doc. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. Buněčná signalizace Členění podle různých parametrů Dle vztahu buňky vysílající a přijímající signál závislé na kontaktu (contact‐dependent) parakrinní synaptické endokrinní  Členění podle různých parametrů Typy receptorů povrchové receptory intracelulární receptory Členění podle různých parametrů Dle důsledků Stejná signální molekula  může působit různě na  různé buněčné typy Podle typu membránových receptorů Receptory typu iontových kanálů Receptory spřažené s G‐proteiny Receptory spřažené s enzymy/enzymatickou funkcí Členění podle různých parametrů Základní typy membránových receptorů Receptory typu iontových kanálů Základní typy membránových receptorů Receptory spřažené s G‐proteiny Základní typy membránových receptorů Receptory spřažené s enzymy/enzymatickou funkcí Základní biochemické mechanismy buněčné signalizace 1. Fosforylace – kovalentní přidání anorganického fosfátu (z ATP) na molekulu tyrosinu nebo serinu/threoninu enzymem, který se jmenuje kináza 2. Nekovalentní záměna GDP za GTP Základní mechanismy buněčné signalizace Základní mechanismy buněčné signalizace Základní mechanismy buněčné signalizace Signální molekuly často tvoří velké uspořádané  komplexy, které organizují efektivní přenos signálu Na cytoplazmatických „lešeních“ (scaffolding proteinech) Na receptorech Na membránových doménách Proteinové domény a organizace signálních komplexů Jednotlivé signální dráhy interagují a koordinují se Různé signální kaskády probíhají různou rychlostí Efekt stability proteinu (modrá čísla – turnover time) Vliv počtu signálních molekul, které „ se musí potkat“ Pozitivní a negativní zpětná vazba Jsou dva základní principy, které regulují intenzitu a délku trvání signálu Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba Internalizace receptoru Degradace receptoru Inaktivace receptoru Inaktivace signálního proteinu Produkce inhibitoru Aj. Mechanismy negativní zpětné vazby Mechanismy negativní zpětné vazby Mechanismy negativní zpětné vazby Druhý posel Druhý posel Druhý posel Malé molekuly, které jsou produkovány enzymatickými reakcemi nebo uvolňovány iontovými kanály Slouží k amplifikaci signálu Jejich produkce i destrukce jsou lokalizovány, což umožňuje jejich kontrolu v čase a prostoru Příklady nejznámějších signálních kaskád:  Mechanismy přenosu signálu a regulace cAMP System Phosphoinositol system cGMP System Tyrosine kinase system First Messenger (signální  molekula) ACTH, ANP, CRH, CT, FS H, Glucagon, hCG, LH, M SH, PTH, TSH AGT, GnRH, GHRH, Oxyt ocin, TRH ANP, Nitric oxide INS, IGF, PDGF Signal Transducer GPCR GPCR ‐ RTK Primary effector Adenylyl cyclase Phospholipase C guanylate cyclase RasGEF (Grb2‐Sos) Secondary effector protein kinase A PKC; CaM protein kinase G MAP3K (c‐Raf) Receptory spřažené s G proteiny (GPCR) Receptory spřažené s G proteiny (GPCR) Receptory spřažené s G proteiny – trimerické G proteiny Zajímavost: If you had to make a wild guess about the target of a certain drug, your best odds are with “G-protein coupled receptor.” Drugs targeting members of this integral membrane protein superfamily, which transmit chemical signals into a wide array of different cell types, represent the core of modern medicine. They account for the majority of best-selling drugs and about 40% of all prescription pharmaceuticals on the market. Cyklický AMP – adenylyl cykláza vs. fosfodiesteráza Cyklický AMP – aktivuje protein kinázu A (PKA) GPCR aktivují i lipidické druhé posly Ionty Ca2+ jsou hlavním anorganickým druhým poslem Vápníkové vlny po oplození vajíčka Vápníkové senzory - calmodulin Vápníkové senzory – CaMK (Ca/Calmodulin-dependent kinases) Cyklický GMP je druhý posel zprostřekovávající vidění Morfologie tyčinek Aktivace tyčinky světlem (upraveno z Wiki) Po dopadu světla na sítnici dochází k jeho absorpci. Tyčinky jsou neuvěřitelně citlivé, reagují na dopad jediného fotonu. Za tmy jsou Na kanály otevřeny (jsou závislé na cGMP) Absorpce vede k excitaci membrány, která se projeví izomerací 11-cisretinalu na ALL-TRANS-RETINAL. Dochází tak ke změně jeho geometrie (Schiffova baze s opsinem se posune o 0,5 nm). Energie fotonu se tedy transformovala na pohyb atomů. Světelná aktivace je velice rychlá a přitom složitá. Během milisekund proběhne řada fotochemických reakcí, jejichž meziprodukty (bathorodopsin, lumirodopsin, metapodopsin I, metarodopsin II) vykazují různá maxima od 500 do 380 nm. Následujícím důsledkem dopadu fotonu je odpoutání barviva od bílkoviny. Transizomer už nezapadá do vazebného místa. Rhodopsin se tak rozpadá na opsin a all- trans-retinal. Takto aktivovaný rhodopsin dále aktivuje G-protein TRANSDUCIN Kaskáda pokračuje aktivací FOSFODIESTERÁZY (PDE), která hydrolyzuje cGMP na NECYKLICKÝ 5´-GMP. Původně otevřený kanál pro Na+ ionty se uzavírá, tok iontů se zastaví. Následkem je HYPERPOLARIZACE membrány, jedna molekula rodopsinu  absorbuje jeden foton je aktivováno 500 G‐proteinových  molekul dále je aktivováno 500 molekul  fosfodiesterázy cyklického GMP 105 molekul cyklického GMP je  hydrolyzováno uzavírá se 250 kationtových kanálů 106‐107 kationtům Na+ za sekundu  je zbráněno vstoupit do buňky po  dobu 1 sekundy membránový potenciál buňky je  změněn o 1mV signál je přenášen do mozku Shrnutí základní funkcí trimerický G proteinů Receptorové tyrosin kinázy Receptorové tyrosin kinázy Doména SH2 rozpoznává fosfo-tyrosin Aktivace malé GTPázy z rodiny Ras BUNĚČNÁ SIGNALIZACE: Konec prvního dílu BUNĚČNÁ SIGNALIZACE: Díl II Krátká exkurze do signálních drah významných v imunologii a vývojové biologii Signalizace přes cytokinové receptory – JAK/STAT signální kaskáda Signalizace přes NFB (indukovaná tumor necrosis factor) TGF (transformující růstový faktor)/BMP (bone-morphogenetic protein) signalizace Signalizace Notch Signalizace Notch Signalizace Wnt Signalizace Hedgehog (vyžaduje primární cilium) Signalizace přes jaderné receptory Vznik živočišných  signálních kasdád