1 / 49

Cellekommunikasjon

Cellekommunikasjon. PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22 840237 E-post: f.o.levy@klinmed.uio.no. Cellekommunikasjon- hovedtyper. Endokrin Hormoner Parakrin Lokalt virkende hormoner Vekstfaktorer Cytokiner Spesialtilfelle: Autokrin Synaptisk

rhett
Download Presentation

Cellekommunikasjon

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Cellekommunikasjon PBM 135 - Høsten 2002 Prof. Finn Olav Levy, dr.med. Tlf.: 22840237 E-post: f.o.levy@klinmed.uio.no

  2. Cellekommunikasjon- hovedtyper • Endokrin • Hormoner • Parakrin • Lokalt virkende hormoner • Vekstfaktorer • Cytokiner • Spesialtilfelle: Autokrin • Synaptisk • Kjemisk (nerveceller): • Nevrotransmittere • Elektrisk (hjerte, tarm): • Via gap junctions • Kontaktavhengig Alberts et al. 2002, Fig. 15-4

  3. Endokrin signalering • Hormoner • Dannes i indresekretoriske kjertler • Skilles ut i blodet • Virker i små konsentrasjoner • Bare celler som har reseptor påvirkes

  4. Hormoner - typer • Proteiner – peptider • Mange (fra 3 aa til lange proteiner) • Aminosyrederivater • Biogene aminer (Katekolaminer, dopamin, serotonin, histamin) • Thyroxin • Steroider • Glukokortikoider (cortisol) • Mineralokortikoider (aldosteron) • Androgener (testosteron) • Østrogener (østradiol) • Progestiner (progesteron) • Vitamin D • Retinoider (vitamin A)

  5. Parakrin signalering • Ikke skarpt skille endokrin/parakrin • Lokalt virkende hormoner • Div. tarmpeptider • Vekstfaktorer • Epidermal vekstfaktor (EGF) • Platederivert vekstfaktor (PDGF) • Transforming growth factor (TGF) b • m.fl. • Cytokiner • Interleukiner • Hematopoietiske vekstfaktorer • Tumor nekrosefaktor (TNF) a/b • Interferon (IFN) a, b og g • Eicosanider (prostaglandiner, leukotriener, tromboxaner) • Gasser • NO • CO

  6. Nevrotransmisjon • Kjemisk signal over synapsespalten • Transmitterkriterier: • Syntese eller opptak • Frisetting ved nervestimulering • Eksogen tilførsel etterlikner • Blokkeres ved antagonister • Inaktiveringssystem • Klassiske nevrotransmittere • Acetylcholin (ACh) • Aminer (A, NA, DA, 5-HT, H) • Aminosyrer/-derivater (GABA, • Nyere nevrotransmittere • Peptider

  7. Reseptorer • Bestemmer hvilke signaler en celle kan reagere på • Spesifisitet • Høy affinitet for ligand • Reversibel binding (ikke alltid) • Begrenset antall • Binding av ligand setter i gang effekt • To hovedgrupper: • Intracellulære • For lipofile ligander og gasser • Reseptorer i cellemembranen (Membranreseptorer) • Trenger signaloverføringssystem

  8. Cellekommunikasjon - reseptorgrupper • Intracellulære reseptorer • Kjernereseptor-superfamilien • Reseptor for NO • Reseptorer i cellemembranen • Ligand-regulerte ionekanaler • G-protein-koblede reseptorer • Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet)

  9. Intracellulære reseptorerKjernereseptor-superfamilien • Gen-regulering (er ligand-aktiverte transkripsjonsfaktorer) • Langsomme effekter • Totalt ca. 50 • Ligander: • Klassiske • Steroidhormoner • Thyroideahormoner • Vitamin D • Retinoider (vitamin A) • Nyere • Fibrater (PPAR) • Fettstoffer • Metabolitter • Toxiner • Flere uidentifiserte Alberts et al. 2002, Fig. 15-13

  10. Intracellulære reseptorerKjernereseptor-superfamilien • Tre domener • Ligand-bindende • DNA-bindende • Transkripsjons-aktiverende • Bare gener med riktig element i promoteren reguleres Alberts et al. 2002, Fig. 15-13

  11. Intracellulære reseptorerReseptor for NO • NO-reseptoren er et enzym (guanylyl-syklase) • Lager cGMP fra GTP (guanylyl-syklase) • cGMP: • virker via cGMP-avh. protein kinase • brytes ned av cGMP-PDE (fosfodiesterase; hemmes av Viagra) Alberts et al. 2002, Fig. 15-11

  12. Cellulær signaloverføring - reseptorgrupper • Intracellulære reseptorer • Reseptorer i cellemembranen • Ligand-regulerte ionekanaler • G-protein-koblede reseptorer • Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet)

