Biocel Curs 07 Semnalizarea celulară PDF

SEMNALIZARE CELULARĂ  Celula sursă Eliberarea moleculei semnal Celula ţintă Legarea moleculei semnal Activarea receptorului Transmiterea şi amplificarea semnalului (transducţie) Activarea efectorului Dimin...

SEMNALIZARE CELULARĂ  Celula sursă Eliberarea moleculei semnal Celula ţintă Legarea moleculei semnal Activarea receptorului Transmiterea şi amplificarea semnalului (transducţie) Activarea efectorului Diminuarea semnalului ✔Molecula semnal se leagă de receptor (membranar) In the membrane ✔Activarea intracelulară a unei căi de semnalizare – o serie de proteine de semnalizare ✔Una sau mai multe proteine de semnalizare interacţionează cu proteina ţintă → modificarea proteinei ţintă → → răspuns celular  Tipuri de comunicare Autocrină – celula elaborează un mesaj autoadresat Juxtacrină – 2 celule în contact direct Paracrină – comunicare locală Endocrină – molecula semnal →sânge → celula ţintă Sinaptică Joncţională  Semnalizare autocrină Celula sursă şi celula ţintă sunt de acelaşi tip Întâlnită în dezvoltarea embrionară, unde un grup de celule pot răspunde unui semnal ce induce diferenţiere, dar o celulă izolată nu Grupuri de celule canceroase folosesc frecvent semnalizarea autocrină pentru a depăşi mecanismele normale de control al proliferării şi supravieţuirii Tipuri de comunicare Comunicarea prin joncţiuni gap Ca++ şi c-AMP trec prin joncţiunea gap; macromolecule ca proteine şi acizi nucleici nu trec În perioada de dezvoltare embrionară se asamblează şi dezasamblează frecvent joncţiuni gap Sunt foarte importante în contracţia unitară a muşchiului cardiac; animalele cu defecte la nivelul joncţiunilor gap prezintă defecte ale dezvoltării cordului  Molecule semnal (ex) Hormoni steroizi: glucocorticoizi, estrogen Gaze: NO, CO Molecule mici, hidrofile – ex. neurotransmiţători: (adrenalină, noradrenalină, serotonină, histamină, glutamat, GABA) Peptide ◻ Hormoni: insulină, glucagon, GH, FSH, prolactină ◻ Factori de creştere: NGF, EGF, PDGF, citokine Eicosanoide: prostaglandine, tromboxani, leucotriene  Receptori (1) Receptori membranari Superfamilia receptorilor pentru molecule hidrosolubile (proteine integrale – ligand specifice) Familii - receptori canale ionice - receptori cuplaţi cu proteine G - receptori cu activitate enzimatică intrinsecă: - receptori tirozin-kinazici - receptori cu activitate enzimatică asociată - receptori asociaţi cu serin-treonin kinaze - receptori asociaţi cu guanilat ciclaza - receptori asociaţi cu tirozin fosfataze  Receptori (2) Receptori intracelulari : Receptori pentru hormonii tiroidieni Superfamilia receptorilor pentru molecule semnal liposolubile -hormoni steroizi -vitamine liposolubile: vit. A, D Proteine intracelulare ce leagă molecule mici, nepolare: NO, CO  ▪ Majoritatea moleculelor semnal sunt hidrosolubile (hidrofile) Moleculele semnal hidrosolubile nu pot traversa membrana celulară; necesită receptor membranar ▪ Unele molecule semnal sunt liposolubile (hidrofobe); circulă legate de proteine transportoare (“carrier”) ✔ Moleculele semnal acţionează adesea la concentraţii foarte mici! Receptori membranari Transducţia semnalului şi sisteme efectoare Adenilat ciclaza→AMPc Guanilat ciclaza→GMPc Fosfolipaza C→diacilglicerol →IP3→Ca++ MAP kinaze JAK- STAT Timpul de comunicare intercelulară (1) Semnalizare via receptori = canale ionice mecanism: hiperpolarizare sau depolarizare timp: milisecunde Semnalizare via receptori cuplaţi cu proteine G mecanisme: -modificarea excitabilităţii unor componente membranare (ex. canale ionice) -producţie de mesageri secunzi timp: secunde Timpul de comunicare intercelulară (2) Semnalizare via receptori cu activitate enzimatică mecanism: fosforilarea unor proteine şi modificarea transcripţiei timp: minute Semnalizare via receptori intracelulari (nucleari) mecanism: modificarea