Межклеточные взаимодействия 1 Гликокаликс внеклеточный матрикс 2 Адгезивность

Межклеточные взаимодействия 1. Гликокаликс, внеклеточный матрикс 2. Адгезивность 3. Онкогены и онкобелки мембран 4. Сигнальные молекулы 5. Типы межклеточной сигнализации 6. Классификация первичных мессенджеров 7. Рецепторы клеточной поверхности 8. Рецепторные тирозинкиназы

Гликокаликс – поверхностный матрикс клетки • В мембранах гликозилировано около 10% всех белков и от 5 до 26% липидов • Углеводные цепи белков колеблются по составу от двухзвенных структур до разветвленных 18 -членных полисахаридов • Наиболее часто в мембранных гликопротеинах и гликолипидах встречаются галактоза, манноза, фукоза, галактозамин, глюкоза и сиаловая кислота. • Остатки сиаловой кислоты находятся обычно на концах углеводных боковых цепей, они ответственны за отрицательный заряд клеточной поверхности, характерный для всех эукариотических клеток.

Гликокаликс

Внеклеточный матрикс В образовании матрикса участвуют два основных класса макромолекул: • коллагены - фибриллярные белки, образующие коллагеновые волокна; • гликозамингликаны, обычно связанные с белком в протеогликаны

Во внеклеточных взаимодействиях участвуют: • Фибронектин образует на поверхности многих клеток фибриллярные структуры • Ламинин – неколлагеновый гликопротеин базальных мембран

Фибронектин

Ламинин

Эластин

Механизм опухолевой инвазии 1. взаимодействие опухолевой клетки с поверхностными ламининами, фибронектином; 2. секреция гидролитических ферментов и локальное нарушение внеклеточного матрикса; 3. движение опухолевых клеток по модифицированному протеолизом матриксу. Ферменты, участвующие в разрушении коллагенов I и IY типов, являются наиболее активными участниками процесса инвазии. Коллагеназы I и IY усиливают миграцию опухолевых клеток. Коллагеназа IY типа является маркером опухолей при лимфопролиферативных заболеваниях

Рецепторы клеточной поверхности • Интегрины - рецепторы клеточной поверхности для молекул межклеточного матрикса: коллагена, фибронектина, ламинина • Интегрины тромбоцитов участвуют в агрегации тромбоцитов • Лейкоцитарные белки адгезии участвуют в во взаимодействии лейкоцитов с эндотелиальными клетками сосудов при воспалении

Интегрины

Кадгерины • Е-кадгерин находится на поверхности клеток эпителиальных и эмбриональных тканей • N-кадгерин локализован на поверхности нервных клеток, хрусталика, сердца • Р-кадгерин расположен на клетках плаценты и эпидермиса Кадгерины участвуют в начальных стадиях адгезии, обеспечивают структурную целостность и полярность тканей, особенно эпителиального монослоя

Селектины

Молекулы клеточной адгезии • Cell adhesion molecules – структура напоминает иммуноглобулины • Участвуют в передаче сигнала и связывании с белками цитоскелета • N- CAM - нейрональная

Лектины • Семейство неиммунных белков, специфически взаимодействующих с углеводными остатками гликопротеинов, протеогликанов и гликолипидов фитогемагглютинин (ФГА, из семян фасоли) конканавалин А (Кон А, из канавалии мечевидной), связывается с D-глюкозой и D-маннозой рицин (из семян клещевины) - с D-галактозой и N-ацетилгалактозамином

Онкогены и онкобелки • Онкогены функционируют на ранних стадиях эмбриогенеза. Они реализуют программу нормального развития, участвуя в регуляции пролиферации Онкогены, участвующие в продукции мембранных онкобелков: • sis – поверхностный мембранный белок • erb B – белок, пронизывающий мембрану насквозь • sac и ras – находятся на внутренней поверхности мембраны

Межклеточные коммуникации

продолжение

продолжение

Типы межклеточной сигнализации

Эндокринная сигнализация • • 1. 2. 3. Гормоны секретируются в интерстициальное пространство Диффундируют к капиллярам Разносятся с кровью по организму Вновь проникают в интерстициальное пространство Взаимодействуют с рецепторами Скорость распространения гормона определяется скоростью диффузии и кровотока Для эндокринной сигнализации характерно: Низкая скорость передачи сигнала (минуты) Низкие действующие концентрации и высокое сродство к рецептору (Кδ 10 -8 - 10 -11 М) Специфичность сигнала определяется химической природой гормона и рецептора