  13. Reseptorer i cellemembranen – tre grupper Alberts et al. 2002, Fig. 15-15

  14. Cellulær signaloverføring - reseptorgrupper • Intracellulære reseptorer • Reseptorer i cellemembranen • Ligand-regulerte ionekanaler (Kapittel 11 – Membrantransport) • G-protein-koblede reseptorer • Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet) Alberts et al. 2002, Fig. 11-36

  15. Ligand-regulerte ionekanalerIonekanaler som åpnes ved binding av ligand • Eksit. og inhib. nevrotransmitter-reseptorer • Eksitatoriske (Natrium/Kalsium-influks) • Nikotinbindende acetycholinreseptor (NACh-R) • Na+, K+, Ca2+ • I praksis: Influks av Na+ --> depolarisering • Glutamat-reseptorer • AMPA-reseptorer (Kainat-type, Quisqualat A-type) • Na+/K+ • NMDA • Na+/K+/Ca2+ • Blokkeres av ekstracell. Mg2+ - krever også depol. • Serotonin-reseptoren 5-HT3 • Na+, K+ • I praksis: Influks av Na+ --> depolarisering Alberts et al. 2002, Fig. 11-36

  16. Ligand-regulerte ionekanalerIonekanaler som åpnes ved binding av ligand • Inhibitoriske (Klorid-influks) • GABA-A -reseptor • Reseptor for barbiturater og benzodiazepiner (Valium o.l.) • Glycin-reseptor

  17. Signaloverføring - skjematisk Alberts et al. 2002, Fig. 15-1

  18. SignaloverføringPrinsipper • Proteiner i signalkjeden kan være: • Formidlere – sender signalet videre til neste ledd • Budbringere – bringer signalet til et annet sted i cellen • Adaptere – binder sammen to signalmolekyler • Forsterkere – f.eks. ved å danne flere nye signalmolekyler • Omformere – f.eks. danne nytt signalmolekyl • Forgrenere – aktiverer flere nedstrøms signalveier • Integratorer – tar i mot signal fra flere signalveier, videre signal kan f.eks. være avhengig av at begge er tilstede • Forankring • Signalkjeder holdes sammen eller lokaliseres til bestemte strukturer ved forskjellige typer forankringsproteiner (scaffold, anchoring, docking proteins) Alberts et al. 2002, Fig. 15-16

  19. Protein-fosforylering Pi H2O Protein-fosfatase Protein-PO4 Protein-OH Protein-kinase ATP ADP • Reversibel protein-fosforylering svært viktig biologisk reguleringsmekanisme • Fosforylering: Protein-kinaser • Defosforylering: Protein-fosfataser

  20. Protein-kinaser i signaloverføringSer/Thr-kinaser • cAMP-avhengig protein-kinase (PKA) • Reseptor for syklisk AMP (cAMP) • To regulatoriske (R) og to katalytiske (C) subenheter • cAMP-binding frigir aktive katalytiske subenheter • cGMP-avhengig protein-kinase (PKG) • Reseptor for cGMP • R og C i samme protein, ellers som PKA Alberts et al. 2002, Fig. 15-32

  21. Protein-kinaser i signaloverføringSer/Thr-kinaser, Tyr-kinaser • Protein-kinase C (PKC) • Ca2+/fosfolipid-avhengig protein-kinase • Aktiveres av Ca2+ og DAG (diacylglycerol) • Mange subtyper • Ca2+/Calmodulin-avhengige protein-kinaser • Flere subtyper • Tyrosin-kinaser • Reseptor tyrosin-kinaser (mange forskjellige) • Non-reseptor tyrosin-kinaser (mange forskjellige)

  22. Protein-fosfataser • Ser/Thr-fosfataser • Protein fosfatase I • Protein fosfatase IIA • Protein fosfatase IIB • Calcineurin • Ca2+-aktivert • Mål for immunsuppresive legemidler • Protein fosfatase IIC • Tyr-fosfataser • Mange (se senere)

  23. SignaloverføringPrinsipper • Molekylære brytere • Protein-fosforylering • GTP-binding Alberts et al. 2002, Fig. 15-17

  24. SignaloverføringPrinsipper • Signal-integrering (koinsidens-deteksjon) Alberts et al. 2002, Fig. 15-18

  25. SignaloverføringPrinsipper • Signalkomplekser • Preformerte eller • Rekrutteres som følge av signal Alberts et al. 2002, Fig. 15-19

  26. SignaloverføringPrinsipper • Mange signalproteiner består av funksjonelle moduler, f.eks.: • Bindingsdomener • PDZ • PH • PTB • SH2 • SH3 • Katalytiske domener • Regulatoriske domener Alberts et al. 2002, Fig. 15-20

