Metabotropni receptorji-Marjanovic&Kustec
Transcription
Metabotropni receptorji-Marjanovic&Kustec
METABOTROPNI RECEPTORJI Seminar pri predmetu Biološke membrane Mentor: prof. dr. Igor Križaj Avtorja: Dejan Marjanovic in Anita Kustec Ljubljana, december 2014 RECEPTOR Beljakovinska molekula na celični membrani ali redkeje v citoplazmi ali celičnem jedru, na katero se specifično vežejo telesu lastne snovi kot so hormoni in živčni prenašalci ter substance, ki jih vnesemo v telo. Te substance posledično povzročijo biološki odgovor. Ključno za ugotavljanje delovanja bioloških procesov ter za načrtovanje zdravil. DELITEV Transmembranski receptorji, ki celično membrano prebadajo. Intracelularni receptorji, ki so znotrajcelične beljakovine, kot na primer receptorji za steroidne hormone. Periferni membranski receptorji, beljakovine na površini celične membrane. TRANSMEMBRANSKI RECEPTORJI Specializirani membranski proteini, ki vežejo zunajcelične ligande, kot so hormoni, nevrotransmiterji, citokini in rastni faktorji. Medcelična komunikacija in prenos signala. Sestavljeni so iz treh domen: zunajcelične, transmembranske in znotrajcelične domene. TRANSMEMBRANSKI RECEPTORJI Ionotropni receptorji Metabotropni receptorji • • • Ionski kanalček ni del njihove strukture, ampak delujejo na kanalčke preko aktivacije intermediarnih molekul, ki se imenujejo proteini G. Monomerni proteini, sestavljeni iz zunajcelične domene, ki vsebuje vezavno mesto za nevrotransmiter in znotrajcelične domene, ki veže protein G. Vezava nevrotransmiterja na metabotropni receptor aktivira G protein, ki se zatem odcepi od receptorja in direktno interagira z ionskim kanalčkom . Izključno v evkariontih. odziv v sekundah odgovori so indirektni, relativno počasni in kompleksni Receptorji spojeni z G proteinom aktivirajo intracelularne sekundarne prenašalce: diacilglicerol, IP3, cAMP, Ca2+, cGMP Sekundarni prenašalci povzročijo: • odpiranje ali zapiranje ionskih kanalov • aktivacijo kinaz • fosforilacijo proteinov (kanalov, encimov) • aktivacijo genov in sintezo proteinov METABOTROPNI RECEPTORJI Muskarinski acetilholinski receptor (mAChR) Metabotropni glutamatni receptor (mGluR) ß-adrenergični receptor nevropeptidni receptor mGluR imajo sedem transmembranskih domen. N konec je zunajcelični, C konec je znotrajcelični. Klasificirani v tri skupine, I, II in III, glede na strukturo, agoniste in kaskado sekundarnih prenašalcev. Protein G je sestavljen iz alfa, beta in gama podenote. Ko se ligand, ki je lahko nevrotransmiter ali hormon, veže na receptor, sklopljen s proteinom G, pride do spremembe oblike receptorja. alfa podenota nekovalentno veže GDP/GTP je sklopljen z encimi, ki sintetizirajo sekundarne glasnike; adenilat ciklaza sintetizira cAMP, fosfolipaza C pa sintetizira DAG in IP3 Pride do katalize in zaradi tega do odcepa GDP od alfa podenote. GDP nadomesti GTP, ki ima višjo energijo. To povzroči odcep alfa podenote od beta in gama podenote. Podenoti nato interagirata z drugimi znotrajceličnimi proteini, ki prevedejo signale v dve neodvisni poti.V nekaj sekundah se GTP pretvori nazaj v GDP, podenote se ponovno združijo in signal se "ugasne". Živčni prenašalci Ekscitatorni in inhibitorni (vpliv na širnjenje akcijskega potenciala). Glutamat, gama-aminomaslena kislina in glicin. DELITEV METABOTROPNIH RECEPTORJEV: 1. Z G-proteini sklopnjeni receptorji (vpliv na sek. Sporočevalec cAMP, cAMP stimulira cAMP odvisno protein kinazo). 