Receptorer och cellsignalering HT2024 PDF

Receptorer och cellsignalering Cellens homeostas och dess omgivning HT2024 Katarina Omholt Innehåll Allmänt om cellsignalering G-proteinkopplade receptorer Tyrosinkinasreceptorer Steroidreceptorer Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 2...

Receptorer och cellsignalering Cellens homeostas och dess omgivning HT2024 Katarina Omholt Innehåll Allmänt om cellsignalering G-proteinkopplade receptorer Tyrosinkinasreceptorer Steroidreceptorer Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 2 Princip för cellsignalering Genom att uttrycka receptorer i bland annat cellmembranen kan celler binda till olika ligander som finns utanför cellen Bindningen av ligand till receptor aktiverar en rad olika signaltransduktionsvägar inne i cellen. Dessa stimulerar cellulära processer som t.ex. transkription av gener. Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 3 Olika typer av cellsignalering Autokrin Parakrin Endokrin Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 4 Var i cellen finns receptorer Transmembranreceptorer → Binder vattenlösliga ligander G-proteinkopplade receptorer Tyrosinkinasreceptorer Intracellulära receptorer → Binder fettlösliga steroidhormoner Steroidreceptorer Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 5 Cellsignalering reglerar flera olika cellulära processer En viktig signaltransduktionsväg som stimulerar celldelning/cellproliferation är RAF-MEK-ERK (MAPK-pathway) En viktig signaltransduktionsväg som stimulerar cellöverlevnad är PI3K-AKT Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 6 Snabb vs långsam respons Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 7 Hur signaltransduktionsvägar fungerar Signalering i signaltransduktionsvägar sker genom olika mekanismer: → Aktivering och inaktivering av GTPaser → Aktivering/inaktivering av proteiner via fosforylering och defosforylering → Second messenger Molekyler (t.ex. cAMP) vilka har som uppgift att amplifiera signalen mellan ligand och receptor Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 8 Fosforylering och defosforylering av proteiner Fosforylering och defosforylering av proteiner är en vanlig mekanism i signaltransduktionsvägar → Proteiner med en fosfatgrupp = aktiva proteiner Kinaser: Enzym som fosforylerar andra protein → Tyrosinkinaser: Kinaser som fosforylerar protein på aminosyran tyrosin Exempel: Tyrosinkinasreceptorer → Serin-treonin kinaser: Kinaser som fosforylerar protein på aminosyrorna serin och treonin Exempel: RAF, ERK Fosfataser: Enzymer som avlägsnar fosfatgrupper på proteiner (exempel PTEN) 1 november 2024 9 Proteiner med GTPase aktivitet GTPaser är proteiner som kan hydrolysera GTP till GDP GTPaser pendlar mellan en inaktiv form där de binder GDP och en aktiv form där de binder GTP Heterotrimera GTP-bindande proteiner = G-proteiner Ras superfamily of small GTPases → Ras, Ran med flera Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 10 G-proteinkopplade receptorer G-proteinkopplade receptorer består av sju transmembran regioner och är kopplade till ett G-protein i cytoplasman Exempel på ligander som binder till G-proteinkopplade receptorer: Noradrenalin, dopamin, histamin, acetylkolin, glutamat, prostaglandiner, glukagon Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 11 Dorsam, Nat Rev Cancer, 2007. G-proteiner G-proteiner är heterotrimera proteiner som består av subenheterna α, β och  -subenheten är ett GTPase=enzym som hydrolyserar GTP till GDP Vid bindning av ligand till G- Det finns fyra olika klasser av proteinkopplad receptor sker en heterotrimeriska G-proteiner: konformationsförändring och G- → Gs: Aktiverar enzymet proteinet aktiveras adenylatcyklas → Gi: Hämmar enzymet adenylatcyklas → Gq: Aktiverar enzymet fosfolipas C Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 12 Aktivering av G-proteinkopplade receptorer Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 13 cAMP – en second messenger vid signalering via G- proteinkopplade receptorer Cyclic AMP (cAMP) är en second messenger och har som funktion att amplifiera den signal som uppstår när en ligand binder till en G-proteinkopplad receptor cAMP bildas genom att enzymet Adenylatcyklas katalyserar omvandlingen av ATP till cAMP cAMP i sin tur aktiverar protein kinas A (PKA) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 14 IP3, DAG och kalciumjoner – second messengers vid signalering via G-proteinkopplade receptorer Fosfolipas C är ett enzym som klyver fosfolipiden fosfatidylinositol-4,5- difosfat (PIP2) i cellmembranet till inositol 1,4,5-trifosfat (IP3) och diacylglycerol (DAG) IP3 frigörs till cytosolen och binder till receptorer på ER vilket leder till frisättning av kalciumjoner som finns lagrade här DAG och kalciumjoner aktiverar protein kinas C (PKC) IP3, DAG och kalciumjoner är alla second messenger Zhao, Clinic