Рецепция и внутриклеточная сигнализация

1. Особенности структуры рецепторов нейромедиаторов.

2. Мембранные рецепторы. Структура и трансмембранная сигнализация. Особенности рецепторов: понятие агонистов и антагонистов.

3. Внутриклеточные рецепторы и регуляция транскрипции. Опишите механизм действия внутриклеточных рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов. Основные домены внутриклеточных рецепторов и их функции.

4. Что такое вторичные посредники? Перечислите вторичные посредники, приведите примеры рецепторов, передающих внутриклеточный сигнал с их помощью. Сигнальные каскады.

5. Классификация мембранных рецепторов.

6. Способы регуляции активности ферментов: изменение количества молекул белка или его посттрансляционные модификации. Типы посттрансляионных модификаций, используемых рецепторами для передачи сигнала. Примеры.

7. Факторы роста как основные регуляторы деления клеток. Кратко опишите механизм их действия.

8. Каким образом связано сродство рецептора к гормону с временем развития и гашения этого сигнала? Регуляция чувствительности клеток к гормону путем изменения количества рецепторов и их сопряжения с эффекторными системами.

9. Опишите основные этапы процессов десенситизации и даун-регуляции рецепторов.

10. Опишите функции и механизм действия G-белков. Приведите примеры тримерных и малых G-белков. Какие факторы регулируют G-белки и как? Приведите примеры.

11. Адаптерные белки и в чем их отличие от каркасных белков. Механизм передачи сигнала. Каскадный принцип передачи рецепторного сигнала.

12. Приведите примеры модульных доменов, служащих для адаптерных взаимодействий. Какие функции они выполняют? На каких белках встречаются?

13. Каковы функции сигнальных протеинкиназ? Их классификация по механизмам активации и по мишеням.

14. Как сигнальные протеинкиназы регулируются? Их модульные домены и адаптерные взаимодействия.

15. Каковы функции сигнальных фосфатаз, их классификация по субстратам.

16. Опишите аденилатциклазную сигнальную систему клетки.

17. Какова роль фосфодиэстераз в регуляции гормонального сигнала? Как они регулируются?

18. Опишите сигнальные каскады, приводящие к синтезу цГМФ. Роль гормонов и NO в регуляции гуанилатциклазы.

19. Кальций-зависимый сигнальный каскад передачи внутриклеточного сигнала. Что такое кальций-индуцированный выход кальция, как он осуществляется и чем регулируется?

20. Кальций-зависимый сигнальный каскад передачи внутриклеточного сигнала. Роль кальций-связывающих белков в реализации эффектов рецепторов, сопряженных с фосфоинозитидным обменом.

21. Опишите фосфоиозитид-зависимую сигнальную систему.

22. Через какие каналы кальций входит в цитоплазму из внеклеточной среды? Опишите группы каналов и их регуляцию.

23. Опишите сигнальные каскады, активируемые факторами роста и регулирующие пролиферацию клеток.

24. PI3-киназная сигнальная система, механизмы включения и выключения этого сигнального каскада.

 

1.Особенности структуры рецепторов нейромедиаторов.

Ионотропные Рецепторы (каналоформеры) - интегральные мембранные белки, и рецепторами, и ионными каналами.

+нейромедиатором - открытие канала, ионный ток меняет трансмембранный потенциал, и между электрически возбудимыми клетками передается сигнал.

Как правило, лиганд-управляемые ионные каналы состоят из нескольких субъединиц, содержащих трансмембранные домены. Субъединицы образуют канал, закрыт. При связывании нейротрансмиттера - изменение конформации субъединиц - открытию канала.

Расположенные в синапсах, трансформируют химический сигнал от пресинаптической мембраны в электрический постсинаптический сигнал.

-по типу проводимого иона (анионные или катионные) или по типу лиганда.

Рецепторы к ацетилхолину, серотонину, g-аминомасляной кислоте (ГАМК) и глицину.

