2.A-Sejtkommunikacio-Alapjai-A jelutak komponensei-word.pdf
2.A-Sejtkommunikacio-Alapjai-A jelutak komponensei-word.pdf
2.A-Sejtkommunikacio-Alapjai-A jelutak komponensei-word.pdf
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
JELUTAK<br />
2. A Jelutak Komponensei<br />
TARTALOM - 1. Előadás: A <strong>jelutak</strong> <strong>komponensei</strong><br />
1. Egy egyszerű jelösvény<br />
2. Jelmolekulák<br />
3. Receptorok<br />
4. Intracelluláris jelmolekulák<br />
1<br />
1.1. Egy tipikus jelösvény sémája<br />
A jelfolyamat első lépése tehát a ligand (elsődleges hírvivő) kapcsolódása a receptorhoz (az ábrán egy<br />
G-protein-kapcsolt receptor látható). A G fehérje a transzducer (átalakító), amely az elsődleges<br />
(primer) effektorra hat (a cAMP rendszernél ez az adenil cikláz, a foszfoinozitol rendszernél pedig a<br />
foszfolipáz C). A primer effektor képezi a másodlagos hírvivő molekulát (cAMP rendszernél a cAMP<br />
maga, a foszfoinozitol rendszernél pedig az IP 3 és a DAG, melyek a PIP2-ből származnak, ami<br />
rendszerint egy kisebb molekula. A másodlagos hírvivő aktiválja a másodlagos (szekunder) effektor<br />
molekulát (a cAMP rendszernél a protein kináz A; a foszfoinozitol rendszernél pedig a protein kináz C<br />
és a Ca 2+ ; (megjegyzés: a Ca 2+ -ot gyakran másodlagos hírvivőnek tekintik), amely további effektor<br />
molekulát aktivál (esetleg gátol). A legtipikusabb aktiváló mechanizmus a foszforilációs kaszkád,<br />
melynek során különböző kináz molekulák megfelelő időrendi sorban foszforilálják egymást. A<br />
foszforiláció megváltoztatja a fehérjék térszerkezetét, ami rendszerint aktív állapotba kapcsolást jelent.<br />
A deaktivációt különféle foszforiláz enzimek végzik el a foszfát csoportok eltávolítása révén. Több száz<br />
különféle kináz enzimet kódoló gén fordul elő az emlős genomban, ami a fontos szerepükre utal. A<br />
szignál transzdukciós kaszkád a célfehérjék működésének megváltozására irányul, ami pedig a<br />
sejtműködés megváltozását okoz(hat)ja (sejtválasz). Célfehérjék lehetnek az anyagcsere enzimjei<br />
(megváltozhat az anyagcsere); egy ioncsatorna (megváltozhat az ion miliő); egy transzkripciós faktor<br />
(megváltozhat a gén expresszió); egy sejtváz fehérje (megváltozhat a sejt alakja és/vagy mozgása). A<br />
feltételes mód használata azért indokolt, mert a sejt egy olyan automata, amely képes felülbírálni egy<br />
jel hatását (másik jelek hatására), vagy azért nem hajtja végre a parancsot, mert túl alacsony<br />
intenzitású a jel. A sejt válasza rendszerint a jel intenzitásától függ: erősebb jel esetén nagyobb a<br />
válasz. Az idegsejtekben a bejövő inputok (neurotranszmitterek) fokozatos választ alakítanak ki a<br />
sejttestben (folyamatos ion gradiens), de a kimenő jel (akciós potenciál) diszkrét, konkrétan, mindig<br />
ugyanolyan nagyságú, és ebből kifolyólag digitális (igen/nem alapú). Tehát, a jel erősségét egy<br />
neuronban az akciós potenciálok gyakorisága (és nem az erőssége) kódolja. Megjegyzés: a fentiektől<br />
eltérően, a jelátalakításában és továbbításában résztvevő fehérjéket jeltovábbító (signaling)<br />
fehérjéknek-, a sejtélettani feladatot ellátó célfehérjéket pedig effektor fehérjéknek nevezik.<br />
1.2. Jelmolekulák<br />
A jelmolekulák (ligandok) feladata a sejtek közötti információ szállítása. Amikor el akarjuk<br />
különíteni őket a sejten belüli jelfolyamat <strong>komponensei</strong>től, akkor külső (vagy elsődleges)<br />
jelmolekuláknak nevezzük őket. A jelmolekulákat a küldő sejtek választják ki, melyeknek át kell<br />