  27. SignaloverføringPrinsipper • Mekanismer for å justere følsomheten • Adaptasjon, desensitivisering • Viktig for mange legemidler (tilvenning, tachyfylakse) Alberts et al. 2002, Fig. 15-25

  28. Cellekommunikasjon - Reseptorgrupper • Intracellulære reseptorer • Reseptorer i cellemembranen • Ligand-regulerte ionekanaler • G-protein-koblede reseptorer • Reseptor • G-protein • Effektor • Enzym-koblede reseptorer (oftest kinase- eller fosfataseaktivitet) Alberts et al. 2002, Fig. 15-26

  29. G-protein-mediert signaloverføringReseptor, G-protein, Effektor • Reseptor • Flere hundre forskjellige - kan være mange forskjellige for hvert signalmolekyl • G-protein • a-, b- og g-subenheter • Tre hovedfamilier, inndelt etter a-subenheten • Effektor • Adenylyl-syklase • Fosfolipaser • Ionekanaler • cGMP fosfodiesterase (synsmekanismen i retina)

  30. G-protein-mediert signaloverføring Clapham DE & Neer EJ, Annu Rev Pharmacol Toxicol 37:167-203, 1997

  31. G-protein-mediert signaloverføringRegulering av adenylyl-syklase

  32. G-protein-koblede reseptorer • En av de største protein-familiene • Mål for mer enn 50% av alle legemidler • Omfatter reseptorer for de fleste signalstoffer: • Aminer (katekolaminer, serotonin, dopamin) • Acetylcholin (muskarinbindende ACh-res.) • Aminosyrer/-derivater (mGlu, GABAB) • Eicosanoider (prostaglandiner m.m.) • Nukleosider/Nukleotider (adenosin, ATP) • Peptider (PTH, vasopressin, oxytocin, TRH, ACTH, glukagon) • Glykoprotein-hormoner (LH/CG, FSH, TSH) • Proteaser (thrombin) • Ioner (Ca2+) • Lukt • Synspigment (rhodopsin) • m.m.

  33. G-protein-koblede reseptorerStruktur • 7 hydrofobe, transmembrane domener • 7-transmembrane spanning receptors, 7-TMS receptors • Serpentine receptors • Heptahelical receptors • Størst likhet i transmembrane områder • Mest varierende: • N-terminus (ekstracellulær) • 3. intracellulære domene • C-terminus (intracellulær) Gether U & Kobilka BK, JBC 273:17979-82, 1998

  34. G-protein-koblede reseptorerVariasjoner over et tema Ji TH et al., JBC 273:17299-17302, 1998

  35. G-protein-mediert signaloverføringG-proteiner • Historie • Først påvist i forbindelse med aktivering av adenylyl-syklase ved glukagon (1970, 1980) • Senere påvist i forbindelse med overføring av lyssignaler til nerveimpulser i netthinnen (1975, 1980) • (Lys-aktivert rhodopsin  GTP-Transducin  Aktiverer cGMP-PDE  cGMP fjernes  cGMP-regulerte Na+-kanaler lukkes Hyperpolarisering  Red. frigjøring av inhibitorisk transmitter  Eksitasjon av postsynaptiske nerveceller) • Både positiv og negativ regulering av adenylyl-syklase (AC) via G-protein • Gs (stimulerer AC): Aktiveres irreversibelt av cholera-toxin (kolera) • Gi (hemmer AC): Inaktiveres irreversibelt av pertussis-toxin (kikhoste)

  36. G-protein-mediert signaloverføringG-proteiner • Tre subenheter (a, b, g) • a-subenheten • Binder og hydrolyserer GTP (aktivering - inaktivering) • Dissosierer fra bg ved stimulering (aktivering) • Påvirker effektorsystemet (eks. adenylyl-syklase) til økt/redusert aktivitet • Minst 16 forskjellige a-subenheter i tre hovedfamilier: • I: Gs, Golf: Stim. AC • II: Gi, Go, Gt: Bl.a. hemmer AC • III: Gq: Stim PL-C • bg-subenheten • Forankrer G-proteinet i membr. • Egne signalfunksjoner • Minst 6 forskj.b-subenheter • Minst 12 forskj.g-subenheter Alberts et al. 2002, Fig. 15-27 Alberts et al. 2002, Fig. 15-27

  37. G-proteinAktivering/Inaktivering • Aktivert reseptor katalyserer GDP-frigjøring (hastighetsbegrensende trinn, binding av GTP skjer deretter) • Dvs. aktivert reseptor er “GDP-releasing factor” • GTPase-aktivitet skrur G-proteinet av • Regulatorisk syklus: Alberts et al. 2002, Fig. 15-28