Ацетилхолиновый Рецептор никотинового типа. формирует Na канал. 5 субъединиц, 2 рецепторными –связывают ацетилхолин (альфа, гомологичны у всех ионных каналов, имеют 4 трансмембранных домена). Ионные каналы связаны с цитоскелетом, они могут фосфорилироваться = регулироваться. К числу таких каналов относятся потенциалзависимый кальциевый канал, ацетилхолиновый Рецептор (Na) и глициновый Рецептор (Cl). Через эти каналы могут проходить и другие ионы с близким ионным радиусом. Селективность ионных каналов, их вольт-амперная характеристика, вероятность существования в открытом состоянии и другие свойства могут регулироваться через фосфорилирование, связь с G-белками, нитрозилирование, гликозилирование и взаимодействие с белками цитоскелета.

Рецепторы γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глициновые Рецепторы - селективные, проводящие ионы Cl^-. Cl вызывает гиперполяризацию плазматической мембраны нейрона, тормозит проведение нервного сигнала. Глутаматные Рецепторы ионотропного типа (NMDA-Рецепторы) - неселективными катионными каналами. Помимо того, что их активность управляется связыванием с глутаминовой кислотой и модулируется связыванием с ними глицина, они также являются потенциал-чувствительными. Эти каналы способны длительное время оставаться открытыми и обеспечивать потенциал-зависимый ток в клетку Na⁺ Ca²⁺, выход K⁺. Тетрамерные пуринэргические Рецепторы Р2Х, активируемые АТФ и Ca²⁺ каналами.

 

2. Мембранные Рецепторы. Структура и трансмембранная сигнализация. Особенности рецепторов: понятие агонистов и антагонистов.

А) ионотропные См.№1 (каналоформеры, рецептор-управляемые ионные каналы), Б) метаботропные Рецепторы.

Ионотропные - регулируют ионные токи и меняют мембранный потенциал.

Метаботропные - регулируют метаболические процессы внутри клетки, используя для передачи сигнала адаптерные белки и ферменты. подразделяют на три группы:

1) Рецепторы, сопряженные с гетеротримерными G-белками;

2) к аталитические Рецепторы или Рецепторы-ферменты (рецепторные тирозиновые киназы; рецепторные гуанилатциклазы; рецепторные серин/треониновые киназы, рецепторные фосфатазы),

3) ц итокиновые Рецепторы.

Мембранные Рецепторы - специализированными интегральными белками, осуществляют трансмембранную передачу информации от внешних сигналов (гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины, факторы роста, молекулы матрикса и межклеточного узнавания) внутрь клетки к конечным мишеням. Связывание лигандов с внеклеточным доменами - набор химических реакций или структурных изменений.

Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR) - семидоменными, 7 характерных альфа-спиралей, погруженных в мембрану. спирали разделены гидрофильными последовательностями, которые в третичной структуре находятся вне мембраны. G-белковые комплексы связываются с активированными рецепторами на внутренней стороне мембраны.

Лиганд-управляемые ионные каналы (LGICs) - из нескольких субъединиц, каждая из которых содержит трансмембранный домен. образуют бубликоподобную структуру (тор), внутри которой расположен канал. Связывание гормона вызывает изменение конформации субъединиц - открытию канала. Они быстро меняют мембранный потенциал и опосредуют наиболее быстрые реакции клеток. (зрительные, вкусовые и обонятельные).

Метаботропные Рецепторы регулируют внутри клетки метаболические превращения (потоки энергии). Они используют адаптерные белки и ферменты для эстафетной передачи сигнала и изменения активности ферментов-мишеней.

1 гормоны (низкомолекулярных соединений, многие из которых являются нейротрансмиттерами (ацетилхолин, глутамат, серотонин, гистамин)) могут действовать на ионотропные и метаботропные Рецепторы, вызывая клеточные ответы разных типов и разной временной шкалы.

Ацетилхолин - с ионотропными никотиновыми канальными рецепторами (nAChR) и с метаботропными мускариновыми GPCR (mAChR). GABA Рецепторы для ГАМК, пуринергические Рецепторы для ATФ/AДФ и серотониновые Рецепторы также имеют ионотропные (LGIC) и метаботропные (GPCR) варианты.