hatolnia a sejteket elválasztó résen, majd a fogadó sejt receptorához kapcsolódva, választ váltanak ki a<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
jelet felfogó sejtben. A jelmolekulák főbb típusai a következők: hormonok, növekedési és<br />
differenciálódási faktorok, citokinek, neurotranszmitterek, nitrogén monoxid (NO), stb. A szervezet<br />
jelmolekuláihoz hasonló molekulák találhatók a természetben is, illetve az ember maga is elő tud<br />
állítani ilyet. A koffein, a nikotin és egyes drogok hasonlítanak a természetes bizonyos természetes<br />
ligandokra, s ezért felismeri őket a megfelelő receptor. A gyógyszerek és a mérgek egy része is a<br />
receptorainkhoz kapcsolódó anyag. Ezekkel a szerekkel tehát kívülről irányíthatjuk a sejtjeink<br />
kommunikációját, azaz, a szervezetünk működését. (citokinek és növekedési faktorok lásd külön file: itt<br />
extra követelmény)<br />
Idegen jelek Az egyes <strong>jelutak</strong>ra nem csupán endogén (belső, saját) jelek hathatnak, hanem kívülről<br />
származó természetes és szintetikus anyagok is; pl. mérgek, drogok nikotin, koffein, gyógyszeripari<br />
termékek, stb.<br />
2<br />
1.3. Receptorok<br />
A receptorok feladata a jelek felfogása és ezek átalakítása másféle jelekké, melyet aztán felismer a<br />
sejt jelfeldolgozásra szakosodott apparátusa, s elvégzi, vagy éppen „megtagadja” a bejövő parancsot. A<br />
receptorok és a ligandok kapcsolatát a kulcs – zár viszonnyal szokás szemléltetni; a receptor jelfelfogó<br />
részének olyan a térszerkezete, hogy a ligand éppen beleillik. A térbeli „komplementaritás” azonban<br />
nem elég, a két molekula megfelelő kémiai kötések kialakulására is képes kell, hogy legyen. A<br />
receptorok nagyfokú affinitással rendelkeznek a jelmolekulák iránt. Sok esetben azonban nem jó a<br />
túlzott érzékenység egy bizonyos jelre, mert ilyenkor a sejt a „zajra” is reagál. A receptorokat<br />
csoportosíthatjuk, többek között, a sejten belül való elhelyezkedésük alapján. Eszerint beszélhetünk<br />
citoplazmatikus (más szóval nukleáris) és sejtfelszíni receptorokról. A citoplazmás receptorok (=<br />
nukleáris receptorok) tipikus ligandjai a szteroid hormonok, melyek lévén viszonylag kis molekulasúlyú<br />
lipofil (zsíroldékony) molekulák, könnyen átjutnak a sejtmembránon, ahol a receptorhoz kapcsolódva<br />
azt transzkripciós faktorrá alakítják. A recepor-ligand komplex a magmembránon áthaladva<br />
hozzákapcsolódik az őt felismerő promóter vagy enhanszer DNS szekvenciákhoz, s ezáltal serkenti a<br />
megfelelő gének kifejeződését. A sejtfelszíni receptoroknak 3 fő típusuk van, melyek az ionotróp<br />
(ioncsatorna-kapcsolt), a G-protein-kapcsolt, és enzim-kapcsolt receptorok.<br />
1. Receptor nélküli jelút<br />
A nitrogén monoxid (NO) egy olyan jelmolekula receptorhoz való kötődés nélkül fejti ki a hatását,<br />
amely nagyon sokrétű lehet. Az izom összehúzódásra kifejtett hatását. A folyamat első lépése az, hogy<br />
a vérerek falát alkotó endotél sejtek serkentő jeleket kapnak az azokat beidegző neuronoktól acetil<br />
kolin (Ach) neurotranszmitter molekulák formájában. Az Ach a receptorához kapcsolódva egy olyan<br />
folyamatot indít el, melynek során aktiválódik az NO szintetáz enzim, amely arginin aminosavból<br />
nitrogén monoxidot (NO) produkál. Az NO átdiffundál az endotél sejtekből a simaizom sejtekbe, ahol a<br />
guanil cikláz enzimhez kapcsolódva a GTP → ciklikus (c)GMP átalakulást katalizálja. A cGMP egy jel<br />
molekula (másodlagos hírvivő), ami egy szignál transzdukciós kaszkádot beindítva, a sima izomsejtek<br />