transcripţiei ADN timp: ore  Semnalizarea – efecte la nivel celular Fiecare celulă este programată să răspundă la anumite combinaţii de semnale Multiple semnale ajung la celule, putând determina un răspuns; răspunsul depinde de prezenţa receptorului specific şi de tipul lui, precum şi de semnalele procesate anterior Deprivarea de semnale poate determina moarte celulară  Acetilcolina ✔Acelaşi ligand poate avea receptori diferiţi în diferite celule; chiar şi acelaşi receptor poate produce răspunsuri diferite, în funcţie de calea intracelulară pe care o activează receptorul respectiv.  Diminuarea semnalului (1) ✔Concentraţia moleculei semnal se poate modifica rapid doar dacă timpul de înjumătăţire al acesteia este scurt ✔Efectul moleculei semnal este în mod tipic tranzitor, întrucât concentraţia ligandului descreşte rapid, după o creştere bruscă ✔Concentraţia moleculei semnal în spaţiul extracelular scade prin distrugere enzimatică, recaptare, difuzie Proteinele intracelulare ce participă la cascada de semnalizare sunt activate, apoi inactivate rapid Noi proteine vor fi produse pentru a prelungi semnalizarea, dar au durată scurtă de viaţă Cea mai comună modificare a proteinelor intracelulare implicate în semnalizare este fosforilarea / defosforilarea Diminuarea semnalului (2)  Molecule semnal hidrosolubile vs. liposolubile Liganzii hidrosolubili sunt inactivaţi sau îndepărtaţi rapid, determinând răspunsuri rapide, de scurtă durată. Liganzii liposolubili persistă în circulaţie ore sau zile şi mediază efecte de lungă durată. ✔Receptorii pentru cortizol sunt în citosol; după cuplarea cu ligandul, complexul hormon-receptor intră în nucleu şi se leagă de ADN, determinând răspunsul. ✔Receptorii pentru hormonii tiroidieni şi receptorii pentru retinoizi sunt în nucleu, legaţi de ADN, într-o formă inactivă; se activează prin cuplarea ligandului.  Semnalizare prin molecule liposolubile ▪ Receptorul este în general cuplat cu o proteină inhibitorie, care îl menţine inactiv ▪ Ligandul se cuplează cu receptorul, determinând detaşarea proteinei inhibitorii ▪ Complexul ligand-receptor se leagă de o regiune specifică de ADN, reglând transcripţia anumitor gene Semnalizare prin molecule mici, nepolare CO este de asemenea moleculă semnal Oxidul nitric este folosit de o mare varietate de celule Timp de înjumătăţire de 10-15 s Rolul oxidului nitric în relaxarea muşchiului neted vascular  Receptori cuplaţi cu proteine G heterotrimerice ✔Cea mai mare familie de receptori membranari (peste 2000) ✔“G” – leagă GTP/GDP ✔Majoritatea medicamentelor acţionează asupra receptorilor cuplaţi cu proteine G ✔7 domenii transmembranare Proteine G heterotrimerice cu subunităţi alpha, beta şi gamma  Desfacerea proteinei G activate în două componente de semnalizare În urma disocierii, atât subunitatea alpha, cât şi complexul beta/gamma pot activa diferite proteine membranare ✔ Receptorul rămâne activat cât timp este cuplat ligandul, astfel încât receptorul poate activa multe proteine G ✔ Activarea proteinei ţintă de către subunitatea alpha activată; subunitatea alpha a proteinei G se inactivează, prin hidrolizarea GTP ✔ Reasamblarea proteinei G în complexul heterotrimeric inactiv  Calea adenilat ciclazei ▪ Unele proteine G heterotrimerice - reglarea producţiei de AMP ciclic ▪ Există numeroase tipuri de proteine G, unele cu efect stimulator (Gs), altele cu efect inhibitor (Gi) ❑ Adenilat ciclaza este o enzimă membranară activată de proteinele G heterotrimerice; determină creşterea c-AMP ❑ c-AMP fosfodiesteraza opreşte semnalizarea, prin descompunerea c-AMP ▪ c-AMP activează protein kinaza A, care fosforilează alte proteine, reglând activitatea acestora ▪ Hormoni ce utilizează c-AMP: TSH, ACTH, LH, adrenalină, parathormon, glucagon, vasopressină c-AMP poate modifica activitatea unor gene Calea fosfolipazei C  Efectele DAG Diacilglicerolul poate fi clivat, cu eliberarea acidului arahidonic, care poate fi convertit la prostaglandine, leucotriene, tromboxani – cu importante efecte biologice PG participă în durere şi răspunsul inflamator Medicamente precum aspirina, ibuprofenul şi cortizonul acţionează prin inhibarea sintezei de PG ✔ Cel mai important efect al DAG este activarea PKC  Ca++ ca mesager secund ✔ 3 tipuri de canale de Ca++ funcţionează în semnalizare în diferite celule: ▪ Canale de Ca++ operate de voltaj - se deschid ca răspuns la depolarizarea membranei ▪ Canale de Ca++ operate de IP3 - se găsesc în membrana RE şi determină creşterea bruscă a concentraţiei de Ca++ în citosol ▪ Receptori rianodinici - în RS din muşchi; reacţionează la schimbări ale potenţialului de membrană, determinând creşterea Ca++ citosolic → contracţie musculară Receptori rianodinici se găsesc şi în RE de la nivelul celulelor nemusculare, având rol în semnalizarea Ca++  Pentru inactivarea semnalizării prin Ca++, trebuie scăzută concentraţia Ca++ în citosol Ca este transportat în afara celulei, cuplat de molecule ce leagă Ca în citosol sau pompat în RE sau mitocondrii  Receptori membranari cu activitate enzimatică intrinsecă ▪ Exemple de 7 subfamilii de receptori ▪ Funcţiile unor domenii extracelulare nu sunt cunoscute  Funcţii ale receptorilor tirozin kinazici Epidermal Growth Factor proliferare celulară Insulină introducerea glucozei în celulă; sinteză proteică Insulin-like Growth Factor 1 & 2 creştere şi supravieţuire celulară Nerve Growth Factor supravieţuire şi creştere neuronală Platelet-derived Growth Factor supravieţuire, creştere şi proliferare a diferitor celule Macrophage colony stimulating factor proliferare şi diferenţiere a monocitelor/macrofagelor Fibroblast Growth Factors proliferare a diferitor celule Vascular Endothelial Growth Factor stimulează angiogeneza Proteine G mici / monomerice Proteine G mici (ex. Ras) – transducţia semnalului de la receptorii membranari RTK Proteinele Ras funcţionează împreună cu alte tirozin kinaze în reglarea proliferării şi diferenţierii celulare Ras – descoperită iniţial într-o formă mutantă, hiperactivă, ce promova transformarea canceroasă celulară Ras acţionează ca un comutator între 2 conformaţii, activă (cu GTP) şi inactivă (cu GDP) Trecerea între starea activă şi inactivă este reglată de 2 clase de proteine de semnalizare; inactivarea se face prin hidrolizarea GTP În majoritatea celulelor, proteinele G mici sunt în general menţinute inactive  Activarea proteinelor G mici de către RTK activat ▪ Dimerizarea RTK, cu autofosforilarea domeniului citosolic ▪La endodomeniul fosforilat se leagă proteine adaptor, care cuplează proteine ce stimulează activarea proteinelor G monomerice ▪ proteinele G monomerice activate conduc la activarea mai multor căi de semnalizare intracelulară, inclusiv calea MAP-kinazelor ▪Proteinele G se inactivează, prin hidrolizarea GTP  Calea MAP-kinazelor activate de proteine G mici (ex. Ras)  Calea de semnalizare Jak-STAT (1) Ex. de moleculă semnal: α-interferon Interferoni - citokine secretate de alte celule (leucocite) ca răspuns la infecţii virale Interferonii se leagă la receptorii celulelor vecine neinfectate şi induc sinteza unor proteine care cresc rezistenţa la virusuri Hormoni ce folosesc această cale: GH, prolactină Calea de semnalizare Jak-STAT (2) Concluzii Comunicarea permite integrarea funcţională Moleculele de comunicare pot fi secretate sau exprimate pe suprafaţă În patologie comunicarea este alterată Unele molecule acţionează la suprafaţă, altele au receptori intracelulari  Concluzii (2) Transferul de informaţie se realizează pe căi prestabilite Căile se pot intersecta (noduri de comunicare) Farmacologia semnifică manipularea căilor de semnalizare Literatura legată de comunicarea celulară - amplă, în mare masură gratuită