1 гормон может оказывать в клетке эффекты разной временной шкалы в результате расхождения сигнала на пострецепторном уровне. Рецепторы факторов роста и цитокинов вызывают как быстрые метаболические (активации цитоплазматических мишеней киназных каскадов), так и затянутые синтетические реакции (транскрипционных факторов, действующих в ядре).

 

Вещества, которые при взаимодействии со специфическими рецепторами вызывают в них изменения, приводящие к биологическому эффекту - агонистами. может приводить к активации или угнетению функции клетки. вызывает max эффект - полный агонист. частичные агонисты не вызывают маx эффекта.

Вещества, связывающиеся с рецепторами, но не вызывающие их стимуляции - антагонистами. Их внутренняя активность равна нулю. Их фармакологические эффекты обусловлены антагонизмом с эндогенными лигандами (медиаторами, гормонами), а также с экзогенными веществами-агонистами. Если они оккупируют Рецепторы, с которыми взаимодействуют агонисты - конкурентных антагонистах; если другие участки макромолекулы, не относящиеся к специфическому рецептору, но взаимосвязанные с ним - неконкурентных антагонистах.

агонист-антагонист.

 

рецепторами, сопряженными с G-белками. Через них действуют гормоны гипоталамуса и гипофиза, многие белковые и пептидные гормоны, простагландины и катехоламины.

Рецептор при участии G-белка сопрягается с эффекторными системами, которые производят вторичные посредники. Гормон сообщают рецептору сродство к G-белку. Как только Рецептор связывается с G-белком, G-белок утрачивает сродство к гуанозиндифосфату, связанному с его активным центром. ГДФ диссоциирует от белка, а ГТФ связывается, т.к. концентрация ГТФ в клетке более 10^-4 М, а сродство - 10^-7М. Как только ГТФ связывается с G-белком, белок изменяет свою структуру, Рецептор утрачивает к нему сродство. у G-белка появляется сродство к эффектору, продуцирующему вторичные посредники (аденилатциклазе, ионным каналам, фосфолипазе С).

один гормон-рецепторный комплекс может активировать около 10 молекул G-белка.

Когда с G-белка связывается ГТФ, то a диссоциирует от bg. a-субъединица связ-ся и акт-ет эффекторной системой. Аденилатциклаза - синтезирующим цАМФ из АТФ. a-субъединица также становится ферментом – от ГТФ отщепляется фосфат - ГДФ. a-субъединица восстанавливает гетеротример.

Происходит бифуркация, разделение сигнала, поступающего от одного и того же рецептора. Одна молекула гормоно-рецепторного комплекса может перевести десятки молекул канала или фермента в активное состояние с участием a-субъединицы и такое же количество других каналов и ферментов с участием bg-субъединицы.

20 разных по структуре a-субъединиц. a_s активируют аденилатциклазу и связываются с потенциалзависимыми кальциевыми каналами. Трансдуцин, который участвует в трансдукции зрительных каналов, тоже принадлежит к семейству a_s-субъединиц, он активирует фосфодиэстеразу циклического ГМФ.

a_i1, a_i2, a_i3 и a₀-субъединицы регулируют калиевые каналы, а аденилатциклазу ингибируют.

a_q сопрягаться с фосфолипазой С. a₁₂ и a₁₃ регулируют другие каскады сигнализации.

Часто в одной и той же клетке функционирует несколько типов рецепторов для одного и того же гормона. Типов рецепторов в четыре-пять раз больше, чем гормонов. Для адреналина это типичная ситуация. Есть альфа-1-адренегический рецептор, стимулирующий фосфолипазу С, альфа-2 рецептор, ингибирующий аденилатциклазу, и бэта-рецептор, который активирует аденилатциклазу (рис. 7). Адреналин может связываться с каждым из этих рецепторов. При гипертиреозе повышена продукция тироксина. Так как тироксин стимулирует образование b-рецепторов и подавляет производство a2-рецепторов, то при гипертиреозе адреналин будет сильно повышать образование цАМФ. А если наблюдается гипофункция щитовидной железы, то экспрессия a2-рецепторов возрастает, а b-рецепторов снижается, поэтому адреналин может вызвать противоположный эффект – снижение уровня цАМФ в клетке. Кроме того, адреналин через a1-Рецепторы может стимулировать кальций-зависимый каскад, связанный с фосфоинозитидным обменом. Киназа С путем фосфорилирования рецепторов, сопряженных с аденилатциклазой и G-белками, может подавлять активность этого каскада. В свою очередь, циклический АМФ может усиливать активацию гормонами фосфоинозитидного обмена.

