====== Növekedési faktorok II., Inzulin jelpálya ====== * Előadó: Buday László * 2013. 02. 26. ===== Növekedési faktor által elindított jelpálya ===== Folytatás a Ras-tól: (**Ras aktiválódás** - lásd előző előadás) Kiegészítések: Sos-nek van bazális aktivitása - így Ras közelébe kerülve azonnal aktiválhatja azt. Ras aktiváció jelentősége: ==== Ras szerepe ==== Membrántól membránig jelpálya - Ras **időkapcsolóként** működik, GTP kötés hatására aktivál, majd néhány perc alatt hidrolizálja a GTP-t GAP fehérjék segítségével (GDP-re és anorganikus foszfátra), majd ki is kapcsol. Növekedési jelpálya időbeli lefutását a Ras határozza meg. * Ras sérülése humán daganatokban kimutatható (kiemelten: pancreas karcinóma [90%-ban], colon adenoma, tüdő adenokarcinóma). * Costello-szindróma: jellegzetes arckoponya degeneráció, csont-és szívrendszeri rendellenességek, daganatos betegségekre való hajlam, szintén Ras hiba okozza. === Ras szerkezet === Effektor domén, //GDP/GTP kötő// régió elszórtan helyezkedik el a Ras fehérjében, létezik //membrán targettáló szekvencia// (zsírsavkötéssel kovalensen beköt a membránba - hiányában teljesen elveszti biológiai aktivitását a fehérje). GTP kötés hatására effektor domén effektor fehérjét köt - jelpálya folytatódik. === Ras effektor fehérjék === Legfontosabbak: //Raf szerin-threonin kináz// illetve //PI3kináz 110 kDa-os// alegysége. Raf által elindított kaszkád: **MAP kináz-kaszkád**. Útja: Raf - MEK - MAP kináz. * Raf: v-raf, c-raf típusok, szerin-threonin kináz * MEK: Map/Erk kináz, threonint és tirozint is foszforiláló vegyes kináz * MAP kináz: mitogén aktiválta protein kináz - prolin irányította kináz (protein kináz A és B-vel szemben nem bázikus as a környezet), prolinok között elhelyezkedő szerin vagy threonin kerül foszforilációra. * RSK: riboszomális S-6 kináz - riboszomális S-6 alegységet foszforilálva fehérjék átírását fokozza. GTP-t kötött, membránban lokalizált Ras effektor doménjéhez Raf köt, hozzá Hsp90-es dajkafehérje asszociál (aktiváció nem teljesen tisztázott). Aktivált Raf citoszolba kerül, MEK-et foszforilál, ez pedig, mint vegyes kináz a MAP kinázon közeli threonin és tirozin foszforilációját végzi. MAP kinázok egy része riboszomális S-6 alegységet foszforilál és fokozza a fehérjék átíródását, illetve sejtmagba jutva transzkripciós faktorokat foszforilál, amellyel zömmel transzkripciót serkentő folyamatokat indít el. MAP-kináz által foszforilált transzkripciós faktor (SRE - serum response element) három egységből áll: 2 SRF (serum response factor), harmadik rész: TCF (ternary complex factor). Foszforilációjukkal a célgén átírását aktiválják. === Raf jelentősége === Aktiválódási mechanizmusa nem teljesen tisztázott - de szerepe kiemelt: jelátviteli pályák gyakran torkollnak ide. * **EGFR** (eddig leírtak szerint, illetve) PKC Raf-ot foszforilálva aktiválja a Raf-ot * **7-TM receptorok** Ras aktiváción keresztül, pl. arresztin kötődésének hatására * //MAP-kináz// feedback mechanizmussal (foszforilálva a Raf-ot) leállítja a Raf aktiválódást * //PKA// - szintén foszforilálva a Raf-ot gátolja a jelpályát ====== Citokinek szerepe ====== Nem tirozin-kináz aktivitású receptorral működnek - de tirozin kináz aktivitáshoz kapcsolt a jelpálya. ===== Citokinek általánosságban ===== * Sejt-sejt közti kommunikáció polipeptidjei * Sejtfelszíni specifi8kus receptorok * Gyulladásban, immunválaszban, vérképzésben résztvevő sejtekre hatnak elsősorban * Hatásuk lehet **autokrin** (kibocsájtó sejtre való hatás, pl. T lymphocyták IL-2 kibocsájtása + IL-2 receptor kihelyezése), **parakrin** hatás - közeli sejtre való hatás, **endokrin** Nevezéktan: * Lymphokinek: aktivált T-lymphocyták termelik, sejtosztódást, proliferációt, mozgást segít elő * Interleukinek: leukocyták egymás közti kommunikációja * Kemokinek: kemotaxist mediáló anyagok * Tumor nekrózis faktorok * Interferonok: vírusfertőzött sejtek bocsájtják ki * Monokinek: mononuklearis sejtekből származnak Fő funkciók: * Hematopoesis (kolónia stimuláló faktorok) * Gyulladásos reakció kiváltása, kemotaxis, immunstimuláció - immunszupresszió, * Angiogenezis (VEGF) * Embriogenezis (TGF-béta) **Növekedési faktorokhoz** hasonlóvá teszi őket a funkciójuk, de ált. eltérő célsejteken hatnak, és receptoraik nem rendelkeznek önálló tirozin kináz aktivitással, de szolúbilis TK aktivációt eredményeznek (receptor és TK viszonya tér el). ==== Citokin jelpálya ==== Ligand (megfelelő citokin) - specifikus receptoralegység + közös receptor alegység (hozzá több specifikus receptor alegység kötődhet, meghatározva a ligandkötést), ehhez egy szolúbilis TK köt, ami aktiválódva transzkripciós faktort foszforilál (és általában aktivál). **JAK tirozin kinázok**: Janus-arcú kináz (kináz domén + pszeudokináz - funkcióképtelen, "kinázszerű" domén, SH2 domén, FERM domén - plazmamebránnal és citoszkeletonnal kapcsoló régió) **STAT fehérjék**: signal transducers and activators of transcription - jelpályát továbbviszik és transzkripciós faktorként működnek. DNS kötő, SH2, transzaktiváló domén. Aktivációkor másik SH2 domén a transzaktivációs domén foszfátjához kapcsol, dimér magba delokalizálódik. === IL-4 jelpálya === Receptor dimérhez köt az IL-4, mindkettőhöz köt - JAK1 (JAK3) aktiváció, STAT6 foszforiláció, dimerizáció, sejtmagba transzlokáció. Jelpályák specifitását az adott jelpályához kötött IL és STAT fehérjék biztosítják, emellett a transzkripciós faktoroknak specifikus consensus szekvenciáik vannak DNS kötésre. ====== Az inzulin jelátviteli pályái és a diabetes mellitus ====== * Előadó: Buday László * 2013. 03. 01. Az inzulin az általános metabolizmus egyik legfontosabb szabályozó hormonja, emellett fontos **növekedési faktor**. //Példa:// Cukorbeteg kismama magas vércukorszintjére a magzat fokozott inzulinszekrécióval válaszol - a magas inzulinszint az inzulin-szerű növekedési faktorral együtt óriásnövést okoz. ===== Inzulin jelpálya ===== Inzulin receptor négy egységes - 2 alfa lánc ec., 2 béta lánc transzmembrán doménnel rendelkezik. A receptor alapállapotban is heterotetramert alkot, nem szükséges további receptor-összekapcsolódás. Béta láncok inzulin kötésére //keresztfoszforilálják// egymást tirozin oldalláncokon. Foszfotirozinekhez kikötődhetnek fehérjék, de a biológiai hatásban az **inzulin receptor szubsztrát fehérjék** vesznek részt főként - receptor megfoszforilálja az IRS-1 fehérjét (inzulin receptor szubsztrát). Foszforilált IRS-1 dokkol különböző fehérjéket (**dokkolófehérje** - "kikötő", állványfehérjétől eltérően csak tirozinon való foszforiláltság után tudnak kötni). * **Grb2** SH2 doménjével köt, Grb SH3 doménjével Sos-t köt, ez Ras-t aktivál - innen a folyamat megegyezik a növekedési faktorok által kiváltott szignáltranszdukcióval, Map-kináz kaszkád indul el. * IRS-1-hez dokkol még: **Nck** fehérje, ami citoszkeletális változásokat okoz. * Általános anyagcserére való hatás a **PI3 kináz** kötődésével indul meg: 85 kDa-os egység köt, a 110 kDa-os alegység ennek hatására túlélési jelpályát indít meg, //glikogén szintézist// és //Glut-4-et// regulál. IRS hiányában a jelpálya nem, vagy csak igen rossz hatásfokkal működik. Knock-out (génhiányos) egérkísérletben IRS-1 gén tönkretétele után az egerek súlya kisebb lesz, csökken a glukóz tolerancia, később