Rev Allerg Immunol, 2021 1 november 2024 15 Glukagonreceptorn – ett exempel på en G- proteinkopplad receptor Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 16 Tyrosinkinasreceptorer Tyrosinkinasreceptorer är Hur tyrosinkinasreceptorer är receptorer som har enzymatisk strukturerade: aktivitet (de är tyrosinkinaser) Extracellulär domän Det finns flera olika subgrupper av → Binder till ligand tyrosinkinasreceptorer som alla Transmembran domän binder specifika ligander Intracellulär domän Ligander som binder till → Innehåller tyrosinkinas domän tyrosinkinasreceptorer är tillväxtfaktorer och hormoner Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 17  Olika typer av tyrosinkinasreceptorer Tomuleasa 2024 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 18 Ligander som binder till tyrosinkinasreceptorer Epidermal growth factor (EGF) Macrophage-colony-stimulating Fibroblast growth factors (FGFs) factor (M-CSF) Platelet-derived growth factor Nerve growth factor (NGF) (PDGF) Hepatocyte growth factor (HGF) Insulin Insulinlike growth-1 (IGF-1) Vascular endothelial growth factor (VEGF) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 19 Aktivering av tyrosinkinasreceptorer 1. Ligand binder till receptorns extracellulära domän 2. Receptorer bildar dimerer → Aktivering av kinasdomänerna 3. Auto- or transfosforylering på aminosyran tyrosin → Fosforylerade tyrosin utgör bindningsställen för andra Kumar et al, Medicine in Drug Discovery, 2024 proteiner 4. Adaptorproteiner eller enzymer som innehåller en SH2 domain binder till fosforylerade tyrosin 1 november 2024 20  Aktivering av tyrosinkinasreceptorer Tomuleasa 2024 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 21 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 22 Cellsignalering nedströms tyrosinkinasreceptorer Tyrosinkinasreceptorer aktiverar flera olika nedströms signaltransduktionsvägar Aktiveringen av nedströms signaltransduktionsvägar går via proteinet Ras Två av de mest välstuderade signaltransduktionsvägarna som tyrosinkinasreceptorer aktiverar är RAF-MEK-ERK och PI3K-AKT Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 23 Ras Ras är små GTPaser som tillhör Ras superfamily of small GTPases Ras binder till tyrosinkinasreceptorer via adaptorproteiner GTPase är enzym som hydrolyserar GTP till GDP Ras pendlar mellan en aktiv GTP- bindande form och en inaktiv GDP-bindande form GAP=GTPase-activating protein GEF= Guanine nucleotide exchange factor Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 24 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet RAF-MEK-ERK och PI3K-AKT Två viktiga signaltransduktionsvägar som aktiveras vid ligandbindning till tyrosinkinasreceptorer är RAF- MEK-ERK och PI3K-AKT ERK är ett kinas som fosforylerar och därigenom aktiverar transkriptionsfaktorer i cellkärnan Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet Nussinov, Oncotarget, 2014 26 Tyrosinkinasreceptorer och cancer Gener som kodar för tyrosinkinasreceptorer är ofta muterade eller amplifierade i cancer → EGFR mutationer i lungcancer → Mutationerna finns i tyrosinkinasdomänen och gör receptorn konstant aktivt Andra gener som är muterade: KRAS, NRAS, BRAF, AKT, PIK3CA, PTEN Effekten av mutationerna är att signaltransduktionsvägarna är konstant aktiverade oavsett närvaro av ligand 1 november 2024 27 Receptorn för insulin – en tyrosinkinasreceptor Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 28 Annu Rev Biochem, 2023 Steroidreceptorer Steroidreceptorer har Steroidreceptorer finns steroidhormoner som ligander lokaliserade i cellers cytoplasma Typ I receptorer: och/eller cellkärna → Könshormonreceptorer Steroidreceptorer fungerar som (androgen-, östrogen-, och transkriptionsfaktorer och binder progesteronreceptorer) till enhancersekvenser i DNA:t → Glukokortikoidreceptor → Mineralkortikoidreceptorer Typ II receptorer: → Vitamin A och D receptorer → Tyreoideahormonreceptor Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 29 Steroidreceptoreres struktur Steroidreceptorer har följande domäner: → Hormonbindande domän → DNA-bindande domän Zink-finger motif → Genregulatorisk domän Innehåller nuclear localization signal (NLS) Steroidreceptorerna är inaktiva när de inte binder sin ligand =steroidhormon Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 1 november 2024 30 Aktivering av steroidreceptorer Steroidreceptorer är inaktiva så länge de inte binder en ligand (=steroidhormon) Vid bindning av ligand/hormon sker en konformationsförändring i receptorerna och de aktiveras Aktiverade steroidreceptorer binder till enhancer regioner i DNA:t och stimulerar transkription av gener Vissa steroidreceptor (vitamin A, D, tyreoideahormon) fungerar som repressorer av transkription i sin Hormone Receptor - an overview | ScienceDirect Topics inaktiva form 1 november 2024 31 Steroidreceptorer 1 november 2024 32