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
Jelátvitel jelenti a külső környezetből érkező jelek átvitelét, ill. belső - organellum (mitokondrium, ER) - jelforrásokból érkező jelek átvitele (hasonló logikájú mechanizmusok).
Jelátvitel következéménye:
Magi (szteroid, tiroid, retinoid) receptorok funkciói:
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 -
Response element - Ligand kötő domén (C terminálishoz közel), Transzaktivációs domén - koaktivátorok kötődésének lehetősége
Altípusok:
„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 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
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
Élettani folyamatok, melyekben fiziológiai jelentősséggel bír:
Patogenetikus tényező a hipoxia:
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
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
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.