Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Kolegij Molekularna biologija<br />
Interakcije organizma i okoline<br />
posredovane su signalima<br />
• primanje signala iz okoline, odgovor na signale te odašiljanje<br />
signala u okolinu – svojstvo živih organizama<br />
STANIČNO SIGNALIZIRANJE<br />
doc. dr. sc. Jerka Dumić<br />
Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju<br />
Farmaceutsko-biokemijskog fakulteta<br />
Sveučilišta u Zagrebu<br />
• posebice važno i kompleksno kod višestaničnih organizama –<br />
nužno za koordinaciju bioloških procesa<br />
• interakcija signalnih molekula i specifičnih receptora –<br />
otponac za unutarstanične promjene koje nadziru stanično<br />
ponašanje (metabolizam, kretanje, diferencijacija,<br />
preživljavanje, proliferacija)<br />
• poremećaj prijenosa, odgovora ili odašiljanja signala – uzrok<br />
mnogih bolesti<br />
Signalne molekule i njihovi receptori<br />
• raznolikost struktura i funkcija signalnih molekula<br />
• izravno signaliziranje između dviju stanica<br />
• signaliziranje izlučenim molekulama<br />
A) endokrino (hormoni) B) parakrino (neurotransmiteri)<br />
Vrste signalnih molekula<br />
A. Steroidni hormoni<br />
B. Dušikov oksid i ugljikov monoksid<br />
C. Neurotransmitori<br />
D. Peptidni hormoni i faktori rasta<br />
E. Eikozanoidi<br />
C) autokrino (neki faktori rasta)<br />
F. Biljni hormoni<br />
A. Steroidni hormoni<br />
ekdison (kukci)<br />
brasinosteroidi (biljke)<br />
Superporodica receptora u jezgri<br />
• prolaskom u stanicu, steroidni se hormoni vežu za<br />
unutarstanične receptore – superporodica receptora u jezgri<br />
• transkripcijski faktori<br />
– domena za vezanje liganda<br />
– domena za vezanje DNA<br />
– domena za aktivaciju transkripcije<br />
• vezanje liganda (steroidnog hormona) nadzire njihovu funkciju<br />
kao aktivatora ili represora ciljnih gena<br />
• male hidrofobne mol.<br />
• kroz staničnu membranu<br />
prolaze difuzijom<br />
• sintetiziraju se iz<br />
kolesterola<br />
• steroidni hormoni i slične molekule izravno nadziru gensku<br />
ekspresiju<br />
1
Djelovanje estrogena<br />
• sam receptor ne<br />
veže DNA<br />
• vezanje hormona<br />
izaziva promjenu<br />
konformacije<br />
receptora<br />
• aktivni kompleks<br />
veže DNA i potiče<br />
transkripciju ciljnog<br />
gena<br />
Djelovanje tireoidnog hormona<br />
• receptor je vezan na<br />
DNA<br />
• vezanje hormona<br />
mijenja<br />
konformaciju, a time<br />
i transkripcijsku<br />
aktivnost receptora<br />
HDAC = histon-deacetilaza<br />
HAT = histon-acetil-transferaza<br />
HAT = histon-acetil-transferaza<br />
B. Dušikov oksid i ugljikov monoksid<br />
• dušikov oksid (NO) – glavna parakrina signalna molekula u<br />
živčanom, imunološkom i cirkulacijskom sustavu<br />
• kroz staničnu membranu prolazi difuzijom<br />
• mijenja aktivnost unutarstaničnih ciljnih enzima<br />
• nestabilan (t 1/2<br />
nekoliko sekunda), lokalni učinci<br />
Enzim sintaza dušikova oksida (NOS, engl. nitric oxid synthase)<br />
katalizira stvaranje dušikova oksida iz arginina<br />
DUŠIKOV OKSID<br />
– veže hem-skupinu u aktivnom mjestu gvanil-ciklaze →↑ciklički GMP<br />
(drugi glasnik)<br />
– vezanjem na cisteinske ostatke (nitrozilacija) mijenja aktivnost ciljnih<br />
proteina<br />
• dilatacija krvnih žila<br />
– neurotransmitori (acetilkolin) potiču sintezu NO u endotelnim stanicama<br />
stijenki krvnih žila<br />
– NO difundira u susjedne mišićne stanice i potiče gvanil-ciklazu na stvaranje<br />
cGMP što uzrokuje relaksaciju mišićnih stanica i dilataciju krvnih žila<br />
– nitroglicerin se pretvara NO → dilatacija koronarnih žila →↑protok prema<br />