relaxációját okozza, ami végeredményben a fokozott véráramlást segíti elő. A nitroglicerint, mint<br />
szívgyógyszert közel 100 éve használják az angina pectoris (fájdalom a szívben: az elégtelen véráramlás<br />
következtében kevés vér jut a koronáriákba, s így a szívizom oxigén ellátása nem megfelelő) tüneteinek<br />
enyhítésre. A nitroglicerin hatásának az alapja pedig azon alapul, hogy NO képződik belőle a<br />
szervezetben. A Viagra impotencia elleni gyógyszer hatásának alapja pedig az, hogy a hatóanyaga<br />
blokkolja a cGMP degradációját, ezzel meghosszabbítja az NO hatását. Ha úgy értelmezzük, hogy az NO<br />
az elsődleges jelmolekula, akkor valóban receptor nélküli hatásról van szó. Ha viszont jelmolekulának<br />
az acetil kolint tekintjük, akkor az NO olyan másodlagos hírvivőként is felfogható, amely nem a<br />
képződési helyén, hanem egy másik sejtben fejtik ki a hatását. Egy harmadik értelmezési lehetőség,<br />
hogy a guanil ciklázt tekintjük receptornak. Az NO kardiovaszkuláris rendszerben való szerepének<br />
tisztázásáért 1998-ban három kutatót részesítettek Nobel-díjban.<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
2. Intracelluláris receptorok által közvetített <strong>jelutak</strong><br />
A hidrofób molekulák, mint a kortizol (glükokortikoid), az ösztradiol és tesztoszteron (szex hormonok)<br />
és a tiroid hormonok, mint például a tiroxin, lévén lipofil molekulák, képesek átjutni a sejtmembránon,<br />
ahol egy intracelluláris (más néven, nukleáris) receptorhoz kapcsolódnak. Az intracelluláris receptorok<br />
tulajdonképpen inaktív transzkripciós faktorok, amelyeket a hormon kapcsolódása aktivál. A szteroid<br />
hormon receptorok alapvetően fontos szerepet játszanak az életfolyamatok irányításában, amit jól<br />
jelez például a tesztoszteron hormon hiánya embernél. Az ilyen egyedek genetikailag férfiak (van Y<br />
kromoszómájuk), de nőként fejlődnek (bár terméketlenek). Egy példa: a glükokortikoid receptor a<br />
citoplazmában inaktív állapotban van (a hsp90 chaperon hozzákapcsolódva gátolja). A szteroid hormon<br />
kötődése eltávolítja a chaperont, aminek hatására a receptor dimer szerkezetűvé válik, s így a dimer<br />
receptor/hormon komplex bejut a sejtmagba, ahol hozzákapcsolódik egy, a promóter régióban<br />
található, DNS motívumhoz (GRE: glucocorticoid response element; glükokortikoidra reagáló elem),<br />
amely azt eredményezi, hogy a GRE-t tartalmazó gének működésbe lépnek (transzkripció indul el<br />
róluk). Több transzkripciós faktorként funkcionáló nukleáris receptor nem közvetlenül aktiválja a<br />
megfelelő elemeket tartalmazó géneket, hanem a nukleoszómákat távolítja el a DNS-ről, s így a valódi<br />
transzaktivátor transzkripciós faktor hozzá tud kapcsolódni a promóterhez. Valójában, az aktivált magi<br />
receptorok elsődleges válasz-gének leíródását indukálják. E fehérje termékek egyik típusa aktiválja a<br />
másodlagos válasz-géneket, a másik típusa pedig gátolja az elsődleges válasz-gének további<br />
kifejeződését. Az elsődleges válasz-gének termékei tehát transzkripciós faktorok, a másodlagos válaszgének<br />
termékei viszont effektor molekulák, melyek a citoplazmában működnek.<br />
3<br />
3. Sejtfelszíni receptorok által közvetített <strong>jelutak</strong><br />
A jelmolekulák túlnyomó többsége túl nagyméretű vagy hidrofil, ezért nem képes átjutni a célsejt<br />
membránján. Ezek a jelmolekulák olyan receptorokhoz kapcsolódnak, amik átnyúlnak a membránon.<br />
Ezek a transz-membrán receptorok átalakítják, majd tovább küldik jelet a sejt belseje felé. A sejtfelszíni<br />
