Introduksjon Definisjon og klassifisering Kinasefamilier: Receptor/cytosol MAP kinase signalveier
description
Transcript of Introduksjon Definisjon og klassifisering Kinasefamilier: Receptor/cytosol MAP kinase signalveier
Cellesignalisering II: Cytosoliske kinaser, Cellesignalisering II: Cytosoliske kinaser, integrering av signal, og signalveier fra integrering av signal, og signalveier fra
plasmamembranen til kjernenplasmamembranen til kjernen
Introduksjon Definisjon og klassifisering Kinasefamilier: Receptor/cytosol MAP kinase signalveier Cellulære responser regulert av MAPKer Protein kinase C Gjær to-hybridsystem Plante MAP kinaser Bakterielle kinaser Integrering og regulering av signalveier Lipid sekundære budbringere Fra plasmamembranen til kjernen Konklusjoner
IntroduksjonIntroduksjon
Vekstfaktorer stimulerer celler til deling og differensiering
Dette omfatter bl.a. dublisering av DNA i kjernen og mitose
Ekstracellulære signalmolekyl fester på celleoverflata, hvordan formidles beskjeden til kjernen?
20.5 Signals pass from activated Ras to a 20.5 Signals pass from activated Ras to a cascade of protein kinasescascade of protein kinases
Figure 20-28
Definisjon kinaser:enzymatisk phosphorylering
av proteiner eller fosfolipider
protein
kinase
phosphatase
protein
P
Not phosphorylated PhosphorylatedInactive Active
KlassifiseringKlassifisering
Kinaser grupperes etter hvilke aminosyrer de fosforylerer, to klasser:
tyrosin-kinasergjenkjennelsessekvens: lys/arg-X-X-asp/glu-X-X-X-Tyr
serine/threonin-kinasergjenkjennelsessekvens: arg-arg-X-Ser-X- eller
arg-arg-X-Thr-X
Fosforylering av Ser og TyrFosforylering av Ser og Tyr
donasjon av fosfat fra ATPdonasjon av fosfat fra ATP
Kinase familierKinase familier Ser/Thr kinaser omfatter:
cAPK (eller protein kinase A, PKA), cGMP-avhengig protein kinase, protein kinase B (PKB), protein kinase C (PKC), G protein koblet receptor kinase (ARK, rhodopsin kinase)
Tyr kinaser omfatter:Receptor tyr kinaser = intern kinaseaktivitet i receptor cytosolisk domene (eks vekstfaktor R), cytosoliske: JAK1, JAK2, Tyk. JAKs involvert i cytokin rec sign, aktiverer STAT (transkripsjonsfaktor)
Duale kinaser, involverer både Thr og Tyr:Mitogen aktiverte kinaser, MAPKs
for fullstendige lister se: http://www.sdsc.edu/Kinases/pk_home.html
20.5 Phosphorylation of a tyrosine and a 20.5 Phosphorylation of a tyrosine and a threonine activates MAP kinasethreonine activates MAP kinase
Figure 20-30
Protein fosfataserSer/thr fosfataser:
-PP1, PP2A, PP2B... -PP1 reguleres indirekte ved cAPK
fosforylering, mens PP2A er Ca2+-avhengig, og PP2B avhengig av Mg2+
-PP1 og PP2A hemmes av okadinsyreTyr fosfataser:
-to klasser: receptor bundne og intracellulære
-PTP 1B, PTP 1C...-PTP 1B reguleres ved lokalisering,
f.ex. ER/cytosolDual spesifikke fosfataser, DSPs:
-inkluderer bl.a MAPK fosfataser (MKP)-MKPs kodes for av minst 10
forskjellige gener
MAP kinase familienMAP kinase familien
Alle Ras-koblede RTKs i mammalske celler aktiverer en høyt konservert kinase cascade som til slutt ender i aktivering av MAP kinase (mitogen aktivert protein eller ERK)
MAPK aktiveres ved fosforylering av thr/tyr-kinase MAPKK (MEK)
Mammaler uttrykker 4 grupper MAPKs hvor hver gruppe aktiveres av distinkte MEKs:
-ERK1/2 (p42, p44)-p38 (p38)-jun aminoterminal kinases (JNK 1/2/3)-ERK5
MAP kinase signalveierMAP kinase signalveier
Studier i gjær, rundorm, bananflue og mammaler har avdekket en høyt konservert kaskade av protein kinaser som fungerer nedstrøms Ras:
Aktivert Ras binder til N-terminal domene av Raf, en ser/thr kinase
Raf binder og fosforylerer MEK, en kinase som fosforylerer tyr og ser
MEK fosforylerer og aktiverer MAP kinase, en ser/thr kinase MAP kinase fosforylerer mange forskjellige protein inkludert
transkripsjonsfaktorer, som medierer cellulære responser
MAP kinase MAP kinase kaskade kaskade aktivert aktivert