Ситуация усложняется еще тем, что при функционировании фосфоинозитидного обмена образуется диацилглицерин, который не только активирует протеинкиназу С, но и во многих типах клеток является основным источником арахидоновой кислоты. Эта жирная кислота служит субстратом липоксигеназного и циклооксигеназного путей синтеза лейкотриенов, простагландинов и тромбоксанов. Образующиеся простаноиды выходят из клетки, а затем связываются с рецепторами той же или соседних клеток. Таким образом, секреция определенного гормона может вызывать множественность сигналов за счет раздвоения этих сигналов на уровне G-белков, появления нескольких различающихся по структуре и роли в клетке вторичных посредников и образования межклеточных регуляторов. Под действием гормонов резко изменяются многие физиологические и метаболические процессы в клетке.

каталитические Рецепторы или Рецепторы-ферменты - это трансмембранные белки плазматической мембраны, при взаимодействии с лигандом приобретают ферментативную активность или становятся частью энзиматического комплекса. Многие Рецепторы факторов роста являются тирозиновыми киназами.

Факторы роста - полипептиды, либо секретируются клеткой, либо выделяются при гибнет. Факторы роста могут циркулировать в крови, но чаще это факторы местного действия. При связывании с рецептором фактор роста вызывает повышение сродства рецепторных молекул друг к другу - олигомеризация рецепторов. одна молекула фосфорилирует другую по тирозиновым остаткам. Белки, участвующие в передаче сигналов от рецептора фактора роста, имеют домены, узнающие фосфотирозин, благодаря чему эти белки связываются с рецепторной молекулой. Домены, обеспечивающие связывание белков с рецептором, носят название SH₂ домены - «домен второго порядка Src киназы». домен участвует в связывании белков с фосфотирозинами. SH₂-домен-содержащие белки распознают 10-15 аминокислот слева и справа от фосфотирозина, поэтому их связывание специфично. Связавшись с рецептором, эти белки изменяют свою активность, могут активировать друг друга, связывать новые белки. Так образуются сложные олигомерные комплексы белков. Факторы роста передают сигнал внутрь ядра с помощью МАР-киназ (митогенактивируемых протеинкиназ), которые стимулируют транскрипционные факторы, что запускает деление клеток. Вся регуляция происходит за счет тирозинового фосфорилирования без участия вторичных посредников. В начале сигнала происходит тирозиновое фософорилирование белков, а заканчивается сигнал серин/треониновым фосфорилированием белков ядра.

SH₃-домены узнают 3 остатка пролина, локализованные рядом в белке. Такой белок одним доменом свяжется с рецептором фактора роста, а другим – с белком, у которого есть рядом три остатка пролина. Регуляторный сигнал, идущий от рецепторов факторов роста, вызывает формирование сложного олигомерного комплекса, в составе которого проходит фосфорилирование–дефосфорилирование белков, обмен гуаниловых нуклеотидов, расщепление фосфолипидов, присоединение белков цитоскелета и т.п.

4 группы рецепторов-ферментов:

рецепторные тирозиновые киназы - способными специфически фосфорилировать субстраты по остатками тирозина. Лигандами - инсулин и некоторые факторы роста (NGF, EGF, PDGF). Большинство состоит из 1 полипептидной цепи. в структуре - лиганд-распознающий домен, трансмембранный домен, тирозин-киназный цитоплазматический домен и участки связывания с другими сигнальными молекулами, связывание с которыми регулируется фосфорилированием. Активированные тирозинкинаные Рецепторы - димеры полипептидных цепей после связывания сигнальных молекул с их внеклеточным лиганд-распознающим доменом. Результатом димеризации является взаимное фосфорилирование субъединиц активного димера. Фосфорилирование делает возможным взаимодействие внутриклеточного домена рецептора с молекулами сигнального каскада, передающего сигнал в клетку, при этом молекула рецептора может как специфически фосфорилировать свои субстратные белки, так и выступать в роли адаптерного белка определяющего сборку сложных сигнальных комплексов. Особенностью тирозинкиназных рецепторов является их способность фосфорилировать собственный пептид.

