Jelátvitel III. Plazmamembrán receptorok

• Előadó: Buday László
• 2013. február 12.

Minden élőlény számára fontos, hogy érzékelje a külvilág egyes paramétereit, pl. pH és ozmotikus viszonyokat, fény és oxigén mennyiségét, hormonokat és neurotranszmittereket. Érkező jelre megfelelő választ ad az azt érzékelő sejt - válasz nélkül nem lenne jelentősége a jel érzékelésének sem. Jel sejtválasszá, valamilyen kémiai folyamattá konvertált - ez az információ átalakítási mód a jelátvitel, vagy szignáltranszdukció.

Elsődleges hírvivők: kémiai anyagok, jellemezhetők molekulatömegükkel, oldékonyságukkal - ez a két tényező határozza meg, hogy sejtfelszíni vagy sejtplazmai receptoruk van. Kis méretű, lipidoldékony anyagok: receptoruk intracelluláris (lásd előző előadások).

Csoportosítás:

• Ioncsatorna receptorok (pl. n-Ach)
• Enzimaktivitással rendelkező receptorok (pl. EGF receptor)
• Enzimhez asszociált receptorok (pl. IL receptor)
• Heterotrimer G fehérjével működő receptorok (adrenerg receptorok)

Plazmamembrán receptor szerkezet:

• Egy transzmembrán (α hélix) domén (TM), extra- és intracell. domén
• Többszörösen halad át a membránon (α hélixszel), jellegezetes: hét-TM receptorok („szerpentin” receptorcsalád)
• β redős struktúra fúrja át a membránt - kevéssé ismert szerkezet

Jelátvivő pályák konvergenciája, általános felépítése néhány példán:

G_s fehérje - adenilát-cikláz enzimaktivitás nő, cAMP PKA-t aktivál, fehérjefoszforiláció történik. G_q - PLC - IP3, DAG - Ca²⁺ függő kináz, PKC aktiváció, fehérje foszforilációja. Citokin receptorok - JAK - fehérjefoszforiláció. GCR - guanilcikláz - cGMP szint nő - G-kináz aktiváció, fehérjefoszforiláció. Fehérjefoszforiláció biológiai választ eredményez.

Egyre nagyobb koncentrációban, nagyobb sebességgel történik aktiváció - jel folyamatosan erősödik, mellette pozitív feedback mechanizmusok működhetnek. Pl. cAMP jelpálya: ligandkötés - G fehérje aktiváció - adenilát-cikláz aktiváció - sok cAMP előállítása (nagyságrendű növekedés), PKA aktiváció számos szubsztrátot aktiválhat foszforilációval.

Inzulin: 10 nmol a vérben - vércukor koncentrációban millimólos nagyságrendű változást eredményez.

• allosztérikus szabályozás: katalitikus alegységen kívül, más doménre köt be a regulátor molekula, regulátor alegység például cAMP kötés hatására aktiválódik az enzimben, ennek hatására ledisszociál a katalitikus alegységről, ami ennek hatására gátlás alá kerül. (Kétszeres allosztérikus szabályozás)
• kovalens módosítással történő szabályozás (fehérje poszttranszlációs módosítása)
• transzkripciós szintű szabályozás - mRNS érés, mennyiség szabályozása, lac-operon
• poszt-transzkripciós szintű szabályozás (mikroRNS) - emberi genom kb. 10%-a kódol géneket, maradék 90%-ból 30-40% mikroRNS-t kódol, ami szabályozza a transzkripciót. mRNS nem átíródó régióján lehetnek kötőhelyek, ahová a transzkripcióval, éréssel létrejövő mikroRNS-ek hozzá tudnak kötni - ezzel szabályozzák az mRNS átíródásának mértékét (pl. csak 30%-ban íródik át az mRNS - szabályozás megbomlása patogén jellegű lehet)
• degradáció/elimináció regulációja, pl. p53 degradációja állandó - ennek gátlásával emelkedik meg a szintje (DNS károsodás szignáljára)
• enzimek intracelluláris lokalizációja megváltoztatható („targetálható” az enzim)

Reverzibilis és irreverzibilis lehetőség

Irreverzibilis: γ-karboxiláció (véralvadás, Gla fehérjék létrehozása, ezek degradálódni tudnak csupán), limitált proteolízis (pl. tripszinogén - tripszin átalakulás, enzimaktivitás csak degradációval szűnik meg), ubikvitináció (szintén fehérje pusztulásához vezet).

Reverzibilis: foszforiláció, mirisztiláció, acetiláció, palmitiláció, ADP-riboziláció - gyakrabban fordulnak elő, mint az irreverzibilis módosítások.

Protein kinázok: kb. 550 féle, kapcsolt reakcióban ATP gamma foszfátját építi át a fehérjébe, foszfoprotein foszfatázok vízzel hidrolizálják a foszfátkötést, szabad foszfát, jel lecseng. Csoportosításuk - aminosav oldalláncok alapján:

• Szerin/treonin kinázok - pl. protein kináz A, C, Ca²⁺/kalmodulinfüggő kináz
• Tirozin kinázok - inzulin receptor, Src tirozin kináz (SH domének!)
• Treonin/tirozin kinázok - „vegyes” kinázok, pl. MEK kináz (MAP/Erk kináz)

Enzimek: jellegzetes doménekből állnak, melyek egyrészt jellemzőek az adott enzimcsaládra, illetve vannak univerzálisabb domének is, melyek gyakran előfordulnak különböző családokban is, jellegezets funkcióval, pl. SH2-SH3 domének

SH3 domén: 5 db béta-redő jellemző rá, hurkok kötik össze, prolinban gazdag fehérjékkel tud asszociálni. (Prolin: iminosav - sem alfa hélix, sem béta redő nem jellemző, speciálisabb szerkezet, ezt ismeri fel az SH3 domén)

SH2 domén: foszfotirozin oldalláncokhoz köt. Ilyen doménekkel rendelkező, enzimaktivitással nem feltétlenül rendelkező fehérjék kapcsolófehérjeként funkcionálhatnak, komplexeket hozhatnak létre.

PH domén: plextrin homológ domén (α hélixek+β redők+hurkok), IP₃ kötésére alkalmas

pl. PL-C γ, egyes protein kinázok tartalmazzák. Egyes jelpályák bekapcsolódása hatására a PH doménnel rendelkező enzimek kikötődhetnek a membránhoz. (Fehérje-lipid interakció lehetősége)

Fehérjék ált. típusai:

• Kapcsolófehérjék
• Állvány/horgonyfehérjék: sokféle fehérjemodullal A B C fehérjét tudnak egymás közelébe hozni
• Dokkoló fehérjék: PH doménnel membránlipidhez kötődés, illetve foszforilálódva hozzájuk köt A és B fehérje (amelyek kommunikálhatnak egymással)