Sinyal İletim Mekanizmaları PDF

Hücreler Arası Sinyal İletim Mekanizmaları Prof. Dr. Selma YILMAZER Tibbi Biyoloji Anabilim Dalı Hücrelerarası iletişim(Sinyalleşme) Hücreler çevrelerinden sinyal alır ve  bu sinyale yanıtlar verir  Çok Hücreli organizmalarda bu hücre-hücre haberleşmesi en üst seviyeye erişir  Her hücre organiz...

Hücreler Arası Sinyal İletim Mekanizmaları Prof. Dr. Selma YILMAZER Tibbi Biyoloji Anabilim Dalı Hücrelerarası iletişim(Sinyalleşme) Hücreler çevrelerinden sinyal alır ve  bu sinyale yanıtlar verir  Çok Hücreli organizmalarda bu hücre-hücre haberleşmesi en üst seviyeye erişir  Her hücre organizmanın ihtiyaçlarına göre davranışlarını düzenler.  (Metabolizma,çoğalma,farklılaşma, hareket vb  sinyal molekülleri ve bunu algılayan reseptörler ile bir dizi hücresel süreç başlar  Hücrelerarası sinyalleşme 1-Sinyalin alınması EKSTRASELüLER SIVI Plasma membranı CM 1 Sinyalin alınması Reseptor reseptör sinyal moleküllerine bağlanır • . Sinyal molekülü Hücrelerarası sinyalleşme 2- sinyalin iletilmesi Sinyal molekülleri reseptörlerine bağlanınca 1 1 Bir dizi intraselüler protein hücre dışından gelen sinyali hücre içine iletir hücre davranışlarını değiştirir      metabolizma hareket proliferasyon farklılaşma apoptoz Sinyalin alınması 2 Sinyal iletimi Relay molecule transduction p Reseptor Sinyal molekülüe CYTOPL 3-Cevap oluşması CYTOPLASM EXTRACELLULAR FLUID Plasma membrane Sinyalin 1 alınması 2 Sinyal alınması Receptor Sinyalin iletilmesi Sinyal iletilmesi Relay molecules in a signal transduction pathway Signaling molecule Cevap oluşması 3 Hücresel bir cevabın aktivasyonu Cevap;Bir genin aktivasyonu ,apoptozun tetiklenmesi vb •Hücre sinyale bir protein sentezleyerek, •mitoza girerek , • apoptoz kararı alarak vb cevap verir Hücrelerarası iletişim (Sinyalleşme) Sinyal molekülleri  Protein, hormonlar( insulin, glukagon)  amino asidler (epinefrin , histamin)  Nukleotidler (cAMP, cGMP)  Steroid hormonları, seks hormonları, kortikosteroidler)  vitamin D3,  retinoidler,  yağ asidi türevleri,prostaglandin prostasiklinler  çözünmüş gazlar (Nitrik oksid,CO ) Sinyalin alınması Reseptör çeşitleri  Ekstraselüler sinyal molekülleri hedef hücrelerin yüzeyindeki  1-Hücre yüzey reseptörleri veya hücre içindeki  2-İntraselüler reseptörler tarafından tanınır.  Sinyalin hedef hücre tarafından alınması Reseptörler: İntraselüler reseptörler Küçük hidrofobik sinyal molekülleri membranı geçer ve intraselüler reseptörlere bağlanır. Örn: Steroid hormonlar, tiroid hormonlar, kortizol, retinoidler, vitamin D 1) 2) Hücre yüzey reseptörleri Hidrofilik sinyal molekülleri membranı geçemez; hücre yüzey reseptörlerine bağlanır. Örn: Peptid hormonlar, nöropeptidler, büyüme faktörleri, nörotransmitterler 1-Hücre Yüzey Reseptörlerine bağlanan sinyal molekülleri (hidrofilik, polar moleküller Membrandan geçemez ve hücreye giremez  Peptid hormonlar, (insülin –glukagon)  Nörotransmitterler örn norepinefrin, histamin Büyüme Faktörleri (GF), NGF, EGF,PDGF Yağ asidi Türevleri (prostaglandinler,Prostasiklin,tromboksan)  2-İntraselüler reseptörlere