receptorok három nagycsaládba tartoznak (1) ioncsatorna-kapcsolt receptorok; (2) G protein-kapcsolt<br />
receptorok, ill. (3) enzim-kapcsolt receptorok. Ez utóbbi receptorok lehetnek (a) maguk az enzimek (pl.<br />
receptor tirozin kinázok), vagy (b) kacsolódhatnak egy enzimhez.<br />
3a. Az Ioncsatorna-kapcsolt receptorok (más neveken: ionotróp receptorok, ligand-vezérelt<br />
ioncsatornák, neurotranszmitter-vezérelt ioncsatornák). Amikor egy jelmolekula kapcsolódnak<br />
hozzájuk, úgy változtatják meg a térszerkezetüket, hogy a pórusaik kinyíljanak, s ezeken keresztül az<br />
ionok (Na + , K + , Ca 2+ , Cl - ) az elektrokémiai gradiensük mentén szabadon vándorolhatnak a citoplazma és<br />
az extracelluláris tér között, melynek eredménye a membrán potenciál megváltozása lesz egyetlen<br />
milliszekundumon belül. Ez a változás idegi impulzust eredményezhet közvetlenül, vagy megváltoztatja<br />
más szignálok képességét, hogy akciós potenciált hozzanak létre. Míg az ion-csatorna-kapcsolt<br />
receptorok főként az ingerelhető sejtekben (ideg, izom) fordulnak elő, a G-protein- és az enzimkapcsolt<br />
receptorok gyakorlatilag minden sejtben jelen vannak. Részletesebben ld. Idegi kommunikáció<br />
c. előadás.<br />
3b. G protein-kapcsolt receptorok (GPCR) A G-protein-kapcsolt receptorok (GPCR, G protein-coupled<br />
receptor) a legnagyobb receptor családot alkotják. A GPCR-ek a külvilágból és más sejtektől érkező<br />
jeleket közvetítenek a sejt belseje felé. Alapfelépítésükre jellemző a hét transz-membrán szegmens.<br />
Külső jel hatására a receptor térszerkezete megváltozik, ami a közelben tartózkodó G-fehérjéket<br />
aktiválja. A G fehérjék neve a GTP-t kötő fehérjék rövidítéséből származik. A GPCR-hez úgynevezett<br />
trimer (három alegységből álló: α, β és γ) G fehérje kapcsolódik. Egy tipikus emlős genom ezer<br />
szaglással kapcsolatos GPCR gént kódol. Az egér DNS-e valamivel többet az átlagnál, mivel néhány<br />
újkeletű génkettőződés, majd funkcionális szétválás ment e fajnál végbe. Érdekes módon, az emberi<br />
genomban csupán 400 GPCR gén működőképes, a többi 600 pszeudogénné mutálódott. (Az emberi<br />
GPCR szupercsalád osztályai lásd itt: extra követelmény) A GPCR-eken ható jelmolekulák lehetnek<br />
fehérjék és kis polipeptidek (például hormonok, lokális mediátorok), valamint aminosavak, zsírsavak,<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
fotonok, valamint íz és szag molekulák. Ugyanaz a jelmolekula különféle családhoz tartozó GPCR-eket<br />
aktiválhat; például az adrenalin legalább 9, az acetil kolin 5, a szerotonin pedig legalább 14 különféle<br />
GPCR-re hat. Ezek a különféle receptorok rendszerint más-más sejttípusnál találhatóak, s különböző<br />
válaszokat eredményeznek.<br />
GPCR kinázok (GRK; G protein-coupled receptor kináz) Egy GRK enzim csak aktivált receptorokat<br />
foszforilál. Az Arrestin molekula kapcsolódása a GPCR-el foszforilált helyeihez megakadályozza a<br />
receptor G proteinhez való kapcsolódását. A GRK által közvetített receptor inaktiváció a receptor<br />
deszenzitizációját okozza abban az esetben, ha a receptor hosszú ideig, nagy koncentrációjú<br />
jelmolekula hatásának van kitéve.<br />
G protein (trimer G protein) aktiváció és inaktiváció Egy extracelluláris szignál molekula kötődése a<br />
GPCR-hez, megváltoztatja annak térszerkezetét, ami a G proteinek aktivizálódását okozza. Néhány<br />
esetben a G fehérje már a receptor aktiválódása előtt is a receptorhoz kapcsolt állapotban van, a<br />
jellemző azonban az, hogy a G fehérje receptorhoz való kapcsolódását az utóbbi ligand általi aktivációja<br />
idézi elő. Többféle G protein létezik, melyik mindegyike specifikusan bizonyos GPCR-ekkel, ill.<br />
intracelluláris jelfehérjékkel együtt fordul elő. A G fehérjék 3 alegységből állnak: , és . A G<br />
fehérjéket az alegységeik szerint a következőképpen osztályozhatjuk: G s ; G i ; G 0 (s: stimulatory -<br />
stimuláló; i: inhibitory - gátló; 0: egyéb). Nem-stimulált állapotban az alegységhez GDP kötődik, s így<br />
a G protein inaktív. Az aktivált GPCR úgy hat, mint egy GEF (guanine nucleotide exchange factor), azaz,<br />
indukálja az alegységet, hogy eressze el a GDP-t, s így lehetővé válik annak helyén a GTP megkötése.<br />
A GTP kötődés hatására a komplex leválik az alegységről, s szintén aktiválódik. A G protein két<br />
aktivált része - az alegység és a komplex – ezt követően kapcsolatba lép más komponensekkel, s<br />
ezáltal aktiválja azokat. A disszociált állapotban eltöltött időt az alegység GTPáz aktivitása határozza<br />
meg. A re-asszociáció néhány mp alatt megtörténik, s ez a szignál folyamatok végét jelenti. A kolera<br />
toxin a belek sejtjeibe jut, ahol módosítja az alegységet olyan módon, hogy az nem lesz képes a GTP<br />
elbontására, ezért hosszú ideig aktív állapotban marad, amely belekbe való intenzív vízkiválasztást<br />
eredményez, s kezelés hiányában (gyakran akkor is) kiszáradáshoz vezet. A G proteinek alegységei nem<br />
minden esetben válnak szét aktív állapotban.<br />
4<br />
3c. Az enzim-kapcsolt receptorok aktiválódhatnak növekedési faktorok, citokinek és hormonok által.<br />
Az enzim-kapcsolt receptorok esetében vagy maga recepor az enzim (pontosabban annak citoplazmás<br />
doménje), vagy a receptor komplexet képez enzim funkciójú fehérjékkel. Ezek a receptorok rendszerint<br />
lokális jelfolyamatokban vesznek részt, melyek főként a sejtszaporodást, a differenciálódást és a sejt<br />
túlélést irányítják. A tirozin kináz génekben történő mutáció különféle betegségeket eredményezhet,<br />
pl. rák, neurodegeneráció, rák, achondroplasia (törpeség) és atherosclerosis (érelmeszesedés).<br />
5 fő enzim-kapcsolt típust különböztetünk meg:<br />
1. Receptor Tirozin Kináz (RTK): saját kináz aktivitással rendelkezik (pl. EGFR, VEGFR)<br />
2. Receptor Szerin/Treonin Kináz: saját kináz aktivitással rendelkezik (pl. TGF-βR)<br />
3. Receptor Guanil Cikláz: saját cikláz aktivitással rendelkezik (ANP)<br />
4. Tirozin-Kináz-Asszociált Receptorok: receptorok, amelyek tirozin kináz aktivitással rendelkező<br />
fehérjékkel kapcsolódnak (citokin receptorok)<br />
5. Receptor Tirozin Foszfatázok<br />
Az enzim-kapcsolt receptorok legnagyobb családját az ún. receptor tirozin kinázok alkotják. Egy ligand<br />
kapcsolódása a receptor extracelluláris doménjéhez azt eredményezi, hogy két receptor molekula<br />
dimert képezve összekapcsolódik. Maga a jelmolekula is dimer szerkezetű, ezért tudja könnyen<br />
összekötni a két receptor alegységet (ld. ábra). Más esetekben, a ligand kapcsolódása megváltoztatja a<br />
receptor térszerkezetét olyan módon, hogy az ennek hatására dimerizálódik. A dimer kialakulása a<br />
receptor kináz doménjeit fizikai közelségbe hozza, aminek hatására a két domén foszforilálja egymást<br />
több tirozin oldalláncon (innen a tirozin kináz elnevezés). Minden foszforilált tirozin specifikus<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
kötőhelyként szolgál több (10-20) intracelluláris jelátviteli fehérje számára, melyek a kapcsolódás<br />
hatására aktivizálódnak, s ezáltal jeleket közvetítenek különféle <strong>jelutak</strong> számára. Ezek a <strong>jelutak</strong><br />
különféle biokémiai változásokat koordinálnak, amelyek komplex sejtválaszokat irányítanak, mint pl.<br />
sejtosztódás. A receptor aktivitásának megszüntetését tirozin foszfatáz enzimek végzik, melyek<br />
eltávolítják a foszfát csoportokat a receptorról (egyéb receptor inaktivációs stratégiákat illetően ld.<br />
később). Az egyes receptor tirozin kinázok különféle intracelluláris jelátviteli fehérjéket gyűjtenek<br />
össze, melyek különféle szignál folyamatokat irányítanak. A tirozin kináz receptor által irányított<br />
legfontosabb szignál transzdukciós folyamat a MAP-kináz jelút (MAP: mitogen-activated protein).<br />
A monomer G proteinek (monomer GTPázok) legismertebb képviselői a Ras proteinek. Három<br />
egymással rokon Ras protein található az emberi sejtekben (H-, K-, és N-Ras). A Ras egy vagy több<br />
kovalensen kötött lipid csoportot tartalmaz, amelyek segítenek a fehérje kötődéséhez a membrán<br />
citoplazmatikus (belső) felszínéhez. A Ras egyfajta molekuláris kapcsolóként funkcionál; két<br />
konformációs állapot között váltakozik: aktív, amikor GTP-vel kapcsolódik; és inaktív, amikor GDP-t köt.<br />
GEF: a citoplazmában lévő GDP-t GTP-vé alakítja, amely így a Ras molekulához kapcsolódik.<br />
GAP: a Ras molekulához kapcsolódó GTP-t GDP-vé alakítja, amely így leválik a Ras-ról.<br />
5<br />
1.4. Intracelluláris jelmolekulák<br />
(I) A kis intracelluláris mediátorok (másodlagos hírvivők) nagy mennyiségben termelődnek a receptor<br />
aktivációjának hatására, és gyakran a keletkezési helyüktől távolra diffundálnak, ami által a jelet a sejt<br />
más pontjaira is elterjesztik. A jelátalakító funkciójuk mellett, ezek a molekulák az eredeti jel<br />
amplifikációjában is kardinális szerepet játszanak. Gyakran, akár egyetlen ligand receptorhoz való<br />
kapcsolódása esetén is képesek a sejt biokémiai aktivitását alapvetően megváltoztatni. Néhány<br />
másodlagos hírvivő, mint pl. a ciklikus AMP és Ca 2+ , vízoldékonyak és könnyen diffundálnak a<br />
citoszólban, míg mások pl. diacilglicerol (DAG), zsíroldékony és a membrán belső felszínén mozog.<br />
Mindkét esetben a jelet azáltal továbbítják, hogy megváltoztatják bizonyos szignál fehérjék<br />
térszerkezetét. Négy fő másodlagos hírvivő osztályt különböztetünk meg:<br />
1. ciklikus nukleotidok (például cAMP és cGMP)<br />
2. inozitol trifoszfát (IP 3 ) és diacylglycerol (DAG)<br />
3. kalcium ionok (Ca 2+ )<br />
4. gázok (NO, CO)<br />
(II) Az intracelluláris jelfehérjék a bejövő jelet továbbítják a sejtbe másodlagos hírvivő molekulák<br />
előállításával, vagy egy másik jelfehérje aktiválása útján. A jelfehérjék egy funkcionális hálózatot<br />
alkotnak, amelyben minden fehérje a jelfeldolgozásban segít az alább felsoroltak közül valamelyik<br />
módon (egy fehérje többféle módon is hathat). (1) Egy fehérje egyszerűen továbbítja a jelet a láncban<br />
utána következő jelfehérjének. (2) A fehérje működhet állvány (scaffold) proteinként; ilyenkor a<br />
funkciója a jelút komponensek összegyűjtése, ami a reakció gyors és hatékony végrehajtását<br />
eredményezi. (3) A fehérje átalakíthatja a jelet egy másfajta jellé. (4) A fehérje felerősítheti az eredeti<br />
jelet azáltal, hogy sok másodlagos hírvivőt állít elő, vagy sok downstream jelmolekulát aktivál. Abban<br />
az esetben, amikor több amplifikációs lépés történik a jeltovábbítás során, szignál kaszkádról<br />
beszélünk. (5) A fehérje két vagy több jelút felől is kaphat inputokat, s így a jel integrációban játszik<br />
szerepet. Az ilyen fehérjéket koincidencia detektoroknak nevezzük (koincidencia = együtt előfordulás).<br />