srcu<br />
UGLJIKOV MONOKSID<br />
– signalna molekula u živčanom sustavu<br />
– aktivira gvanil-ciklazu →↑cGMP<br />
– sinteza CO potaknuta neurotransmitorima<br />
– posrednik u dilataciji krvnih žila<br />
C. Neurotransmitori<br />
• prenose signale između živčanih stanica ili od živčanih stanica do<br />
drugih vrsta stanica<br />
• hidrofilne molekule, vežu se na specifične receptore na st. memb.<br />
• neki su receptori hormoni (adrenalin), a mnogi su i ionski kanali<br />
• signal za otpuštanje neurotransmitora je pristizanje<br />
akcijskog potencijala na živčani završetak<br />
• neurotransmitori difundiraju kroz sinaptičku pukotinu i<br />
vežu se na receptore<br />
• receptori nekih neurotransmitora su povezani s G-proteinima,<br />
koji povezuju receptore na st. površini s različitim<br />
unutarstaničnim odgovorima<br />
2
D. Peptidni hormoni i faktori rasta E. Eikozanoidi<br />
• lipidne signalne molekule<br />
• djeluju putem površinskih<br />
receptora<br />
• brzo se razgrađuju<br />
• djeluju lokalno u<br />
autokrinim ili parakrinim<br />
signalnim putevima<br />
• agregacija trombocita,<br />
upala, kontrakcija glatkih<br />
mišića<br />
aspirin i još neki<br />
nesteroidni antiupalni<br />
ljekovi<br />
-<br />
ciklooksigenaza<br />
F. Biljni hormoni<br />
• nadziru rast i razvoj biljaka<br />
• pod utjecajem čimbenika iz okoliša (svjetlo, infekcije)<br />
• auksini (C. Darwin, 1880.) – reguliraju rast, diferencijaciju, diobu<br />
• drugi biljni hormoni – mnogostruki učinci (giberelini –izduživanje<br />
stabljike, etilen – dozrijevanje voća , citokinini – dioba stanice, apcizenska<br />
kiselina –započinjanje razdoblja mirovanja)<br />
Stanični površinski receptori<br />
A. Receptori povezani s G-proteinima<br />
B. Receptorske protein-tirozin-kinaze<br />
C. Receptori za citokine<br />
i nereceptorske protein-tirozin-kinaze<br />
D. Receptori povezani s drugim enzimskim aktivnostima<br />
A. Receptori povezani s G-proteinima<br />
• prenose signale do unutrašnjih ciljeva posredstvom proteina<br />
koji vežu gvanin-nukleotid – G-proteina<br />
• > 1000 receptora povezanih s G-proteinima<br />
• strukturno i funkcionalno srodni (zajednička osobina - 7<br />
membranskih α-uzvojnica)<br />
• vezanje liganda izaziva promjenu konformacije<br />
te interakciju citosolne domene receptora i<br />
G-proteina koji je vezan na unutrašnju stranu<br />
stanične membrane<br />
• G-protein se na taj način aktivira, odvaja od<br />
receptora i prenosi signal do unutarstaničnog<br />
cilja, koji može biti enzim ili ionski kanal<br />
G-proteini<br />
• G-protein je otkriven 1970. tijekom istraživanja hormona koji<br />
nadziru sintezu cAMP (drugi glasnik) u ciljnim stanicama<br />
• GTP je nužan za hormonsku stimulaciju adenilat-ciklaze →<br />
protein koji veže GTP (G-protein) je posrednik u aktivaciji adenilciklaze<br />
• G-proteini djeluju kao fiziološki "prekidači“ koji reguliraju<br />
djelovanje unutarstaničnih ciljeva u odgovoru na izvanst. signale<br />
3
Regulacija G-proteina<br />
• izgrađeni od 3 podjedinice: α, β, γ – heterotrimerni G-proteini<br />
• gvanin-nukleoidi (GTP i GDP) nadziru aktivnost G-proteina<br />
B. Receptorske protein-tirozin-kinaze<br />
• skupina receptora povezana s unutarstaničnim enzimima –<br />
receptorske protein-tirozin-kinaze<br />
• fosforiliraju tirozinske bočne ogranke<br />
• receptori za polipeptidne faktore rasta – nadzor rasta i<br />
diferencijacije životinjskih stanica<br />
• ljudski genom kodira 58 receptorskih protein-tirozin-kinaza<br />
(receptori za EGF, NGF, PDGF, inzulin)<br />
• struktura<br />
– izvanstanična domena na N-kraju za vezanje liganda<br />
– transmembranska α-uzvojnica<br />