рецепторные серин/треониновые киназы. из 2 субъединиц - гликопротеинов I и II типа, имеющих один трансмембранный домен. лиганд связывается сначала с гликопротеином II типа, а затем гликопротеином I типа, затем взаимное фосфорилирование по остаткам серина и треонина (аутофосфорилирование). Активированная серин/треониновая рецепторная киназа фосфорилирует остатки серина или треонина специфических внутриклеточных белков-мишеней. (Рецепторы суперсемейства трансформирующего фактора роста β (TGFβ), регулирующего рост и дифференцировку клеток, TGFβ, Рецепторы ингибинов, активинов и нескольких костных морфогенетических белков).

рецепторов-ферментов с некиназной активностью - рецепторные гуанилатциклазы. катализируют образование цГМФ из ГТФ. Рецептор предсердного натрийуретического фактора - трансмембранным белком с одним трансмембранным доменом и собственной гуанилатциклазной активностью. Гуанилатциклазной активностью обладает внутриклеточный домен рецептора, содержащий два гомологичных каталитических домена. Связывание с лигандом - изменениям конформации, димеризации и активации, при которой образуется цГМФ.

рецепторные тирозиновая фосфатазы отщепляют фосфатную группу от остатков тирозина в составе белков. Сигналы, передаваемые через Рецепторы, ассоциированные с тирозиновыми фосфатазами, регулируют эффекты сигналов, реализуемых посредством тирозиновых киназ, подавляя их сигналы. цитоплазматический домен, обладающий тирозинфосфатазной активностью. (дифференцировочный антиген лейкоцитов CD45, регулирующая пролиферацию и дифференцировку). сигнальные эффекты реализует через активацию Src-киназ и подавление JАК-киназ.

Цитокиновые Рецепторы (Рецепторы интерферонов (α, β, γ), интерлейкинов (IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6) и эритропоэтина). фосфорилирование белков по остаткам тирозина. не обладают ферментативной активностью и привлекают для передачи сигнала цитозольные нерецепторные протеинкиназы (тирозиновые Src- или JAK-киназы), которые связываются с активированными цитокиновыми рецепторами и после этого фосфорилируют другие сигнальные молекулы. Эти мембранные Рецепторы могут находиться как на клеточной мембране, так и на внутренних мембранах клеточных органелл. После связывания сигнальной молекулы - димеризация рецепторов, взаимное фосфорилирование ассоциированных с рецепторами нерецепторных тирозиновых протеинкиназ, а затем и самих рецепторов, что делает возможным специфическое связывание и активацию следующих молекул сигнального каскада. На фосфорилированные белки садятся белки с SH₂-домен - образуется олигомерный белковый комплекс. может приводить к пролиферации клеток-мишеней, вызывать транскрипцию некоторых генов. стимулируется производство специфических антител. Одним из механизмов такого действия цитокиновых рецепторов является фосфорилирование STAT-белков по тирозинам. Одна молекула STAT-белка, имея SH₂-домен, связывается с фосфотирозином другого, образуя димер, который затем проникает в ядро. Фосфорилирует STAT-белки и вызывает избирательную транскрипцию генов киназа JAK, которая, в свою очередь, стимулируется рецептором цитокина.

трансмембранного домена - передачу сигнала внутрь клетки. цитоплазматический домен - взаимодействие с внутриклеточными мишенями и передачу сигнала.

Отдельные мембранные Рецепторы не имеют полноценного трансмембранного и цитоплазматического доменов - передают сигнал с помощью латеральных взаимодействи (закрепляются на внешней стороне клеточной мембраны с помощью специальных якорей - гликозилфосфатидилинозитольный якорь. При связывании лиганда, взаимодействуют с другими трансмембранными белками, передавая сигнал, котрые доставляют полученный сигнал внутрь) - транссигнализацией.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: