====== Jelátvitel, intracelluláris receptorok ====== * 2013. február 05. * Előadó: Mandl József Élő rendszerek működésének feltétele: környezettől való elkülönülés - de a nyitott rendszer mivolta miatt nyitottság szükséges Jelátviteli rendszerek - jel be tud lépni a sejtbe, vagy nem tud belépni a sejtbe * //Plazma felszíni// receptorok * //Intracelluláris// receptorok Jelátvitel jelenti a külső környezetből érkező jelek átvitelét, ill. belső - organellum (mitokondrium, ER) - jelforrásokból érkező jelek átvitele (hasonló logikájú mechanizmusok). Jelátvitel következéménye: * Változás **génexpresszió** szintjén (adott állapothoz képest) * Közvetlenül, vagy közvetve **fehérjeműködésben** való változás ==== Intracelluláris receptorok ==== * Sejtbe kerülő jelek, ligandok kötése (pl. citoszolban), komplex átkerül a magba (//transzlokáció//), vagy a jel a magba kerül, és az ott található fehérjéhez kötve okoz aktivációt. * Aktiválódás a membránban, proteolízis - fragmentum a magba kerül, transzkripciós faktor Magi (szteroid, tiroid, retinoid) receptorok funkciói: * egyedfejlődés, differenciálódás, * hormonhatások, * sejt-sejt kölcsönhatások, * tápanyag érzékelés ("nutrient sensing"), xenobiotikum érzékelés Metabolizmus integrációja, tápanyagbevitel szabályozása, adaptáció (genetikai alkat molekuláris meghatározói) Magi receptorcsalád univerzális (közös ősgén), kb. 50 fehérje, ligandjuk lipid/zsíroldékony molekula. Szabályozásuk: jelen van-e a ligand, illetve milyen kapcsolatokat alakít ki a fehérje nem receptor fehérjékkel **Szerkezetei hasonlóság:** DNS kötő domén - * //helix-turn-helix// szerkezetű domén (H hidakkal köti a DNS-t) * //Zn-ujj// motívumot tartalmazó Response element - Ligand kötő domén (C terminálishoz közel), Transzaktivációs domén - koaktivátorok kötődésének lehetősége Altípusok: - **Szteroid család**: homodimer formájában történő kötődés a hormon response elementen (HRE) - 2 db GR, MR, PR - **Nem szteroid család**: heterodimer formában történő kötődés. Dimer állandó tagja: RXR - hozzáköt pl. tiroid receptor (TR), PPAR, RAR. RXR: master regulátor "Árva" receptorok: nincs ismert ligand, nincs ismert funkció Drog metabolizmust szabályozó magi receptorok: CAR (xenobiotikumok), LXR, PXR, PPAR (zsírsavak, eikozanoidok) __Gene battery:__ adott transzkripciós faktor hány fehérje expresszióját szabályozza Response elementek nukleotidsorrendje igen hasonló - hexanukleotidok közötti eltérő nukleotid számok térhetnek el. Hexanukleotid inverted repeat, visszafelé ismétlődik (homodimer kötés jellemző), vagy direkt repeat, ismétlődik (heterodimér kötés jellemző) === Szteroid-tiroid-retinoid receptor szerkezet === * A/B régió (N terminális) koaktivátorok, transzaktivátorok, transzkripciós fehérjék kötésére alkalmas * DBD konzervatív régió: HRE-hez kötődés, két cinkujj * LBD nagy affinitással ligandot köt, szelektív, sztereospecifikus, reverzibilis * C terminális rész: fehérje kötés - hősokkfehérje elfedi a kötőhelyet, de szteroid megjelenésére disszociál **Szteroid típusű jelátvitel**: ligand nélkül hsp kötés (hsp 90), nincs némítás **Tiroid típusű jelátvitel**: nincs hsp asszociáció, ligand nélkül HRE-hez való kötődés - némító hatás, blokkolja a transzkripciót - receptor eleve a magban, ligand nélkül blokkol Ligand nélküli aktiválás: pl. dopamin aktiváló hatást vált ki egyes receptorokon (PR, ER, VDR), növekedési faktorok hatása kivédhető antiösztrogénnel //"Crosstalk"//: ösztrogénreceptor citoszolban ligandot köt, magban transzkripciós faktor, de egy membránhoz kötőtt jelátviteli utat is elindít - receptorfehérjék posztranszlációsan módosulhatnak foszforiláció kinázokkal (JNK, PKA, PKC, ERK), acetiláció, ubikvitináció, metiláció //Kromatin remodelling//: nukleoszómális szerkezet változások, hiszton módosításon, DNS módosításon (metilálás) keresztül hiszton deacetiláz asszociál, ha nincs tiroid hormon, hormonhatásra disszociál Koaktivátorok szerepe: CBP, AP-1, STAT === Diagnosztikai, terápiás alkalmazás === * endokrin kórképek - hormon rezisztencia szindrómák a receptorfehérjék zavara miatt alakulhatnak ki (ligand rendelkezésre áll, de nincs hatás), pl. parathormon rezisztencia, glukokortikoid rezisztencia, D vitamin rezisztens angolkór, androgén rezisztencia * receptorkimutatás: ER, GR. AR - rák esetén kimutatás * antiszteroidok: nem disszociál, kötőhelyet elfoglal, dimerizációt gátol * onkogének: módosult szteroid receptorok: konstitutív hatás jöhet létre, hormonfüggőség megszűnik ====== Jelátvitel ====== * 2013. február 8. * Előadó: Mandl József ===== HIF-1 szerepe az oxigén-homeosztázis szabályozásában ===== Az emberi test oxigén felvétele: kb. 85%-ban oxidatív foszforilációval tökéletesen redukálódik