– citosolna domena na C-kraju koja ima protein-tirozin-kinaznu aktivnost<br />
• uglavnom su izgrađeni od 1 polipeptidnog lanca (inzulinski<br />
receptor i slični mu receptori izgrađeni su od 2 polipeptidna<br />
lanca)<br />
Ustrojstvo receptorskih protein-tirozin-kinaza<br />
Aktivacija receptorskih protein-tirozin-kinaza<br />
• vezanje liganda na izvanstaničnu domenu aktivira citosolnu<br />
kinaznu domenu receptora, izaziva fosforilaciju i samog<br />
receptora (autofosforilacija) i unutastaničnih ciljnih<br />
proteina, preko kojih se širi signal, koji je započeo<br />
vezanjem faktora rasta<br />
1. Dimerizacija receptora<br />
– vezanje liganda potiče dimerizaciju receptora<br />
– neki faktori rasta (PDGF, NGF) su homo-dimeri i potiču dimerizaciju<br />
receptora<br />
– vezanje monomernih faktora rasta (EGF) potiče konformacijske<br />
promjene koje dovode do interakcije receptora i dimerizacije<br />
2. Autofosforilacija<br />
– potaknuta dimerizacijom<br />
– uzajamna fosforilacija dvaju polipeptidnih lanaca receptora<br />
1. fosforilacija Tyr unutar katalitičke domene povećava aktivnost<br />
protein-kinaze<br />
2. fosforilacija Tyr izvan katalitičke domene oblikuje specifično vezno<br />
mjesto za dodatne proteine koji prenose unutarstanične signale<br />
nizvodno od aktiviranih receptora<br />
Nizvodne signalne molekule povezane s<br />
receptorskim protein-tirozin-kinazama<br />
• nizvodne signalne molekule s receptorskim protein-tirozinkinazama<br />
povezane su pomoću proteinskih domena koje vežu<br />
specifične peptide koje sadržavaju fosfotirozin<br />
– SH2-domene (Src homology 2)<br />
– PTB-domene (phosphotyrosine-binding)<br />
4
Spajanje nizvodnih signalnih molekula s<br />
receptorskim protein-tirozin-kinazama<br />
• povezivanje proteina koji sadrže SH2 ili PTB domenu s<br />
aktiviranim receptorskim protein-tirozin-kinazama potiče njihovu<br />
lokalizaciju uz membranu, povezivanje s drugim proteinima,<br />
njihovu fosforilaciju i enzimsku aktivnost<br />
C. Receptori za citokine i<br />
nereceptorske protein-tirozin-kinaze<br />
• skupina receptora koja nema protein-tirozin-kinaznu aktivnost<br />
• nekovalentnim su vezana povezani s unutarstaničnim proteintirozin-kinazama<br />
• superporodica receptora za citokine (citokini: IL-2, eritropoetin;<br />
hormoni: hormon rasta)<br />
• struktura<br />
– izvanstanična domena na N-kraju za vezanje liganda<br />
– transmembranska α-uzvojnica<br />
– citosolna domena na C-kraju<br />
• ovi receptori djeluju združeno s nereceptorskim protein-tirozinkinazama<br />
koje se aktiviraju u odgovoru na vezanje liganda<br />
Aktivacija receptora za citokine<br />
• vezanje liganda potiče dimerizaciju receptora i dovodi do<br />
aktivacije pridruženih nereceptorskih protein-tirozin-kinaza, što<br />
je posljedica uzajamne fosforilacije<br />
• aktivirane kinaze potom fosforiliraju tirozinske ostatke receptora<br />
i oblikuju fosfotirozinska vezna mjesta za nizvodne signalne<br />
molekule<br />
Nereceptorske protein-tirozin-kinaze<br />
1. porodica Janus-kinaza ili JAK - kinaze povezane s receptorima<br />
za citokine (4 srodna člana)<br />
– JAK nužne za za signalizaciju potaknutu citokinima<br />
– ključna uloga u povezivanju citokinskih receptora s<br />
tirozinskom fosforilacijom unutarstaničnih ciljeva<br />
2. porodica Src (9 srodnih članova)<br />
– Src je otkriven kao onkogeni protein Rausovog srkomskog<br />
virusa i kao prvi protein s protein-tirozin-kinazom aktivnošću<br />
– ključne uloge u signaliziranju nizvodno od nereceptorskih<br />
protein-tirozin-kinaza (antigenski receptori na limfocitima B i<br />
T, integrinski receptori...)<br />
D. Receptori povezani s drugim<br />