bağlanan sinyal molekülleri (hidrofobik moleküller Membrandan geçer sitoplazmaya girer Steroid hormonlar, seks hormonları, kortikosteroidler)  vitamin D3,  retinoidler,  çözünmüş gazlar (Nitrik oksid,CO )  Sinyalleşme Şekilleri 1-Salgılanan moleküller ile sinyal gönderme 2-Plazma membranına bağlı moleküller ile sinyal gönderme Kontakt (Temas yolu ile) bağımlı etkileşim Hücre-hücre Hücre-matriks etkileşimini sağlayan moleküller ( Kaderin,integrin) aracılığı ile sinyal iletimi  Embryo gelişimi esnasında görülür Örn Notch-Delta yolağı  Salgılanan moleküllerle sinyal iletme şekilleri:  A-Parakrin  B-Sinaptik  C-Endokrin  D-Otokrin PARAKRİN Hücrenin yakın çevresindeki hücreler etkilenir.  SİNAPTİK Vücudun birbirinden çok uzaktaki kısımları arasında sinyal iletimi.(Sinir hücresi uzantısı ile hedef hücreye)  ENDOKRİN Sinyal molekülleri (hormon) kan dolaşımına salınır (tüm vücuttaki hedef hücreler )  Otokrin sinyal Hücrenin kendi kendine sinyal göndermesi Bağışıklık sistemi hücreleri ( bazı T lenfosit tipleri kendi çoğalmasını uyaran büyüme faktörü sentezler)  Erken gelişim evresinde görülür “komünite etkisi”  Kanser hücrelerinde Gap jankşınlar ile iletişim  Sinyalin komşu hücreler arasında ortaklaşa kullanımı  Küçük intraselüler sinyal molekülleri (intraselüler mediatörler) Ca+2 siklik AMP Sinyal moleküllerinin farklı kombinasyonları farklı cevap oluşturur Farklı hücreler aynı sinyale farklı cevap verir  Sinyal Molekülleri NO (gaz şeklinde sinyal) 1998 yılında NOBEL TIP ÖDÜLÜ’ Prof. Dr. Louis J Ignarro “Molecule of the Year” 1992 1980 de EDRF, veya endothelium-derived relaxing factor =endotel kökenli gevşetici faktörü keşfettiler 1986 da EDRFnin nitrik oksit ile aynı molekül olduğu anlaşıldı. Kan damarlarındaki düz kas hücrelerinin gevşemesini sağlıyor N O More Heart Disease adlı kitap yazdı «Science» dergisinde yayınlandı Nitrik oksit NO (gaz) Sinir sistemi ,bağışıklık sistemi ve dolaşım sistemi için önemli bir sinyal molekülüdür  Plazma membranını difüzyonla geçer  Nitrik oksit hedef hücre içindeki bir enzime (guanil siklaza) doğrudan doğruya bağlanarak ekisini gösterir. NO Kan damarılarının genişlemesini sağlar Kan damarı duvarındaki otonom sinirlerden  Asetilkolin salınır (indirekt etki)  Endotel hücresinden  NO sentezi,(Nos Enzimi ile) ve salınmasını uyarır  NO düz kas hücresine difüzyonla girer  Guanil siklaz enzimini aktive eder (Hem grubuna bağlanarak)  cGMP sentezlenir ,düz kas hücresi gevşer (Dil altı tablet ,Angina tedavisinde 100 yıldır kullanılır) Nitrogliserin NO kas gevşemesi, damar genişlemesine neden olur  Aktif makrofaj NO  Nitrogliserin Mikroorganizmaları öldürme nötrofil NO  Otonomik sinir NO (Viagra adlı ilacın keşfine neden oldu)  CO ,sinir sisteminde sinyal iletim molekülü NO ya benzer işlevi var  Aktif Peptid hormonlar ve Büyüme faktörleri  Peptid hormonlar; İnsülin,glukagon,hipofiz  hormonları (Büyüme hormonu,prolaktin,FSH vb) Nöropeptidler; enkefalinler,endorfinler,(ağrı  yanıtını azaltan doğal analjezik etki) Büyüme faktörleri (hücre çoğalma ve farklılaşması kontrolü); Sinir büyüme faktörü (NGF) (1950lerde