Синаптическая сигнализация Этапы: • Электрический (>100 м/с) • химический (<1 мс) этапы • Высокая скорость передачи сигнала • Высокая специфичность сигнала • Высокие действующие концентрации • Низкое сродство нейромедиатора к рецептору (Кδ ~ 10 -4 М)

Специфичность сигналов Сигнал – рецептор – клетка • Связывание сигнальной молекулы приводит к изменению свойств рецептора изменению функций клетки Ацетилхолин: • Уменьшает частоту и силу сердечных сокращений • Стимулирует сокращение скелетной мускулатуры • вызывает секрецию в секреторных клетках

Вторичные мессенджеры 6. оксид азота (NO)

Циклические нуклеотиды

Фосфатидилинозитол

Образование вторичных мессенджеров

кальций

Классификация первичных мессенджеров • Небольшие липофильные молекулы, диффундируют через плазматическую мембрану и взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами • Липофильные молекулы, взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности. • Гидрофильные молекулы, взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности

Активация рецепторов

Глюкокортикоиды

Стероидные гормоны • В крови стероидные гормоны находятся в виде комплекса со специфическими плазматическими белкамипереносчиками. • В непосредственной близости от плазматической мембраны клетки-мишени гормон отделяется от транспортного белка и диффундирует внутрь клетки. • В типичной клетке-мишени присутствует от 1000 до 10 000 рецепторов стероидных гормонов, обладающих высоким сродством к лиганду (Кd 10 -8— 10 -10 М). • Рецепторы стероидных гормонов имеют высокую избирательность в отношении их лигандов. • В зависимости от типа рецептора местом их локализации в отсутствие гормона может быть цитоплазма или ядро.

Рецепторы стероидных гормонов являются белками (50— 120 к. Да), включают ряд доменов: • Гормон-связывающий домен содержит участок связывания гормона; • ДНК-связывающий и сайт-специфический домены участвуют в узнавании специфических нуклеотидных гормонреспонсивных элементов (HRE) • Регуляторный домен А/В, содержит участки связывания с компонентами клеточного ядра, обеспечивает транслокацию и внутриядерную компартментализацию рецептора. • Гормон-респонсивные элементы представляют собой короткие симметричные участки ДНК, которые служат энхансерами транскрипции.

• Энхансер транскрипции, характерный для глюкокортикоидов, отличается по нуклеотидной последовательности от энхансеров других стероидных гормонов • Ген, регулируемый гормоном, может содержать несколько (2— 5) энхансерных участков • они могут располагаться до начала кодирующей последовательности или непосредственно в области гена

• В неактивном состоянии рецептор стероидного гормона присутствует в клетке в виде комплекса с белкомингибитором. • Для эстрогенов и кортизола белкомингибитором служит шаперонный белок ( -90 к. Да), или белок теплового шока HSP-90. • Связывание с гормоном вызывает конформационные изменения в молекуле рецептора, приводящие к уменьшению его сродства к белкуингибитору и диссоциации комплекса с освобождением и последующей димеризацией активных рецепторов. Димеризация вызывает повышение сродства комплекса к ДНК.

Что дальше? • • • Связывание рецепторного комплекса с энхансерным участком вызывает стимуляцию транскрипции соседних генов. Стероидный гормон может стимулировать экспрессию сразу нескольких белков путем двухстадийной стимуляции экспрессии генов. На первой стадии инициируется экспрессия нескольких белков в результате непосредственной индукции транскрипции димерными лиганд-рецепторными комплексами (первичный ответ). На второй стадии белки первичного ответа активируют ряд других генов и вызывают экспрессию белков, выполняющих другие физиологические функции (вторичный ответ). Один и тот же гормон может вызывать различные физиологические эффекты в разных тканях. Физиологические эффекты стероидных гормонов определяются природой гормона и типом клетки-мишени.

Глюкокортикоиды

Эйкозаноиды

Активация рецепторов гидрофильными молекулами ( пептидные гормоны, факторы роста, цитокины, нейротрансмиттеры)

• В отличие от внутриклеточных рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов рецепторы клеточной поверхности не участвуют непосредственно в регуляции экспрессии генов, они передают сигнал первичного мессенджера через плазматическую мембрану.