enzimskim aktivnostima<br />
1. Protein-tirozin-fosfataze<br />
– uklanjaju fosfatnu skupinu s fosfotirozinskih ostataka<br />
– održavaju ravnotežu učinku protein-tirozin-kinaza<br />
– često imaju negativnu nadzornu ulogu jer završavaju<br />
signale koji započinju fosforilacijom tirozina<br />
– neki su receptori na staničnoj površini s pozitivnom<br />
ulogom u staničnom signaliziranju<br />
– CD45 (limfociti T i B) – nakon podražaja antigenom, CD45<br />
defosforilira specifični fosfotirozin koji koči enzimsku aktivnost<br />
pripadnika porodice Src, što potiče aktivnost Src<br />
D. Receptori povezani s drugim<br />
enzimskim aktivnostima<br />
2. Protein-serin/treonin-kinaze<br />
– fosforiliraju serinske ili treoninske ostatke na svojim<br />
supstratima<br />
– receptor za transformirajući faktor rasta β (TGF-β) i srodne<br />
polipeptide<br />
– vezanje liganda za receptor potiče povezivanje dvaju različitih<br />
polipeptidnih lanaca koji pripadaju porodici TGFβ-receptora s<br />
kinaznom aktivnošću koji se uzajamno fosforiliraju<br />
– aktivirani TGFβ-receptori fosforiliraju pripadnike porodice<br />
transkripcijskih faktora SMAD koji se premještaju u jezgru i<br />
potiču ekspresiju ciljnih gena<br />
5
D. Receptori povezani s drugim<br />
enzimskim aktivnostima<br />
3. Receptorske gvanil-ciklaze<br />
– receptori čije citosolne domene imaju gvanil-ciklaznu<br />
aktivnost (kataliziraju stvaranje cGMP)<br />
– struktura<br />
• izvanstanična domena na N-kraju za vezanje liganda<br />
• transmembranska α-uzvojnica<br />
• citosolna domena na C-kraju s gvanil-ciklaznom aktivnošću<br />
Putevi unutarstaničnog prijenosa signala<br />
Putevi unutarstaničnog prijenosa signala<br />
• signali se s površinskih receptora prenose na unutarstanične<br />
ciljne enzime koji su izravno ili neizravno povezani s G-<br />
proteinima<br />
• unutarstanični ciljni enzimi = nizvodni signalni elementi koji<br />
prenose i pojačavaju signal koji je započeo vezanjem liganda<br />
• unutarstanični prijenos signala<br />
• ciljevi unutarstaničnih signalnih puteva često uključuju<br />
transkripcijske faktore koji nadziru ekspresiju gena<br />
A. Put cAMP: drugi glasnici i fosforilacija proteina<br />
B. Ciklički GMP<br />
C. Fosfolipidi i Ca 2+<br />
D. Ras, Raf i signalni put MAP-kinaze<br />
E. Signalni put JAK/STAT<br />
A. Put cAMP: drugi glasnici i fosforilacija proteina<br />
• 1958. djelovanje adrenalina na razgradnju glikogena na glukozu<br />
• ciklički AMP (cAMP) = drugi glasnik<br />
• nastaje iz ATP djelovanjem adenil-ciklaze, a razgrađuje do AMP<br />
djelovanjem cAMP-fosfodiesteraze<br />
AKTIVACIJA PROTEIN-KINAZE A<br />
• cAMP regulira aktivnost protein-kinaze ovisne o cAMP<br />
(protein-kinaze A)<br />
• inaktivni oblik enzima je tetramer koji se sastoji od 2<br />
regulacijske i 2 katalitičke podjedinice<br />
• cAMP se veže za regulacijske podjedinice što potiče<br />
odvajanje katalitičkih jedinica koje time postaju<br />
enzimski aktivne i mogu fosforilirati serinske ostatke<br />
na ciljnim enzimima<br />
• receptor za adrenalin<br />
povezan je s adenilciklazom<br />
putem G-proteina,<br />
koji potiče aktivnost enzima<br />
6
Regulacija metabolizma glikogena<br />
protein-kinazom A<br />
cAMP regulira<br />
gensku ekspresiju<br />
• neki geni u promotorskoj regiju sadrže<br />
elemente odgovora na cAMP (CRE – engl.<br />
cAMP response element)<br />
• katalitička podjedinica protein-kinaze A<br />
prenosi signal s površine – premješta se u<br />
jezgru i fosforilira transkripcijski faktor<br />
CREB (engl. cAMP response element<br />
binding protein – protein koji veže CRE)<br />
• nadzor proliferacije, preživljavanja,<br />
