedströms signalmolekyler binder auto-fosforylerade tyrosingrupper

36. p p p Avstängning av signal • tyrosinfosfataser som plockar bort fosfatgrupperna Eller: • endocytos av hela receptorn och degradering i endosomer/ lysosomer

37. 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

38. 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: • Gentranskription • Cytoskelett organisation (form, rörelse, vidhäftning) • Metabol aktivitet • Sekretion • …

39. cAMP - en 2nd messenger

41. Generell mekanism:Fosforylering och defosforylering styr enzym-aktivitet Animation signal amplifiering

42. Ex2: CyklisktAMP-inducerad genexpression CRE = cAMP response element CREB = CRE-binding protein cAMP kan även påverka jonkanaler direkt

43. Phospholipase C – PLCKan aktiveras av G-protein kopplade och tyrosin kinase receptorer => DAG och IP3 (2nd messengers) phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate diacylglycerol inositol 1,4,5-trisphosphate

44. Activation of phospholipase C by protein-tyrosine kinases

45. IP3 och Ca2+ • IP3 binder till receptorer (jonkanallänkad) på ER • Jonkanal öppnar • Ca2+flödar ut från ER • Ca2+ binder till Ca 2+ -bindande proteiner som ändrar form– (akt. enzym)

46. 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

47. Calmodulin • ett exempel på Ca 2+-bindande protein som aktiverar målproteiner • CaM-kinaser fosforylerar i sin tur sina målproteiner: • metabola enzym, • jonkanaler, • transkriptionsfaktorer • etc.

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

49. MAP kinase pathway • Mitogen-activated protein kinases • kaskad av proteinkinaser • styr cellens olika svar på signaler, • celltillväxt, differentiering, etc • Receptor –> Ras –> Raf –> MEK –> ERK –> målprotein

50. Aktivering av ERK MAP Kinases Raf – ett kinas som fosforylerar MEK – (MAP-kinas/ERK-kinas) ett kinas som fosforylerar ERK – ett kinas som fosforylerar andra kinaser, transkriptionsfaktorer etc.