RitaLevi Montalcini) Nörotrofinler, Epidermal büyüme faktörü (EGF), Platelet kökenli büyüme faktörü (PDGF),  Sitokinler (kan hücrelerinin farklılaşmasını,lenfosit aktivitesini düzenler) Sinyalin hücreye iletilmesi Reseptörler: İntraselüler reseptörler Küçük hidrofobik sinyal molekülleri membranı geçer ve intraselüler reseptörlere bağlanır. Örn: Steroid hormonlar, tiroid hormonlar, 1) kortizol, retinoidler, vitamin D3 2) Hücre yüzey reseptörleri Hidrofilik sinyal molekülleri membranı geçemez; hücre yüzey reseptörlerine bağlanır. Örn: Peptid hormonlar, nöropeptidler, büyüme faktörleri, nörotransmitterler Hücre içi (İntraselüler) reseptörler ile sinyal iletimi   Sitozol veya nukleusta yerleşir (nüklear reseptör süperailesi Ligand bağlama, DNA ya bağlanma bölgeleri içeren transkripsiyon faktörleri gibi iş görür Örn: Steroid hormonlar (östrojen,progesteron,testosteron) Tiroid hormonlar, Kortikosteroidler (glukokortikoidler,mineralokortikoidler) Retinoidler, vitamin D 3     Membranı geçer sitoplazmaya girer İntraselüler reseptörlere bağlanır Reseptör aktif hale gelir Özel genlerin transkripsiyonunu düzenler Nüklear hormon reseptörleri Östrojen reseptörü; hormon olmazsa DNA ya bağlanmaz.İnaktif haldedir Hormon bağlanınca Reseptör dimerleri DNA ya bağlanır ve koaktivatör (HAT ) la birleşir. Tiroid Hormon Reseptörü; hormon olmasa da DNA ya bağlanır.Hormon yoksa bir korepresörle bağlanır (HDAC) Hormon varsa reseptör bir koaktivatör (HAT) ile bağlanır Thyroid hormone receptor binds to DNA in either the absence or presence of hormone Hücre yüzey reseptörleri  İyon kanalına bağlı reseptörler (hızlı sinaptik sinyal)  Enzim ilişkili reseptörler  G proteini ile ilişkili reseptörler 1-Enzim ilişkili reseptörler Reseptör protein-tirozin kinazlar  En büyük reseptör ailesi (58 çeşit bulunmuş).  Büyüme faktörü reseptörlerinin çoğu bu türden  Hayvan hücresi çoğalma ve farklılaşmasını kontrol eden mekanizma  1980 de keşfedildi  Onkogenik protein,Rous Sarcoma virus:Src, ilk bulunan protein tirozin kinaz  EGF reseptörünün tirozin kinaz olduğu gösterildi Reseptör protein-tirozin kinazlar geçişli  heliks transmembran proteinlerdir  Sitozolik bölge protein tirozin kinaz etkinliği gösterir  Reseptör protein tirozin kinazlar substratlarını tirozin kalıntılarında fosforiller  Çoğu tek bir polipeptid  İnsülin reseptörü dimer yapıdadır  Tek EGF reseptörü  NGF reseptörü  PDGF reseptörü  İnsulin reseptörü  Diğer büyüme faktörü (GF) reseptörleri  Hücre dışı Ig benzeri bölgeler alfa alt ünitesi Sisteinden zengin bölgeler beta alt ünitesi Plazma membranı Tirozin kinaz bölgesi Sitosol EGF reseptörü İnsülin reseptörü PDGF reseptörü Reseptör protein-tirozin kinazlar Etki mekanizması  Ligand (GF) bağlanır  Reseptör dimerizasyonu. PDGF, NGF monomer yapıdadır. Bağlanınca iki reseptör bir araya gelir; dimer oluşur.  Reseptörün otofosforilasyonu: 1. 