(6) A fehérje közvetítheti a jelet az egyik szignál útvonaltól egy másik felé, elágazásokat okozva ezáltal,<br />
ami a jelre adott válasz komplexitását növeli. (7) A fehérje kihorgonyozhat más jelfehérjéket olyan<br />
sejtbeli struktúrákhoz (például membránok, DNS, stb.), ahol ezek a fehérjék el kell, hogy végezzék a<br />
feladataikat. (8) Ezek a fehérjék modulálhatják más jelfehérjék működését, ami által módosíthatják a<br />
válasz erősségét.<br />
A <strong>jelutak</strong> <strong>komponensei</strong>nek aktiválása és gátlása Sok intracelluláris szignál protein molekuláris<br />
kapcsolóként működik. Amikor egy jelet felfognak, inaktívból aktív állapotba váltanak, s abban is<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
maradnak, amíg egy másik jel nem inaktiválja őket. A foszforiláción (és defoszforiláción) alapuló<br />
molekuláris kapcsolók két fontos osztályát különböztetjük meg: az egyik osztály esetében a<br />
fehérjékhez foszfát csoport kapcsolódik, a másik esetében pedig GDP – GTP csere játszódik le. A szignál<br />
fehérjék aktivitásánák módosítása egyéb folyamatok által is történhet (ld. lentebb).<br />
1. Foszforiláció<br />
2. GTP-kötés<br />
3. Másodlagos hírvivővel való kapcsolódás<br />
4. Proteolitikus hasítás<br />
5. A gátló fehérje (chaperon) leválasztása<br />
6. Ubikvitináció<br />
Protein kinázok: protein foszforiláció A szignálfehérjék legnagyobb osztályát a foszforilációval<br />
aktiválható vagy inaktiválható fehérjék alkotják. A foszforilációval szabályozható fehérjék aktivitása a<br />
kinázok és a foszfatázok sejtbeli arányától függ. Az emberi fehérjék körülbelül 30%-a kovalensen<br />
köthet foszfort; az emberi genom körülbelül 520 protein kináz 150 protein foszfatáz gént tartalmaz.<br />
Sok foszforiláció által szabályozott szignál fehérje maga is protein kináz; ezek a fehérje molekulák<br />
gyakran foszforilációs kaszkádokat alkotnak. Egy ilyen kaszkádban egy foszforilációval aktivált protein<br />
kináz foszforilál egy másik kinázt, és így tovább. Ezeknek az enzimeknek a túlnyomó többsége (1)<br />
szerin/threonin kináz, melyek a célfehérjék szerin, ritkábban treonin aminosavait foszforilálják. (2) A<br />
tirozin kinázok a tirozin aminosavakat foszforilálják.<br />
6<br />
GTP-kötő proteinek: A foszforiláció/defoszforiláció mechanizmuson alapuló molekuláris kapcsolók<br />
másik fontos osztályát a GTP-kötő fehérjék alkotják. Ezek a proteinek az “ON” (bekapcsol, GTP kötődik)<br />
és az “OFF” (kikapcsol, GDP kötődik) állapotok között váltakoznak. „ON” állapotban belső GTPáz<br />
aktivitással rendelkeznek, s lényegében a GTP GDP-vé alakításával inaktiválják magukat az aktiválást<br />
követő viszonylag rövid időn belül. Két fontos típusuk van. (1) A nagy trimer GTP-kötő fehérjék<br />
(röviden G proteinek) a G-protein-kapcsolt receptoroktól továbbítják a jeleket. (2) A kis monomer GTPkötő<br />
proteinek (monomer GTPázoknak is nevezik őket) több, különböző sejtfelszíni receptortól<br />
származó jeleket továbbítanak. A GTPáz aktivátor proteinek (GAP-ek) “OFF” állapotba hozzák ezeket a<br />
GTP – GDP átalakítás révén. A GTP kötő fehérjék „ON”, azaz aktív, állapotba hozásáért más fehérjék<br />
felelősek: a trimer G fehérjéket a GPCR-ek -, míg a monomer GTPázokat a GEF (guanine nucleotide<br />
exchange factor) aktiválják, azáltal, hogy elősegítik a GDP leválását a molekuláról, s így lehetővé teszik<br />
a GTP kapcsolódását. Tehát, a GTP defoszforilációja GDP-vé a G fehérjéken történik, a GDP GTP-vé való<br />
foszforilációja azonban a citoplazmában, azaz a GDP leválik a fehérje molekuláról, s nem ott<br />