diferencijacije<br />
Sustav kinaza / fosfataza<br />
• djelovanje kinaza u sprezi s djelovanjem fosfataza<br />
• fosfataze – defosforilacija – prestanak učinka kinaza<br />
• neke fosfataze su transmembranski, a neke citosolni proteini<br />
• uklanjaju fosfatnu skupinu s tirozina ili serina/treonina<br />
• okončavaju odgovor započet receptorskom aktivacijom proteinkinaza<br />
• Ser koji fosforilira protein-kinaza A defosforilira protein-fosfataza 1<br />
• razina fosforilacije supstrata protein-kinaze A (fosforilaza-kinaza i<br />
CREB) određena ravnotežom djelovanja protein-kinaze A i proteinfosfataze<br />
1<br />
B. Put cikličkog GMP<br />
• ciklički GMP (cGMP) = drugi glasnik<br />
• nastaje iz GTP djelovanjem gvanil-ciklaze, a razgrađuje<br />
do GMP djelovanjem cGMP-fosfodiesteraze<br />
• gvanil-ciklazu aktiviraju NO, CO, peptidni ligandi...<br />
• djelovanje cGMP posredovano protein-kinazom ovisnom<br />
o cGMP<br />
• cGMP – nazornik ionskih kanala i drugih ciljnih proteina<br />
Uloga cGMP u procesu vida<br />
• rodopsin (fotoreceptor) povezan je s G-proteinom<br />
• konformacijska promjena rodopsina usljed apsorpcije svjetla i<br />
izomerizacije 11-cis-retinala u trans-retinal potiče aktivaciju G-<br />
proteina transducuna<br />
• α-podjedinica transducina potiče aktivnost cGMPfosfodiesteraze<br />
→ sniženje unutarstanične razine cGMP<br />
• izravno djelovanje cGMP na ionske kanale u staničnoj<br />
membrani<br />
• osjet mirisa<br />
C. Fosfolipidi i Ca 2+<br />
• drugi glasnici koji potječu od fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata (PIP 2<br />
)<br />
• mali udio u unutrašnjem sloju fosfolipidnog dvosloja<br />
• neki hormoni i faktori rasta potiču hidrolizu PIP 2<br />
putem fosfolipaze C<br />
na diacil-glicerol i inozitol-1,4,5-trifosfat (IP 3<br />
)<br />
• diacil-glicerol aktivira protein-serin/treonin kinaze porodice proteinkinaza<br />
C – važna uloga u kontroli staničnog rasta i razvoja<br />
• IP 3<br />
potiče porast unutarstanične koncentracije Ca 2+<br />
7
Aktivacija fosfolipaze C<br />
• fosfolipazu C β (PLC- β) stimuliraju G-proteini<br />
• fosfolipaza C γ (PLC- γ) sadrži SH2-domene koje posreduju<br />
njezino povezivanje s aktiviranim receptorskim protein-tirozinkinazama<br />
Aktivacija fosfolipaze C putem protein-tirozin-kinaza<br />
Inozitol-1,4,5-trifosfat (IP 3 )<br />
• polarni glasnik koje se otpušta u citosol i potiče otpuštanje<br />
Ca 2+ iz unutarstaničnih spremnika<br />
• niska razina Ca 2+ u stanici (0,1 µM) održava<br />
se djelovanjem Ca 2+ -crpki – prijenos izvan<br />
stanice i u endoplazmatski retikul<br />
• IP 3 se veže na receptore koji su Ca 2+ -kanali<br />
regulirani ligandom → otpuštanje Ca 2+ iz ER<br />
→↑[Ca 2+ ] (1 µM) → aktivacija protein-kinaza<br />
i fosfataza<br />
• ↑[Ca 2+ ] potiče ulazak izvanstaničnog Ca 2+<br />
• služi za produženje signala te za ponovno<br />
punjenje spremnika Ca 2+ u ER<br />
Sustav kalmodulin / Ca 2+<br />
• protein koji veže Ca 2+<br />
• aktivira se kada je [Ca 2+ ] > 0,1 µM<br />
• kompleks kalmodulin/Ca 2+ veže ciljne proteine<br />
(protein-kinaze):<br />
– kinaza lakog lanca miozina → aktin-miozinska<br />
kontrakcija<br />
– CaM-kinaze → metabolički enzimi, ionski kanali,<br />
transkripcijski faktori (CREB)<br />
Rajanodinski receptori<br />
• ulazak izvanstaničnog Ca 2+ važan u električki podražljivim stanica<br />
živaca i mišića, gdje se Ca 2+ -kanali regulirani naponom u st.<br />
memb. otvaraju depolarizacijom membrane<br />
• ↑[Ca 2+ ] u živč. stanici potiče daljnje<br />
otpuštanje iz unutarstaničnih spremnika, koje<br />
je posljedica aktivacije Ca 2+ -kanala –<br />
rajanodinskih receptora<br />