2. Protein kinaz aktivitesi artar Katalitik bölge dışındaki fosforillenme ile diğer proteinler için bağlanma bölgeleri oluşur SH2 (Src homoloji 2) bölgesi içeren proteinlerin reseptöre bağlanması  SH2 içeren protein membrana yakın yerleşir  Diğer proteinlerle etkileşir  PTB bölgesi (Phopho Tyrosine Binding Domain  Örnek:*Reseptör tirozin kinazların Fosfolipaz C’yi aktif hale getirmesi, Fosfolipaz C’nin membran lipidlerinden fosfotidil inositol 4,5 bifosfatı (PIP2), IP3 ve diaçilgliserole (DAG) hidrolizi Fosfolipaz C’nin PIP2’yi hidrolizi DAG, Protein kinaz C (PKC) yolunu aktifleştirir (hücre çoğalma ve farklılaşması kontrolünde rol oynayan) Forbol esterleri DAG analoğudur kanser oluşumuna neden olur) IP3 hücre içi Ca2+ depolarından Ca2+ salınmasını uyarır ve PKCyi aktifleştirir IP3’ün ER’deki ligand kapılı Ca kanalına bağlanması ve Ca2+ salınması Ca2+ bağlayan protein ;calmodulin hedef proteinleri aktif hale getirir Kalsiyum/kalmodulin bağımli Protein kinaz Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK’lar) hücrede Ras sinyal yolunu aktifler Ras ,Raf, MAP kinaz (mitojenle aktive olan kinaz) yolağı  Hücre proliferasyonu ve farklılaşmasını uyarır Ras küçük bir G proteinidir (monomerik) Küçük GTP-GDP bağlayan bir protein  GDP bağlı Ras = inaktif durumda  GTP bağlı Ras = aktif durumda  Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK’lar) aracı proteinler (GEF) yoluyla Ras‘ı aktif (GTP bağlı) hale getirir  Aktif Ras, Raf protein kinaza bağlanır Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK’lar) aracı proteinler (GEF) yoluyla Ras‘ı aktif (GTP bağlı) hale getirir Aktif Ras, Raf protein kinaza bağlanır Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK’lar) hücrede Ras sinyal yolunu aktifler Ras ,Raf, MAP kinaz (mitojenle aktive olan kinaz) yolağı  Hücre proliferasyonu ve farklılaşmasını uyarır Ras küçük bir G proteinidir (monomerik)  Küçük GTP-GDP bağlayan bir protein   GDP bağlı Ras = inaktif durumda GTP bağlı Ras = aktif durumda Mutant Ras proteinleri GTP’den ayrılamaz. Bu nedenle sürekli aktif halde (proliferatif halde) kalırlar: Ras geni mutasyonları %30 insan kanserinde bulunur. Reseptör Tirozin Kinazlar hücrede Ras sinyal yolunu; (Ras-Raf-MAP kinaz yolu) aktifler (MAP kinaz=mitojenle aktiflenen protein kinaz ERK ailesi üyesi) (ERK=ekstraselüler sinyalle düzenlenen kinaz) MAP kinaz/ERKkinaz Protein serin/threonin kinaz Hem treonin hem de tirozin den fosforiller =MAP Kinaz ERK tarafından acil erken genlerin uyarılması (Büyüme faktörleri uyarısına cevap olarak transkripsiyonu yapılan 100 gen ) Aktif Erk nukleusa girer Transkripsiyon faktörü Elk-1 i fosforiller (Düzenleyici DNA dizisine bağlanır Elk-1 acil erken genlerin transkripsiyonunu uyarır Reseptör Tirozin Kinazlar ve ilişkili genler gelişim hataları ve kanserde önem taşır RTK’ların aşırı aktivasyonu  kontrolsüz büyüme ve habis değişime neden olabilir.  Tirozin kinazların birçok hatalı veya viral şekilleri ve ilişkili proteinler onkogeniktir:     v-src Abl erbB 2- G proteini ile ilişkili reseptörler   En büyük reseptör ailesi 7 geçişli transmembran protein Etkisini guanin nükleotidlerini bağlayan proteinler (trimerik G proteinleri) aracılığı ile yapar 1000 den fazla çeşit G proteini ilişkili reseptör tanımlandı.  