Рецепторы клеточной поверхности • Рецепторы, сопряженные с Gбелками • Регулируемые ионные каналы • Рецепторы, ассоциированные с цитозольными тирозиновыми протеинкиназами • Каталитические рецепторы Гуанилатциклаза Тирозинфосфатаза Серин/треонинкиназа Тирозинкиназа

Рецепторы, сопряженные с G-белками • Связывание лиганда с рецептором приводит к активации G-белков Активированный G-белок изменяет активность молекулярных мишеней – аденилатциклазы фосфолипазы ионных каналов с. GMP- фосфодиэстеразы • Рецепторы этого типа реагируют на небольшие молекулы (катехоламины, пептиды, хемокины) Лиганды: Адреналин, глюкагон, серотонин • Имеют широкую субстратную специфичность

• Различные типы рецепторов взаимодействуют либо со стимуляторным (Gs), либо с ингибиторным (Gi) белком. • Адреналин связывается с четырьмя различными типами адренэргических рецепторов: α 1, α 2, β 1, β 2. • Связывание адреналина с α 1 -рецепторами - не влияет на аденилатциклазу • С β 1 и β 2 –рецепторами – стимулирует • С α 2 – рецептором ингибирует аденилатциклазу

Эффект зависит от типа рецептора

Регулируемые ионные каналы (ацетилхолин) • Связывание лиганда с рецепторным белком канала вызывает открытие канала, приводящее к входу или выходу необходимых ионов • Результатом активации канала является изменение мембранного потенциала или внутриклеточного уровня вторичных мессенджеров

Рецепторы, ассоциированные с тирозинкиназой (эритропоэтин, интерфероны) • Присоединение лиганда приводит к димеризации рецепторов, активации киназного каталитического домена, который фосфорилирует цитоплазматические субстраты Рецепторами могут быть: тирозинкиназы, треонинкиназы • Часто разделены на сигнал-передающие субъединицы • Оказывают дублирующее и плейотропное действие • Суперсемейство цитокиновых рецепторов

Каталитические рецепторы Гуанилатциклаза Тирозинфосфатаза Серин/треонинкиназа Тирозинкиназа

Рецепторная гуанилатциклаза Рецептор предсердного натрийуретического фактора (ПНФ) • Связывание ПНФ вызывает активацию каталитического домена гуанилатциклазы • Активация этого рецептора приводит к входу ионов натрия в клетку

Рецепторы с фосфатазной активностью • Лиганд активирует цитоплазматический фосфатазный домен

Характеристика каталитических рецепторов • Являются аллостерическими ферментами • Осуществляют автофосфорилирование • Димеризация рецепторов способствует каталитической тирозинкиназной активности • • Автофосфорилирование является сигналом к рецептор-опосредованному эндоцитозу лигандрецепторных комплексов • Рецептор-опосредованный эндоцитоз инактивирует сигнальные молекулы и снижает плотность рецепторов на клеточной поверхности

Рецепторные серин/треонинкиназы (трансформирующий фактор роста β) • При взаимодействии с лигандом происходит автофосфорилирование каталитических доменов • Фосфорилирование и активация цитозольных факторов транскрипции Smad • В ядре Smad индуцирует транскрипцию генов, ответственных за действие ТФРβ

Рецепторные тирозинкиназы (инсулин, эпидермальный фактор роста) • При связывании лиганда с рецептором активируются тирозинкиназы, нековалентно связанные с поверхностным рецептором • Происходит димеризация рецепторов с последующим трансфосфорилированием

Рецепторные тирозинкиназы (РТП)

SH 2 -белки • • Src homology domain связывает: Адапторные белки GRB 2 и Shc Эстафетный белок IRS 1(insulin reseptor substrate) GAP (белок, активирующий ГТФазу) Протеинфосфатазы SYP и Ship (фосфатаза ИФ 5 Фосфатидилинозитол-3 -киназу и фосфолипазу Сγ Факторы транскрипции STAT 1 -5 Cтруктурный белок тензин (фокальная адгезия)

RAS - белок • Переключатель, способен запускать и отменять внутриклеточный каскад пердачи сигнала • Неактивное состояние RAS –ГДФ • Связывание факторов роста индуцирует образование RAS -ГТФ

Ras-белок

Взаимодействие Ras-белка с РТП

Передача регуляторного сигнала • Связывание Ras с N-концевым доменом Raf (серин/треониновая протеинкиназа) • Связывание и фосфорилирование Мек (тирозин/сериновая протеинкиназа) • Фосфорилирование и активация Маркиназы (серин/треониновая протеинкиназа) • Изменение метаболизма, секреторной, пролиферативной, миграционной активности клетки

Передача сигнала Ras

Типы РТП

РТП – аллостерический фермент