• ↑[Ca 2+ ] → otpuštanje neurotransmitera →<br />
prevođenje električnog u kemijski signal<br />
• u mišićnim st. Ca 2+ pohranjen u sarkoplazmatskom<br />
retikulu otpušta se<br />
otvaranjem rajanodinskih receptora usljed<br />
promjene membranskog potencijala<br />
• ↑[Ca 2+ ] → mišićna kontrakcija<br />
Fosfatidil-inozitol-3,4,5-trifosfat (PIP 3 )<br />
• PIP 2 se fosforilira na položaju 3’ u molekuli<br />
inozitola pomoću fosfatidil-inozitol (PI)-3-<br />
kinaze<br />
• jedan oblik PI 3-kinaze se aktivira pomoću G-<br />
proteina, a drugi putem SH2-domena<br />
• fosforilacijom PIP 2<br />
nastaje fosfatidil-inozitol-<br />
3,4,5-trifosfat (PIP 3<br />
) = drugi glasnik<br />
• PIP 3<br />
djeluje na protein-serin/treonin kinazu<br />
Akt koja je važna za preživljavanje stanice<br />
D. Ras, Raf i signalni put MAP-kinaze<br />
• signalni put MAP-kinaze je kaskada evolucijski očuvanih<br />
protein-kinaza ključnih u prijenosu signala u eukariotskim<br />
stanicama<br />
• MAP-kinaze = porodica protein-serin/treonin-kinaza (engl.<br />
mitogen-activated protein kinases)<br />
• aktiviraju se u odgovoru na faktore rasta i druge signalne<br />
molekule<br />
• MAP-kinaze = ubikvitarni regulatori staničnog rasta i<br />
diferencijacije<br />
• 3 tipa MAP-kinaza:<br />
– ERK (engl. extracelular signal-regulated kinase)<br />
– JNK (engl. c-Jun N-terminal kinase)<br />
– p38 }<br />
u odgovoru na upalne<br />
citokine ili staničn stres<br />
8
Aktivacija ERK<br />
• ključna za prijenos proliferacijskog signala<br />
• potiču je faktori rasta koji djeluju preko protein-tirozin-kinaze ili receptora<br />
povezanih s G-proteinima<br />
• posredovana je Ras-proteinom koji veže GTP<br />
• Ras aktivira protein-serin/treonin-kinazu Raf<br />
• Raf fosforilira i aktivira protein kinazu MEK (MAP<br />
kinaza/ERK kinaza) – dvojno specifična kinaza –<br />
fosforilira i Tyr i Thr ostatke koji su međusobno odvojeni 1 ak<br />
• protein kinazu MEK fosforilira i aktivira ERK<br />
• ERK fosforilira protein-kinaze i transkripcijske faktore<br />
Ras-proteini<br />
• Ras-proteini – onkogeni proteini tumorskih virusa koji uzrokuju<br />
sarkome u štakora (engl. rat sarcoma virus)<br />
• 1982. mutacija gena ras povezana s nastankom karcinoma u ljudi<br />
• Ras →↑proliferacija stanica, nedostatak Ras → nema stanične<br />
proliferacije u odgovoru na faktore rasta<br />
• Ras – odgovoran za<br />
normalan odgovor na podražaje faktorima rasta<br />
poticanje abnormalnog rasta tumorskih stanica<br />
• vežu gvanil-nukleotide – skupina srodinih malih proteina koji vežu GTP<br />
– Ras – kontrola staničnog rasta<br />
– Rab – kontrola prometa vezikula<br />
– Ran – kontrola transporta u i izvan jezgre<br />
– Rho – kontrola organizacije citoskeleta<br />
Regulacija aktivacije Ras-proteina<br />
• Ras naizmjenice veže GTP (aktivan oblik) i GDP (neaktivan oblik)<br />
• aktivaciju posreduju faktori izmjene gvanil-nukleotida<br />
• potiču otpuštanje GDP i vezanje GTP<br />
• Ras inaktiviraju proteini koji aktiviraju GTPazu<br />
• GTPaza hidrolizira GTP<br />
• posljedica mutacija gena ras<br />
u karcinomima ljudi je<br />
inhibicija hidrolize GTP<br />
pomoću proteina Ras<br />
• mutirani Ras-proteini ostaju<br />
stalnu u aktiviranom obliku<br />
(vezan GTP) i potiču<br />
nekontroliranu proliferaciju<br />
tumorskih stanica, čak i u<br />
odsutnosti faktora rasta<br />
Aktivacija Ras-proteina<br />
• Grb2 putem SH2 domene se veže na fosforiliranu citoplazmatsku<br />
domenu aktiviranog receptora<br />
• faktor izmjene nukleotida Sos u mirovanju je vezan na Grb2<br />
• Sos se približava membrani i djeluje izmjenu GDP za GTP na Ras<br />
• Ras intereagira s protein serin/treonin-kinazom Raf<br />