2. Tirozin kinazni receptorji (aktivacija z ekstracelularnim ligandom, ki sproži fosforilacijo cele kaskade citosolnih ali membranskih proteinov). 3. Gvanilil ciklazni receptorji (cGMP aktivira citosolno PKG, ki fosforilira citosolne proteine). Tirozin kinazni receptorji Visoko afinitetni celični površinski receptorji (hormone, citokine in polipeptidne rastne faktorje). Regulacija normalnih celičnih procesov. RAZVOJ IN NAPREDOVANJE RAKA. Ekstracelularna domena za vezavo liganda, transmembranska domena in intracelularne domenekatalitična aktivnost (dodajanje fosfatnih skupin na tirozine). Najpomembnejše funkcije: celična proliferacija, diferenciacija, celično preživetje in regulacija metabolizma. Najpomembnejša pot: Ras-MAPK kinazna pot. Poddružine tirozin kinaznih receptorjev Večino sestavljajo posamezni podenotski receptorji. Multimerni kompleksi (Ins. receptor-tvori dimere povezane z disulfidi v prisotnosti inzulina). Monomer: hidrofobno-transmembransko domeno (25-38 AK), ekstracelularno N-terminalno regijo in intracelularno C-terminalno regijo. Ekstracelularna regija ima številne ohranjene elemente: Ig, EGP-podobne domene, fibronektin tipa III ali regije bogate s cisteinom. C-terminalna regija: najvišja stopnja ohranjanja. Katalitična domena-katalizirajo avtofosforilacijo receptorjev in fosforilacijo tirozinov od RTK receptorjev. Tirozin kinazni receptorji Družina tirozin kinaznih receptorjev Prenos signala s pomočjo tirozin kinaznih receptorjev Vezava liganda-stabilizacija dimerizacije receptorjev. Omogoča Tyr, da je trans-fosforiliran (prenos signala skozi membrano). Fosforilacija Tyr ostankov z aktivacijo receptorja ustvari vezavno mesto za SH2 in PTB domeno. Specifični proteini, ki vsebujejo te domene: Src in fosfolipaza Cgama. Fosforilacija in aktivacija teh dveh proteinov za vezavo na receptor vodi do začetka prenosa signala. Adapterski proteini: povežejo aktivacijo RTK z nadaljno pot prenosa signala (MAP kinazna signalna kaskada). EGF receptor Signalna pot Ras-MAPK. 1.Vezava epidermalnega rastnega faktorja 2. Dimerizacija receptorja 3. Transfosforilacija 4.Vezava adaptorskega proteina Grb2 in proteina Sos 5. Aktivacija proteina Ras 6. Aktivacija kinaze Raf 7. Aktivacija kinaze MEK 8. Fosforilacija transkripcijskih faktorjev EGF receptor Signalna pot Ras-MAPK. 1. Vezava epidermalnega rastnega faktorja 2. Dimerizacija receptorja 3. Transfosforilacija 4. Vezava adaptorskega proteina Grb2 in proteina Sos 5. Aktivacija proteina Ras 6. Aktivacija kinaze Raf 7. Aktivacija kinaze MEK 8. Fosforilacija transkripcijskih faktorjev EGFR in bolezni V EGFR družino sodijo štirje strukturno sorodni tirozin kinazni receptorji. Nezadostna ErbB signalizacija v ljudeh je povezana z razvojem nevrodegenerativnih bolezni, kot sta multipla skleroza in alzheimerjeva bolezen. Prekomerna ErbB signalizacija je povezana z razvojem različnih vrst tumorja. ErbB-1 in ErbB-2 sta značilna za številne človeške rake, njihova prekomerna signalizacija pa je