Örn: -nörotransmitter reseptörleri -nöropeptid reseptörleri -peptid hormon reseptörleri -Eicosanoid reseptörleri -koku, görme, tat reseptörleri   1970 Epinefrin çalışmaları:  Adenilil siklaz; cAMP sentezinden sorumlu enzim.  Adenilil siklazın uyarılması için GTP gerekli olduğu bulundu G proteini keşfedildi   G proteini  Reseptörle efektör arasında aracılık yapar Trimerik, GTP-GDP bağlayan proteinler 3 alt ünite; , ,  alt üniteleri (heterotrimerik)  alt ünite GTP ve GDP bağlar -Dinlenme halinde;  ve  ile birliktedir ve GDP bağlar -Aktif halde; GTP bağlar,  ve  dan ayrılır  Etki mekanizması  Hormon reseptöre bağlanır  Reseptör şekil değiştirir  Sitoplazmik bölge trimerik G proteini ile etkileşir  G proteini aktif hale gelir GDP’yi salar GTP bağlar Aktif  alt ünitesi  ve ’dan ayrılır.  Hedef proteinlerle etkileşir   GTP hidrolizi ile ’nın aktifliği sona erer Aktif olmayan GDP bağlı ; tekrar  kompleksi ile birleşir cAMP Yolağı GTP Aktif G proteini  Adenilat siklaz aktivasyonu  cAMP artışı (ATP den sentez)  Protein kinaz A aktivasyonu  Seçilmiş proteinlerin serin ve treonin kalıntılarının fosforillenmesi cAMP Yolağı cAMP adenilil siklaz enzimi ile ATP den oluşturulur cAMP ile cAMP –bağımlı protein kinaz ;Protein Kinaz A (PKA)’nın aktifleşmesi ( çoğu hücrelerde cAMP etkisini (PKA yı aktive ederek gösterir.) Protein kinaz A Katalitik ünite Protein kinaz A Protein kinaz A 2 adet katalitik alt ünite ( C ) 2 adet düzenleyici alt ünite ( R ) Katalitik ünitenin ayrılması cAMP ile Gen Ekspresyonunun Uyarılması  cAMP protein kinaz A’ya bağlanır  Katalitik ünitesi ayrılır  Nukleusa girer  cAMP cevap elementi (CRE) dizisini içeren genlerin transkripsiyonunu aktif hale getirir.  CRE bağlayan protein= CREB’i (transkripsiyon faktörü)fosforilleyerek (serin kalıntısından) cAMP yolağı (protein kinaz A) Glikojen metabolizması düzenlenmesinde; protein kinaz A iki hedef enzimi fosforiller. 1-Fosforilaz kinaz aktif hale gelir  glikojen fosforilazı fosforilleyerek aktive eder  glikojen yıkılması  Glukoz-1- fosfat 2-Glikojen sentaz fosforilasyon ile inaktif hale gelir.   Hayvan hücrelerinde proliferasyon,sağ kalım ve farklılaşmanın kontrolunda Protein kinaz A ile glikojen metabolizmasının düzenlenmesi G proteinleri  Hedef Gs  Gi adenilat siklaz aktivasyonu adenilat siklaz inhibisyonu   İyon enzimleri aktif hale getirir veya baskılar kanallarını düzenler  Memeli genomunda; çeşit   6 çeşit   11 çeşit  alt ünitesi kodlanmaktadır.  20 Hücre içi sinyal iletimi İkincil haberci moleküller  Ca2+/Kalmodulin  Siklik nükleotidler;    Lipidler      cAMP cGMP Fosfotidil inositol Diaçilgliserol (DAG) İnositoltrifosfat (IP3) Protein kinaz ve fosfatazlar G proteinleri Hücresel cevaplar 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Gen ekspresyonunda değişiklik Metabolik enzimlerin aktivitesinde değişiklik Sitoiskeletin yeniden düzenlenmesi İyon geçirgenliğinde değişiklik Bir hormon veya protein salınması DNA sentezinin uyarılması (hücre çoğalması) Hücre ölümü Hücreiçi sinyal iletim yolakları cAMP yolağı (protein kinaz A) cGMP yolağı Fosfolipidler ve Ca 2+ Ras ,Raf, MAP kinaz yolağı JAK /STAT yolağı