• Raf se aktivira fosforilacijom pomoću proteintirozin-kinaza<br />
i protein-serin/treonin kinaza<br />
Djelovanje ERK<br />
Putevi aktivacije MAP-kinaza<br />
• fosforilira ciljne proteine – druge protein kinaze<br />
• dio aktiviranih ERK ulazi u jezgru i fosforilira transkripcijske faktore<br />
• kontrola ekpresije neposredno ranih gena<br />
• ti geni u promotorskoj regiji sadrže sljedove - elemente odgovora<br />
na serum (SRE, engl. serum response elements)<br />
• na njih se vežu kompleksi transkripcijskih faktora<br />
- faktor odgovora na serum (SRF, engl. serum<br />
response factor) i Elk-1<br />
• ERK fosforilira i aktivira Elk-1 što omogućuje<br />
izravnu vezu između Elk-1 i SRF → transkripcija<br />
neposredno ranih gena<br />
• mnogi neposredno rani geni kodiraju proteine<br />
koji su transkripcijski faktori → utjecaj na<br />
ekspresiju brojnih nizvodnih gena<br />
9
Konstrukcijski (scaffold) proteini<br />
• specifičnost signaliziranja MAP-kinazama osigurava se pomoću<br />
konstrukcijskih proteina (engl. scaffold – skela)<br />
• konstrukcijski protein JIP-1 organizira MAP-kinazu JNK i njezine<br />
uzvodne aktivatore MLK i MKK7 u signalnu kasetu<br />
U upalnom odgovoru<br />
sudjeluju brojni<br />
signalni putevi<br />
• konstrukcijski proteini osiguravaju specifičnost<br />
i drugih nizvodnih signalnih molekula<br />
• konstrukcijski protein JIP-1 organizira MAPkinazu<br />
JNK i njezine uzvodne aktivatore<br />
MLK i MKK7 u signalnu kasetu<br />
• važna uloga u određivanju specifičnosti<br />
signalnih puteva u stanici<br />
+ NSAID<br />
- NSAID<br />
U upalnom odgovoru<br />
sudjeluju brojni<br />
signalni putevi<br />
G<br />
inhibicija glukokortikoidima<br />
E. JAK/STAT put<br />
• JAK/STAT put - izravna veza između<br />
protein-tirozin-kinaza i transkripcijskih<br />
faktora<br />
• STAT proteini (engl. signal transducers and<br />
activators of transcription) = transkripcijski<br />
faktori<br />
• u stanicama u mirovanju STAT proteini<br />
su inaktivni i smješteni u citoplazmi<br />
• aktivacija citokinskih receptora privlači<br />
STAT proteine koji se vežu za<br />
fosfotirozine u citoplazmatskim<br />
domenama receptora → fosforilacija<br />
STAT pomoću JAK (nereceptorske<br />
protein-tirozin-kinaze) → dimerizacija<br />
STAT → premiještanje u jezgru →<br />
transkripcija ciljnih gena<br />
Prijenos signala i citoskelet<br />
Signaliziranje integrinima<br />
• funkcije mnogih stanica ovise o adheziji i organizaciji citoskeleta<br />
• integrini – glavni receptori za prianjanje stanica na izvanstaničnu tvar<br />
i aktivatori unutarstaničnih signalnih puteva<br />
• povezivanje integrina i izvanstanične tvari → interakcija kratke<br />
citoplazmatske domene integrina i nereceptorske protein-tirozinkinaze<br />
FAK (engl. focal adhesion kinase) → autofosforilacija tirozina u FAK<br />
• fosfotirozini FAK – vezna mjesta za signalne molekule s SH2-<br />
domenama (Src – porodica nereceptorskih protein-tirozin-kinaza) →<br />
daljnja fosforilacija tirozina u FAK → vezna mjesta za SH2-domene<br />
drugih signalnih molekula (fosfolipaza C, PI 3-kinaza, kompleks<br />
Grb2-Sos)<br />
• time se povezuje stanična adhezija i signalni putevi koji nadziru<br />
gensku ekspresiju, staničnu proliferaciju i stanično preživljavanje<br />
10
Regulacija aktinskog citoskeleta<br />
• stanični odgovor na izvanstanične signale → promjene u<br />
staničnom kretanju i staničnom obliku<br />
• faktori rasta potiču promjene stanične pokretljivosti, kao i<br />
stanične proliferacije koje imaju ključnu ulogu cijeljenju rana<br />
ili embrionalnom razvoju<br />
• stanični oblik i pokretljivost ovise o aktinskom citoskeletu<br />