  38. G-protein-mediert signaloverføringEffektorsystemer • Adenylyl-syklase  cAMP  PKA • Fosfolipaser • Fosfolipase C  IP3 ( Ca2+) og DAG ( PKC) • Fosfolipase A2 Arakidonsyre  Prostaglandiner m.m. • Fosfolipase D • Ionekanaler • K+-kanaler • Ca2+-kanaler • cGMP fosfodiesterase (synsmekanismen i retina) Alberts et al. 2002, Fig. 15-29

  39. Serotonin-reseptorerEksempel på mange reseptorer og signalveier for et signalmolekyl

  40. G-proteiner: EffektorsystemerAdenylyl-syklaser • Danner syklisk AMP (cAMP) fra ATP (MgATP) • Minst 8 forskjellige subtyper • 2 x 6 transmembrane områder • Forskjellige subtyper reguleres av: • Gas (+) • Gai (-) • Gao (+/-) • Gbg (+/-) • Ca2+ (+/-) • Forskolin (+) • Nedbrytning av cAMP: fosfodiesteraser (PDE) – mange forskjellige – kan også forankres og reguleres • Virkning av cAMP: • Via cAMP-avhengig protein-kinase, mange forskjellige effekter Alberts et al. 2002, Fig. 15-33

  41. cAMP som second messenger • Adenylyl-syklase danner syklisk AMP (cAMP) fra ATP • Nedbrytning av cAMP: Fosfodiesteraser (PDE) – mange forskjellige – kan også forankres og reguleres • Virkninger av cAMP: • Aktiverer cAMP-avhengig protein-kinase (PKA)  fosforylering av mange forskjellige proteiner • Ionekanaler • Nyeste: Epac (cAMP-aktivert Rap-GAP) Alberts et al. 2002, Fig. 15-33

  42. G-proteiner: EffektorsystemerFosfolipase C (PL-C) • Spalter PIP2 til IP3 og DAG • IP3 gir Ca2+-frigjøring • DAG aktiverer PKC • Subtyper • PL-Cb (b1, b2, b3) - reguleres av G-protein • PL-Cg (g1, g2) - reguleres av tyrosin-kinaser • PL-Cd (d1, d2, d3) - regulering dårlig kjent Alberts et al. 2002, Fig. 15-35

  43. G-proteiner: EffektorsystemerAndre fosfolipaser • Fosfolipase A2 (PL-A2) • Spalter av arakidonsyre fra fosfolipider • Arakidonsyre  Prostaglandiner, Leukotriener m.m. • Sannsynlig regulering ved G-proteiner • Fosfolipase D • Spalter av fosfocholin fra fosfolipider • Sannsynlig regulering ved G-proteiner, PKC, Ca2+ og tyrosin-kinaser

  44. Aktivering av protein-kinase C (PKC)via fosfolipase C (PL-C) Alberts et al. 2002, Fig. 15-36

  45. Ca2+ som second messenger • Intracellulær Ca2+-kons.: 10-7 M • Holdes nede vha. forskj. pumpe-mekanismer • Stimulering av cellen kan øke [Ca2+]i til 10-3 M • Mekanismer: • IP3-reseptorer i ER er ligand-styrte Ca2+-kanaler • Ca2+-kanaler i cellemembranen åpnes og slipper Ca2+ inn i cellen • Andre Ca2+-kanaler i SR/ER • Økning av [Ca2+]i kan visualiseres vha. Ca2+-følsomme fluorescerende stoffer: Alberts et al. 2002, Fig. 15-37

  46. Vedlikehold av lav intracellulær Ca2+-konsentrasjon Alberts et al. 2002, Fig. 15-38

  47. Ca2+ virker via Ca2+-bindende proteiner • Viktigst: Calmodulin (CaM) • Opptil 1% av cellens proteinmasse • Medierer nesten alle Ca2+-effekter, bl.a. via Ca2+/CaM-avhengige protein-kinaser (CaM-kinaser) • I skjelettmuskel: Troponin C Alberts et al. 2002, Fig. 15-40

  48. CaM-kinase II som frekvens-dekoder 1. Ca2+-oscillasjoner 2. Aktivering av CaM-kinase II 3. Effekt av økt frekvens Alberts et al. 2002, Figs. 15-39, 15-41 & 15-42

  49. G-protein-koblede reseptorerRegulering av følsomhet - desensitivisering • Mekanismer: • Fosforylering av reseptor • Binding av arrestin • Hindrer kobling til G-protein • Setter i gang internalisering av reseptor (binder til clathrin) Alberts et al. 2002, Fig. 15-48

More Related