nedstrøms Rasnedstrøms Ras
Cellulære responser regulert av MAPK
cellulære responser regulert av MAPKs:-kontroll av genuttrykk-celleproliferasjon-programmert celledød, apoptose
eksperimentell tilnærming i mammaler:-geninaktivering-selektive hemmere
mekanisme:-transkripsjon ved aktivering av
transkripsjonsfaktorer allerede bundet til DNA eller ved dimerisering av transkripsjonsfaktorer
-mRNA stabilisering i cytosol-translasjon ved fosforylering av
translasjons initierings faktor 4
20.5 Multiple MAP kinase pathways are 20.5 Multiple MAP kinase pathways are found in eukaryotic cellsfound in eukaryotic cells
Figure 20-32
20.5 The yeast two-hybrid system can be used to 20.5 The yeast two-hybrid system can be used to demonstrate interaction of components in the pathwaydemonstrate interaction of components in the pathway
Figure 20-29
Protein kinase C, PKC
Protein kinase C regulerer vekst, differensiering og membran prosesserPKC familien inkluderer 11 subtyper Alle isoformer PKC består av regulatorisk domene og katalystisk domenePKC kan aktiveres fra bl.a. PI-3K, PLC, PLCDe 11 PKC subtypene kan deles inn i 3 klasser:
-cPKC - Ca2+, DAG-nPKC - DAG, FFA-aPKC - PS, FFA
Plante MAP kinaser
MAP kinase signalisering viktig i planters vekst og utvikling
MAP kinase homologer er identifisert i planter, så som MAPKs, MAP2Ks, MAP3Ks og MAP4Ks
biologiske responser regulert av MAPK signalveier i planter inkluderer:
-respons til etylen, abscisinsyre, patogener og skade
Bakterielle kinaser
Histidine og asparagin fosforyleres i bakterier
To-komponent signaliseringssystem
-deteksjon av stimulus fører til fosforylering av detektor protein i His-enhet
-fosforylgruppe overføres så til respons regulator protein som fosforyleres på asp
-dette endrer funksjon av sistnevnte protein, f.ex. økt DNA-binding og endring av transkripsjonsrate
To-komponent signaliseringsvei som tillater kjemotakse-reseptorer å kontrollere flagellbevegelse ved kjemotakse
20.7 Interaction and regulation of 20.7 Interaction and regulation of signaling pathwayssignaling pathways
The effects of activation of GPCRs and RTKs is more complicated than a simple step-by-step cascade
Stimulation of either GPCRs or RTKs often leads to production of multiple second messengers, and both types of receptors promote or inhibit production of many of the same second messengers
The same cellular response may be induced by multiple signaling pathways
Interaction of different signaling pathways permits fine-tuning of cellular activities
20.7 Multiple G proteins transduce 20.7 Multiple G proteins transduce signals to different effector proteinssignals to different effector proteins
20.7 Regulation of certain effectors by G20.7 Regulation of certain effectors by G and and
various Gvarious G ·GTP complexes contributes to ·GTP complexes contributes to
integration of cellular metabolismintegration of cellular metabolism
Figure 20-43
Lipid sekundære budbringereLipid sekundære budbringere
Membran fosfolipider viktig lager for lipid sekundære budbringere i ustimulerte celler
Membran fosfolipider omfatter fosfolipider (PI, PE, PC) og sfingomyelin
Produksjon av lipid sekundære budbringere reguleres av fosfolipase A2, C og D; og sfingomyelinase
Prinsipielt to typer sek. budbringere:-lipid-derivater-forskjellige fosforyleringsformer av PI utført av
lipid kinaser (f.ex. PI-3K, PI-4K)
Intra/inter-cellulære lipid sek. Intra/inter-cellulære lipid sek. budbringerebudbringere
Intercellulære lipid budbringere:-plateaktiverende faktor (PAF)-lysofosfatidic acid (LPA)-eicosanoider (parakrin mekanisme)
Intracellulære lipid budbringere-fosfatidylinositol fosfat (PIPs)-diacylglycerol (DAG)-ceramid-eicosanoider (autokrin mekanisme)
Enzymer involvert:-PLA2, PI-PLC, PLD, SMase, PI-kinaser
Arachidonatkaskaden
Fosfolipase A2Fosfolipase A2
frigjør umettede fettsyrer fra sn-2-posisjon i membran fosfolipider, regulerer produksjon av lyso-fosfolipid og umettede fettsyrer