foszforilálódik. Nem minden szignál fehérje működik kapcsolóként, a foszforiláció vagy más kovalens<br />
módosulás gyakran csak megjelöli a fehérjét, s ezáltal lehetővé teszi a más, - a módosítást felismerő -,<br />
fehérjékkel való kölcsönhatást.<br />
Egyéb kapcsolók Nem minden szignál transzdukcióban szerepet játszó molekuláris kapcsoló működik a<br />
foszforiláció vagy a GTP kötés elvén. Néhány szignál fehérje aktiválódását vagy inaktiválódását más<br />
fehérjékkel (pl. inhibítorok, mint a chaperonok) való kapcsolódás váltja ki. A jelfehérjék aktivitását<br />
befolyásolják még a másodlagos hírvivők (pl. cAMP vagy Ca 2+ ) nem foszforiláción alapuló kovalens<br />
módosítások, pl. ubikvitináció. A proteolitikus hasítás (pl. kaszpázok esetében) az aktiválás egy másik<br />
fajtája képezik.<br />
Inhibítorok A <strong>jelutak</strong> egy jelentős részénél alkalmazott stratégia, hogy egy jelút komponens<br />
inaktivitását nem csupán a bejövő jel hiánya biztosítja, hanem egy gátló fehérjével történő<br />
kapcsolódása is. Sőt, gyakran, egy harmadik tényezőnek is biztosítottnak kell, hogy legyen: ez egy koaktivátor<br />
fehérje kapcsolódása.<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©
A Sejtkommunikáció <strong>Alapjai</strong>: a Jelutak Komponensei<br />
Proteolízis „láncreakció” Az apoptózis jelfolyamatban a kaszpáz nevű proteázok (fehérjéket bontó<br />
enzimek) úgy aktiválják egymást, hogy egy pro (elő)-kaszpázból egy másik kaszpáz levág egy peptidet; a<br />
keletkező aktív kaszpáz ugyanezt teszi egy másik prokaszpázzal, és így tovább (kaszpáz kaszkád).<br />
A kalcium szerepe a sejtben A kalciumion egyike a legelterjedtebb másodlagos hírvivőnek a sejtekben.<br />
A citoplazmába két úton kerülhetnek a Ca 2+ : csatornákon keresztül az extracelluláris térből, valamint a<br />
belső kalcium raktárakból (simafelszínű ER és mitokondrium). Az extracelluláris tér és a kalcium<br />
raktárak Ca 2+ szintje magasabb a citoplazmáénál, ezért citoplazmából való transzportjuk energia<br />
befektetést igényel. Az intracelluláris kalcium szint a transzporterek által szabályozott. A<br />
nátrium/kalcium transzporter (exchanger) a Na + elektrokémiai gradienséből származó energiáját<br />
használja a Ca 2+ sejtből való kipumpálására (közben Na + jön be a citoplazmába, lásd ábra). A Ca 2+<br />
pumpák az ATP energiáját használják a Ca 2+ eltávolítására. Az idegsejtekben a feszültség-függő Ca 2+<br />
csatornák fontos szerepet játszanak a szinaptikus jelátvitelben azáltal, hogy a neurotranszittereket<br />
tartalmazó vezikulákat szinaptikus résbe való ürítését indukálják. Az izomban a Ca 2+ kontrakciót<br />
eredményez.<br />
7<br />
A CAM-kináz-II aktiválása A szabad Ca 2+ citoplazmában való megemelkedését különféle szignálok<br />
serkentik. A Ca 2+ kalcium-kötő fehérjékhez való kötődése által fejti ki a hatását. A legelterjedtebb ezek<br />
közül kalmodulin, amely minden eukarióta sejtben megtalálható. Amikor a kalmodulin megköti Ca 2+ -t a<br />
fehérje térszerkezeti változáson megy keresztül, amely képessé teszi a fehérjét, hogy más fehérjék<br />
köré tekeredjen, s ezáltal aktiválja azokat. A kalmodulin egy rendkívül fontos célpontja<br />
Ca 2+ /kalmodulin-függő kinázok családja (CaM-kinázok). A CaM-kinázok, a Ca 2+ /kalmodulin komplex<br />
hatására aktiválódnak, s különféle folyamatokat aktiválnak foszforiláció révén. A CaM-kináz-II a<br />
kalmodulin hatására aktiválja magát, ami ön-foszforilációt eredményez, ami által teljesen aktív<br />
molekulává válik.<br />
ALAPKÖVETELMÉNY 15. Előadás Boldogkői Zsolt ©