inzulin rezisztencia fejlődik ki - cukorbetegség irányába mutató tünetek. Egér életképessége az //IRS-2-es és IRS-3-as// izoforma jelenlétével, és bizonyos fokú kompenzációs hatásával magyarázható. ==== GLUT4 transzporter szabályozása ==== Endoplazmás retikulumban jelennek meg a PI3 kináz lipidtermékei (PI-3,4,5 triszP), ezáltal aktiválódik a //PDK1//, majd a **PKCλ**. A Golgi membránjában GLUT4 transzporterek ülnek, mellettük kis monomer G fehérjék közé tartozó, gátló hatású **Rab4** fehérje található - ezt foszforilálja a PKCλ, a foszforilációval lehasad a Rab4, megszűnik a gátló hatás, //vezikulák fűződnek le//, a GLUT4 transzporterek a membránba jutnak. Inzulin-jel lecsengésével receptorok //recirkulálnak//. ==== Glikogén szintézis szabályozása ==== Májsejtbe jutó glukóz aktiválódik UDP-glukózzá, ez beépülhet a glikogénbe glikogén-szintetáz által. Glikogén-foszforiláz glukóz-1-P-ra bontja le a glikogént. Enzimek működését az inzulin/glukagon arány határozza meg - glukagon hatására cAMP szint nő, PKA glikogén szintetáz foszforilációjával az enzimet aktiválja - **GSK3** az előfoszforilált glikogén szintetázt már foszforilálni tudja (a glikogén szintetáz kináz 3 aktív, de a defoszforilált GS nem szubsztrátja), a kettősen foszforilált GS már szubsztrátja a foszforiláznak. PP1G két foszfátot hasít le, ezzel teljesen deaktivál. //Inzulin-hatás//: PI3-kináz lipidtermékei a sejtmembránban is találhatók - PDK1 membránhoz köt, aktiválja a membránhoz kötődő PKB-t, ez a GSK3 foszforilációját eredményezi, ami gátolja ezt az enzimet - így az nem foszforilálja meg az aktív glikogén-szintetázt, így az nem inaktiválódik. GSK3 gátlószerekkel cukorbetegségben a beteg állapotát javítani lehet, mert az ilyen inhibitor a vércukorszintet csökkenti. ===== Diabetes mellitus ===== "Édes hugyár" - inzulin relatív vagy abszolút hiányával jellemezhető betegség. Két típusa ismert: I. típusú ("fiatalkori"), inzulinterápiával fenntartott állapot, II. típusú ("időskori") - diétával, mozgással, orális antidiabetikumokkal, végső esetben inzulinnal kezelt. //Terhesség indukálta cukorbetegség//: hormonális változások megzavarják a szénhidrát-anyagcserét, szülés után rendeződő kórkép. //Csökkent glukóz tolerancia//: cukorbetegség előszobája. Az inzulin-rezisztencia pontos okai nem ismertek - inzulin jelenlétében is a glukózt az inzulinérzékeny szövetek (izom- és zsírszövet) csak korlátozott mértékben tudják felvenni. Ok lehet: genetikai háttér, elhízás - zsírszövet inzulinreceptorainak száma drasztikusan megnő (felületarányosan megmarad), IRS fokozott degradációja === Glukóz tolerancia teszt === **Fiziológiás vércukorszint: 3,5-5,5 mM** 100 g vagy 1 g/testsúlykg glukóz a betegnek - két óra után vissza kell állnia az eredeti vércukorszintnek, sőt, enyhe hipoglikémia alakul ki, ami nemsokára visszaáll eredeti szintre. Csökkent glukóz tolerancia esetén normál vércukorszintről indul a beteg, de két óra után magasabb marad a vércukorszint (7-8 mM). Cukorbetegségnél magasabb éhomi szintről indul a vizsgálat, és két óra múlva is igen magas a vércukorszint. === Inzulin rezisztencia fogalma === IRS-1 szintje az inzulinrezisztens betegekben fokozottan csökkent - ezáltal az inzulin jelpálya működése is csökkent. * **IKK** (inhibitor kináz komplex) - stressz aktiválhatja, mint szerin-threonin kináz, foszforilálja további oldalláncok mellett az IRS-1-et, ami ennek hatására fokozottan degradálódik. * //Lipidek// (elhízás esetén magasabb szint!) aktiválják a PKC-t, ami szerin-threonin oldalláncon foszforilál - degradáció * **mTOR** - különféle tápanyagok, PKB aktiválhatják, szintén IRS-1-et foszforilál.