lahko ključen dejavnik v razvoju in malignosti teh tumorjev. EGFR so tarče protitumorske terapije, saj je znano, da je ErbB-1 značilen za številne človeške rake. Povečana ekspresija EGFR na rakavih celicah (tudi do 2mio/celico) privede do povečane aktivnosti Ras-MAPK signalne poti, kar vodi do hitrejše rasti oziroma invazivnosti rakavih celic. EGFR je primerna tarča za protitumorsko terapijo. Dva tipa inhibitorjev delovanja EGFR: monoklonska protitelesa, ki se vežejo na ekstracelularno domeno in majhne molekule, ki se vežejo na intracelularno domeno. Inhibitorji tirozin kinaznih receptorjev Inhibitorji tirozin kinaznih receptorjev FDA (US Food and Drug Administration) za zdravljenje raka in drugih bolezni, ki jih povzročijo aktivirane RTK. Majhne inhibitorne molekule, ki so usmerjene na ATP-vezavno mesto intracelularne TKD in monoklonska protitelesa, ki interferirajo z aktivacijo RTK in tarčno delujejo na RTK-izražanje celic imunskega sistema za uničenje RTK. Učinkovine, ki delujejo na ATP-vezavno mesto proteinskih kinaz, veliko majhnih inhibitorjev RTK vpliva na več tirozin kinaz poleg svoje prvotne funkcije. Na primer imatinib je prvotno namenjen kot inhibitor za PDGFR, vendar tudi močno zavira KIT in ne-receptorsko tirozin kinazo Abl. Imatinib se uspešno uporablja za zdravljenje gastrointestinalnih stromalnih tumorjev, raka, ki je predvsem posledica konstitutivno aktivnega KIT,VEGFR2 in PDGFR. Po drugi strani pa EGFR inhibitor erlotinib in genfitinib kažeta veliko večjo specifičnost in so sposobni selektivno zavirati EGFR, v pogojih kjer je tesno povezana ErbB2 TKD nespremenjena. Čeprav so odkrili veliko inhibitorjev tirozin kinaz, ki so uspešno uporabljeni pri zdravljenju različnih vrst raka, pa so ključne težave v času zdravljenja neželeni stranski učinki, ki nastanejo zaradi pomanjkanja selektivnosti do posamezne tarče in pridobitev odpornosti na zdravilo. Viri 1. Webvision. Dostopno na: http://webvision.med.utah.edu/book/part-v-phototransduction-inrods-and-cones/glutamate-and-glutamate-receptors-in-the-vertebrate-retina (dostop 11. december 2014) 2. Lens. Dostopno na: http://www.mc.vanderbilt.edu/lens/article/?id=112&pg=999 (dostop 11. december 2014) 3. NCBI. Dostopno na: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10855/ (dostop 1. december 2014) 4. NCBI. Dostopno na: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27951/. (dostop 1. december 2014) 5. S.R. Hubbard. Structural analysis of recepor tyrosine kinases. Progress in Biophysics and Molecular Biology, let. 71, str. 343-358, 1999. 6. E. Zwick, J. Bange, A. Ullrich. Receptor tyrosine kinase signaling as a target for cancer intervention strategies. Endocr Relat Cancer, 8, str. 161-73, 2001. 7. F. Biordi. Group I metabotropic glutamate receptors: implications for brain diseases. Progress in Neurobiology, let.59, 55-79, 1999. 8. L.K. Shawver, D. Slamon, A. Ulrich. Smart drugs: tyrosine kinase inhibitors in cancer therapy. Cancer cell, 1,2002, 117-123. 9. L.Q. Chow, S.G. Eckhardt. Sunitinib: from rational design to clinical efficancy. J. Clin. Oncol., 25, 884-896, 2007. 10. H. Zhang et al. ErbB receptors: from oncogenes to targeted cancer therapies. J.Clin. Invest. 117, 2051-2058, 2007.