• mali proteini koji vežu GTP (Rho, Rac i Cdc42) – ključna uloga<br />
u nadzoru nad organizacijom aktinskog citoskeleta<br />
Signaliziranje u razvoju i diferencijaciji<br />
• stanična diferencijacija i razvoj tjelesnih struktura regulirani su<br />
složenim putevima međusobnog signaliziranja<br />
• usklađivanje rada svake pojedine stanice → stvaranje složenih<br />
organizama<br />
• receptorske tirozin-kinaze/Ras/Raf/Erk signalni put<br />
(diferencijacija neurona, razvoj složenog oka D. melanogaster,<br />
vulve kod C. elegans)<br />
• Hedgehog i Wnt signalni put (ključna uloga tijekom<br />
embrionalnog razvoja, određivanje staničnih vrsta, oblikovanje<br />
rasporeda stanica tijekom razvoja udova, živčanog sustava...)<br />
• Notch signalni put (stanična proliferacija, preživljavanje i<br />
diferencijacija u svim fazama razvoja organizama)<br />
Regulacija programirane stanične smrti<br />
• normalan, fiziološki oblik stanične smrti<br />
• ključna uloga tijekom embrionalnog razvoja i održavanju zrelih tkiva<br />
• u odraslih apoptoza u ravnoteži sa staničnom proliferacijom →<br />
održavanje broja stanica u organizmu stalnim<br />
• dnevno se iz krvi apoptozom uklanja 5 x 10 11 krvnih stanica<br />
• programirana stanična smrt – obrambeni mehanizam kojim se<br />
oštećene i potencijalno opasne stanice uklanjaju iz organizma<br />
• embrionalni razvoj – metamorfoze, uklanjanje tkiva<br />
• razvoj živčanog sustava – 50% neurona se uklanja tijekom razvoja –<br />
preživljavaju samo oni neuroni koji su stvorili pravilne sinapse<br />
• opstanak stanica ovisi o faktorima rasta ili o kontaktu sa susjednim<br />
stanicama/izvanstaničnim tvaima<br />
• programirana stanična smrt se nadzire pomoću integrirane aktivnosti<br />
različitih signalnih puteva, od kojih neki djeluju tako da potiču<br />
staničnu smrt, a neki potiču stanično preživljvanje<br />
Kaspaze i apoptoza<br />
• apoptoza – morfološke promjene tijekom<br />
programirane stanične smrti<br />
• aktivan, kontroliran proces, uz trošenje<br />
energije, bez imunoodgovora<br />
• nekroza – nekontrolirano “raspadanje” stanica uz<br />
imunoodgovor<br />
• kaspaze – regulacija apoptoze<br />
• porodica cisteinskih proteaza (Cis u aktivnom centru)<br />
• kidaju peptidnu vezu iza Asp<br />
• izvršitelji programirane stanične smrti koji<br />
uzrokuju apoptozu kidanjem ciljnih st. proteina<br />
(inhibitor DNaze, jezgreni laminini)<br />
• kaspaze se sintetiziraju kao inaktivne preteče,<br />
aktiviraju se djelovanjem drugih kaspaza<br />
Receptori stanične smrti<br />
i aktivacija kaspaza<br />
normalna stanica<br />
• aktivacija kaspaza – Apaf-1 se veže na kaspaze i potiče<br />
njihovu aktivaciju<br />
• nadzor nad kaspazama ključan za određivanju staničnog<br />
preživljavanja<br />
• IAP (engl. inhibitors of apoptosis proteins) i neki članovi<br />
porodice Bcl-2 koče aktivnost kaspaza<br />
• ravnotežno djelovanje aktivatora i inhibitora apoptoze<br />
• članovi porodice faktora tumorske nekroze<br />
(TNF, engl. tumor necrosis factors) aktiviraju<br />
specifične receptore koji izravno potiču<br />
apoptozu<br />
• stanični receptor Fas – regulacija<br />
programirane stančne smrti u imunosustavu 8<br />
apoptozna stanica<br />
11
Signaliziranje staničnog preživljavanja<br />
• stanično preživljavanje – kočenje apoptoze<br />
• ovisi o izvanstaničnim faktorima rasta ili međudjelovanju stanica<br />
• ako stanična smrt nije aktivno potisnuta signalima preživljavanja<br />
stanice viših organizama programirane su za apoptozu<br />
• signalni put odgovoran za preživljavanje pokreće se enzimom<br />
PI 3-kinazom<br />
• signalni put Ras/Raf/ERK<br />
12
Change language