az oxigén, 1-5%-ban tökéletlenül redukált oxigén-származékok (ROS) keletkeznek, nem enzimatikus folyamat - szabályozása nehéz, nem keretek között tartható **Oxigén homeosztázis**: oxigén fogyasztása főként oxidatív foszforilációval (85% eltolódhat, pl. májban biotranszformáció mellett CYP rendszer oxigenázai is sok oxigén fogyasztanak) - nagy mértékű fogyasztás hipoxiát okoz, de kialakulhat oxidatív stressz, hiperoxia is a szervezetben. Globális regulátor: **HIF-1 (hipoxia inductibe factor)**, oxigenált sejtekben működő transzkripciós faktor, szerepet játszik * Angiogenezis * Oxigén szállítás, vörösvérsejt képződés - erithropoetin HIF-1 függő termék, indukálja génjének kifejeződését * Vas anyagcsere * Glikolízis enzimeinek kifejeződését indukálja a HIF-1 * Glukóz felvétel * pH szabályozás * Autofágia Élettani folyamatok, melyekben **fiziológiai jelentősséggel** bír: * Magzati fejlődés * Sejt differenciálódás * Sejt proliferáció * Sebgyógyulás **Patogenetikus tényező** a hipoxia: * Ischaemiás betegségek * Krónikus obstruktív betegségek * Rosszindulatú betegségek * Atherosclerosis - beszűkülő erekkel következő romló oxgénellátás * Diabetes mellitus * Gyulladásos betegségek * Psoriasis * Pre-eclampsia ==== HIF-1 transzkriptom ==== több ezer gén, céljuk az //oxigén szállítás és ellátás// elősegítése, hiány túlélésének elősegítése - in vivo válasz a hipoxiára (fiziológiás állapot is lehet) pl. glukóz transzporterek (GLUT-1, 3), hem-oxigenáz, hexokináz, erythropoetin, VEGF, transzferrin, coeruloplasmin HIF-1 heterodimer transzkripciós faktor, **alfa és béta alegységből** áll. Alfa indukálható, béta konstitutív - alfa induktora az oxigén (jelként felfogható). Béta alegység "master regulator", dimer állandó eleme, expresszió független az oxigéntől. DNS kötő domén: basic helix-loop-helix (bHLH) motívumból áll. Általános szabályozó rendszer, minden humán szövetben megtalálható. Hipoxia response element-hez kapcsolódik a DNS-en, dimer formában. **Oxigén-érzékelés**: PHD és FIH enzimek szubsztrátja az oxigén - hipoxiában nem működnek, HIF-1 alfán nem tudnak létrehozni poszttranszlációs módosítást. Alfa alegység rendelkezik ODD doménnel (oxigén dependens degradáció) - egyes as-ak oxigenálásával kapcsolatos, prolin és aszparaginsav oxigenálódhat (-oxigén szenzin). Szubsztrát kötő domén: **PAS domén** (PER, ARNT, SIM domén), transzaktiválásért és dimerizációért felelős. Ha oxigenált az as az alfa alegységen, hozzá **von Hippel-Lindau** fehérje kötődik - ez szignál //ubikvitinálódásra//, majd lebomlásra. Konstitutívan kifejeződik az alfa alegység, de normoxiában állandóan le is bomlik. **Prolil hidroxilázok (PHD)**, Fe(II) és alfa-ketoglutarát függő dioxigenázok (2 prolin), **aszparaginil hidroxiláz (FIH-1)** - működésének hatására a p300 fehérje (további transzkripciós faktor) nem tud kötődni. Oxigén inszenzitív szabályozás: lizin acetiláció, cisztein nitrozilálása Daganatképződésben betöltött szerepe: VHL-fehérje nem képződik, nincs ubikvitinizáció a HIF-1 alfán, nincs degradáció, és oxigén dependens gén transzkripció zajlik annak szükségessége nélkül is HIF-1 alfa termelődése: növekedési faktor és receptor tirozin kináz által indított kaszkád. Hipoxiában termelődésének mennyisége is nő, tágabb értelemben a tápanyaghiány által előidézett stressztől is véd ===== AHR - aryl hydrocarbon receptor ===== Aromás szénhidrát receptor - biotranszformációs folyamatok enzimjeinek expresszióját segíti elő (oxidoreduktázok, glutation-transzferáz) - természetes ligand, fiziológiás szerep kevéssé felderített - policiklusos aromás szénhidrogének a ligandjai, pl. benzpirén - genotoxikus anyagok, P450 induktorok - dohányfüstben előforduló anyagok Jellegzetesen kötődik a receptorhoz a dioxin (TCDD) - teratogén hatású, reproduktív funkciókat gátló hatások ==== Belső jelforrások ==== Elsősorban mitokondrium, endoplazmás retikulum - Sterol Response Element Binding Protein **(SREBP)** az ER membránjából aktiválódva kilép és a magba jut, transzkripciós faktor. Plazmamembránból érkező impulzus hatására belső faktor fejti ki a hatását, pl. NF-kB, FOXO. Magi impulzus hatására "érik meg" a transzkripciós faktor. **NF-kB** (kappaB): inaktivált formában, inhibitor fehérjével (IkB) kötve helyezkedik el, és jelpályák hatására, membránról érkező jelet követően - foszforilációval - felszabadul a gátlás alól - gyulladásos folyamatokban vesz részt (arthritis, asthma). IkB ubikvitinálódva degradálódik. Glukokortikoid gyulladásgátló hatása: NF-kB központi szerep - IkB mRNS szintjét emelik a glukokortikoidok, kompetálnak az NF-kB-vel a koaktivátor-kötésben, és gátolják az NF-kB aktiválódását. ROS induktív hatású - protektív fehérjék, ferritin, hem oxigenáz.