doc. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. Buněčná signalizace figure_15_01.jpg Členění podle různých parametrů * Dle vztahu buňky vysílající a přijímající signál * závislé na kontaktu (contact-dependent) * parakrinní * synaptické * endokrinní figure_15_02a.jpg figure_15_02b.jpg figure_15_02c.jpg figure_15_02d.jpg Členění podle různých parametrů * Typy receptorů * povrchové receptory * intracelulární receptory figure_15_03a.jpg figure_15_03b.jpg Členění podle různých parametrů * Dle důsledků figure_15_04.jpg figure_15_05.jpg figure_15_05.jpg * 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 figure_15_06a.jpg Základní typy membránových receptorů * Receptory typu iontových kanálů figure_15_06b.jpg Základní typy membránových receptorů * Receptory spřažené s G-proteiny figure_15_06c.jpg Základní typy membránových receptorů * Receptory spřažené s enzymy/enzymatickou funkcí • Základní biochemické mechanismy buněčné signalizace * 1. Změna proteinové konformace • * 2. Fosforylace – kovalentní přidání anorganického fosfátu (z ATP) na molekulu proteinu enzymem, který se jmenuje kináza * * 3. Nekovalentní záměna GDP za GTP Základní biochemické mechanismy buněčné signalizace * 1. Změna proteinové konformace • Výsledek obrázku pro protein conformation Základní biochemické mechanismy buněčné signalizace * 2. Fosforylace – kovalentní přidání anorganického fosfátu (z ATP) na molekulu tyrosinu nebo serinu/threoninu enzymem, který se jmenuje kináza • Výsledek obrázku pro serine and phospho-serine Výsledek obrázku pro atp phosphate figure_15_07a.jpg Základní mechanismy buněčné signalizace Základní biochemické mechanismy buněčné signalizace • * 3. Nekovalentní záměna GDP za GTP Výsledek obrázku pro gdp and gtp Základní mechanismy buněčné signalizace figure_15_07b.jpg figure_15_08.jpg Základní mechanismy buněčné signalizace GTPase activating protein Guanine nucleotide exchange factor Signální molekuly často tvoří velké uspořádané komplexy, které organizují efektivní přenos signálu * Na cytoplazmatických „lešeních“ (scaffolding proteinech) * Na receptorech * Na membránových doménách figure_15_10a.jpg figure_15_10b.jpg figure_15_10c.jpg figure_15_11.jpg Proteinové domény a organizace signálních komplexů figure_15_12.jpg Jednotlivé signální dráhy interagují a koordinují se figure_15_13.jpg Různé signální kaskády probíhají různou rychlostí Pozitivní a negativní zpětná vazba * Jsou dva základní principy, které regulují intenzitu a délku trvání signálu figure_15_17.jpg Pozitivní a negativní zpětná vazba figure_15_18a.jpg Pozitivní a negativní zpětná vazba figure_15_18b.jpg Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba figure_15_18c.jpg figure_15_18d.jpg Pozitivní a negativní zpětná vazba Pozitivní a negativní zpětná vazba figure_15_19.jpg figure_15_19.jpg figure_15_19.jpg * Internalizace receptoru * Degradace receptoru * Inaktivace receptoru * Inaktivace signálního proteinu * Produkce inhibitoru * Aj. * Mechanismy negativní zpětné vazby figure_15_20.jpg •Mechanismy negativní zpětné vazby figure_15_20.jpg •Mechanismy negativní zpětné vazby Druhý posel Y:\Dokumenty\2017\Prednaska\Signalizace\04.tiff Druhý posel D:\Users\muni\Desktop\Vita\3.jpeg 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 figure_15_21.jpg •Receptory spřažené s G proteiny (GPCR) figure_15_21.jpg figure_15_22.jpg •Receptory spřažené s G proteiny (GPCR) figure_15_23.jpg •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. figure_15_25.jpg Cyklický AMP – adenylyl cykláza vs. fosfodiesteráza cAMP je typický druhý posel asociovaný s GPCR figure_15_26.jpg •Cyklický AMP – aktivuje protein kinázu A (PKA) figure_15_27.jpg table_15_01.jpg figure_15_28.jpg •GPCR aktivují i lipidické druhé posly přes fosfolipázu C (Phosphatidyl inositol 4,5 – bisphosphate) figure_15_29.jpg figure_15_30.jpg Ionty Ca2+ jsou hlavním anorganickým druhým poslem * Vápníkové vlny po oplození vajíčka figure_15_31.jpg figure_15_32.jpg figure_15_33.jpg Vápníkové senzory - calmodulin * figure_15_34.jpg •Vápníkové senzory – CaMK (Ca/Calmodulin-dependent kinases) figure_15_35.jpg table_15_02.jpg figure_15_37.jpg Cyklický GMP je druhý posel zprostřekovávající vidění figure_15_39.jpg figure_15_39.jpg 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-cis-retinalu 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. Trans-izomer 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, * figure_15_41.jpg * 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 table_15_03.jpg Shrnutí základních funkcí trimerických G proteinů BUNĚČNÁ SIGNALIZACE: Konec prvního dílu figure_15_43.jpg Receptorové tyrosin kinázy table_15_04.jpg •Receptorové tyrosin kinázy figure_15_44.jpg figure_15_45.jpg figure_15_46a.jpg figure_15_46c.jpg figure_15_46b.jpg Doména SH2 rozpoznává fosfo-tyrosin figure_15_47.jpg Aktivace malé GTPázy z rodiny Ras figure_15_49.jpg table_15_05.jpg figure_15_55.jpg figure_15_64.jpg figure_15_64.jpg figure_15_64.jpg Signalizace přes jaderné receptory figure_15_65.jpg BUNĚČNÁ SIGNALIZACE: Díl II Krátká exkurze do signálních drah významných v imunologii a vývojové biologii figure_15_56.jpg Signalizace přes cytokinové receptory – JAK/STAT signální kaskáda table_15_06.jpg figure_15_62.jpg Signalizace přes NFkB (indukovaná tumor necrosis factor) figure_15_57.jpg TGF (transformující růstový faktor)/BMP (bone-morphogenetic protein) signalizace figure_15_58.jpg Signalizace Notch Figure 15-59.jpg •Signalizace Notch figure_15_60.jpg •Signalizace Wnt •Signalizace Hedgehog (vyžaduje primární cilium) Image result for sonic hedgehog pathway figure_15_68.jpg Vznik živočišných signálních kasdád