umettede fettsyrer omsettes momentant til eicosanoider via bl.a. cyclooksygenaser og lipoksygenaser
11 forskjellige typer PLA2 enzymer, kan deles inn i tre grupper:
-sekretoriske PLA2-cytosoliske, calsiumavhengige PLA2-cytosoliske, calsiumuavhengige PLA2
3 PLA2-enzymer involvert i cellulær signalisering: gruppe IIA, IV og V
Funksjon:-de/re-acylering av membr. fosfolipider-eicosanoid, lPC-produksjon: prostaglandiner, leukotriener, lysofosfatid-syre (LPA)
Regulering av signaliserings PLA2 enzymer:-sekretoriske: sekresjon, substrattilgang -cytosoliske: økning i intracellulær Ca2+, fosforylering (ser 505, 727), PIP2 (Huwiler et al, 2000)
Cellulære responser:-inflammasjon-proliferasjon-genregulering (NF-B)
Fosfolipase C og DFosfolipase C og D
fosfatidyl-spesifikk fosfolipase C, PI-PLC spalter PI i diacylglycerol (DAG) og inositol 3-fosfat (IP3)
PI-PLC, hovedsaklig 3 former, men flere versjoner av hver form:
-PLC--PLC--PLC-
regulert via heterotrimere G-protein () eller reseptor tyr kinaser ()
fosfolipase D, PLD, substrat er fosfatidylcholin PC to mammalske PLD klonet, PLD1 og PLD2 regulering: PLC eller PKC, heterotrimere/monomere G-prot
(rho)
Forskjellige fosforyleringsformer av Forskjellige fosforyleringsformer av fosfatidylinositol (PI)fosfatidylinositol (PI)
Cellulære responser regulert av Cellulære responser regulert av lipid sek. budbringerelipid sek. budbringere
Arachidonyl-deriverte eicosanoider, LTB4, PGE2, HETEs etc. samt LPA og PAF virker via distinkte trimere G-protein-koblede reseptorer
aktivering av disse reseptorer initierer intracellulære kinase-kaskader som omfatter PKC, MAPK, ... etc.
PI sentralt reguleringspunkt i intracellulære signalresponser ved at forskjellige fosforyleringsformer utført av PI-kinaser regulerer kons av membranens innhold av PIP, PIP2, PIP3
PIP2 viktig som substrat for PI-PLC, PI-3K og som regulator av cPLA2 membranassosiasjon
biologiske responser regulert av lipid sek. budbringere og PIPs, se fig.
Fem paralelle signalveier aktivert av G-protein reseptorer, reseptor tyrosin kinaser, eller begge
20.8 From plasma membrane to nucleus20.8 From plasma membrane to nucleus
Many cellular responses induced by water-soluble hormones, growth factors, and neurotransmitters result from their effects on gene expression
Such pathways usually involve activation of protein kinases that directly or indirectly phosphorylate specific transcription factors
20.8 CREB links cAMP signals to 20.8 CREB links cAMP signals to transcriptiontranscription
Figure 20-48a
20.8 MAP kinase regulates the activity of 20.8 MAP kinase regulates the activity of many transcription factorsmany transcription factors
Figure 20-48b
20.8 Phosphorylation-dependent protein 20.8 Phosphorylation-dependent protein degradation regulates NF-degradation regulates NF-BB
Figure 20-49
Patient suffering Patient suffering from psoriasisfrom psoriasis
Secretory group IIa PLA2 is Secretory group IIa PLA2 is overexpressed in differentiated overexpressed in differentiated keratinocytes in psoriatic skinkeratinocytes in psoriatic skin
Andersen et al., Inflammation, 18,1,1994.
TNF-R1 IL-1-R1
MAP3K/NIK
IKK
NF
NFB
TRAF2 RIP
IB P
Plasma membrane
Nucleus NF-B binding to DNA
TRAF6 IRAK
snpPLA2
AA
AA
LTB4
LTB4
cPLA2 P
PLA2: ???
Plasma membrane
TNF-R1 IL-1-R1
MAP3K/NIK
IKK
NF
NFB
TRAF2 RIP
IB P
Nucleus NF-B binding to DNA
TRAF6 IRAK
snpPLA2 BLTR receptor
AAPI 3-kinase
AA
LTB4
LTB4
cPLA2 P
PKC
p38 MAPK
Membr.rearr.
Anthonsen et al., J.Biol.Chem.276,38,35344,2001.
KonklusjonerKonklusjoner
protein og lipid kinaser formidler extracellulære signal intracellulært
signalet ender som regel opp I kjernen med aktivering av transkripsjonsfaktorer
reseptor stimulering aktiverer vanligvis multiple signalveier, med mulighet for gjensidig vekselvirkning, og ender opp med aktivering av flere typer transkripsjonsfaktorer