Скачать презентацию Внутри- и межклеточная сигнализация Клеточная сигнализация Скачать презентацию Внутри- и межклеточная сигнализация Клеточная сигнализация

Внутри- и межклеточная сигнализация.ppt

  • Количество слайдов: 55

 Внутри- и межклеточная сигнализация Внутри- и межклеточная сигнализация

Клеточная сигнализация затрагивает все стороны биологии клетки: • Клеточный цикл – пролиферация клеток • Клеточная сигнализация затрагивает все стороны биологии клетки: • Клеточный цикл – пролиферация клеток • Цитоскелет – миграция клеток • Перемещение мембран – экзоцитоз • Выживание и смерть – апоптоз • Развитие – формирование организма

Болезнь – это расстройство систем сигнализации Болезнь – это расстройство систем сигнализации

Лиганд взаимодействует с рецептором по принципу комплементарности. Основное свойство лиганда– стереоспецифичность Лиганд –продукт метаболизма, Лиганд взаимодействует с рецептором по принципу комплементарности. Основное свойство лиганда– стереоспецифичность Лиганд –продукт метаболизма, означающий избыток или недостаток источников питания Рецептор - макромолекула, связывающая только специфический лиганд в присутствии множества других молекул

Принцип организации сигнальный путей Синтез сигнальной молекулы (лиганда) сигнальной клеткой Транспорт сигнальной молекулы к Принцип организации сигнальный путей Синтез сигнальной молекулы (лиганда) сигнальной клеткой Транспорт сигнальной молекулы к клетке-мишени Взаимодействие с R Инициация внутриклеточного пути переноса сигнала Изменение метаболизма, фунции или развития клетки - мишени Выключение сигнала

Сигналы бывают разными: Липофильные молекулы, взаимодействующие с поверхностными R (лейкотриены, ПГ) Липофильные молекулы, взаимодействующие Сигналы бывают разными: Липофильные молекулы, взаимодействующие с поверхностными R (лейкотриены, ПГ) Липофильные молекулы, взаимодействующие с внутриклеточными R (стероиды, ретиноиды, NO) Гидрофильные молекулы, взаимодействующие с поверхностными R (нейромедиаторы, гормоны белково-пептидной природы, факторы роста, цитокины) Гидрофильные молекулы, взаимодействующие с поверхностными R (свет, одоранты)

Генерация сигнала Быстрая сигнализация Гидрофильные молекулы (например, белково-пептидные гормоны) хранятся в секреторных везикулах. Секреция Генерация сигнала Быстрая сигнализация Гидрофильные молекулы (например, белково-пептидные гормоны) хранятся в секреторных везикулах. Секреция обычно регулируется Са++ Гидрофобные сигналы (например, стероидные гормоны) высвобождаются по мере их образования -изменение активности фермента в клетке Продолжительная сиг нализация - изменение характера экспрессии генов (лиганд связывается с внутриклеточными или поверхностными R, включающими систему сигнализа – ции, которая активирует факторы транскрипции).

Сигнальные молекулы: гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины, AGE, NO, свободные радикалы O 2 Цитокины Сигнальные молекулы: гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины, AGE, NO, свободные радикалы O 2 Цитокины – это белки (пептиды), с помощью которых иммунные клетки обмениваются информацией. Они регулируют дифференцировку и пролиферацию иммунокомпетентных клеток. Семейства цитокинов: 1. Лимфокины, в частности, интерлейкины 2. Хемокины. 3. Интерфероны 4. Фактор некроза опухолей 5. Гемопоэтины 6. Суперсемейство иммуноглобулинов

Сигнал – активные формы кислорода. Источники: дыхательная цепь митохондрий, микросом-ное окисление (цитохромы Р 450 Сигнал – активные формы кислорода. Источники: дыхательная цепь митохондрий, микросом-ное окисление (цитохромы Р 450 и b 5), липооксигеназы, МАО и др. оксидазы пероксисом, НАДФНН+- оксидазы и пр

Сигнал AGE и Growth factors Сигнал AGE (advanced glycation end products) – конечный продукт Сигнал AGE и Growth factors Сигнал AGE (advanced glycation end products) – конечный продукт гликирования белков: Белок-NH 2 + глюкоза AGE Сигнал AGE изменяет активность клеток. Избыток глюкозы в крови и в инсулиннезависимых тканях (диабет) расстраивает метаболизм. Сигналы факторов роста: Фактор роста эпителиоцитов (EGF) Фактор роста тромбоцитов (PDGF) Фактор роста фибробластов (FGF) Фактор роста нервов (NGF) Эритропоэтин

Свойства сигналов • Плейотропия – один и тот же сигнал действует на разные клетки, Свойства сигналов • Плейотропия – один и тот же сигнал действует на разные клетки, имеющие разные функции • Избыточность – разные сигналы оказывают одинаковый эффект • Синергичность – сигналы усиливают действие друга • Антагонизм – сигналы уменьшают действие друга • Амплификация (свойство гормонов) – значительное увеличение эффективности сигнала

Амплификация (умножение) сигнала Сигнал необходимо усилить, так концентрация лигандов в клетке низка. Внутриклеточные механизмы Амплификация (умножение) сигнала Сигнал необходимо усилить, так концентрация лигандов в клетке низка. Внутриклеточные механизмы амплификации сигнала: 1. Образование низкомолекулярных вторичных посредников (Са, ц. АМФ, ц. ГМФ, ИТФ, ДАГ, NO) 2. Формирование ферментных каскадов амплификации 3. концентрации ионов 4. Взаимодействие с компонентами цитоскелета

Способ доставки сигнала к клетке-мишени Способ доставки сигнала к клетке-мишени

Характер межклеточного взаимодействия 1. Замыкающие, или плотные, контакты (в эпителии: молекулы не проникают между Характер межклеточного взаимодействия 1. Замыкающие, или плотные, контакты (в эпителии: молекулы не проникают между клетками) 2. Прикрепительные соединения: а) адгезионные контакты – соединяются актиновые филаменты соседних клеток либо актиновые филаменты клетки с межклеточным матриксом. б) десмосомы – соединяют промежуточные филаменты соседних клеток, полудесмосомы – прикрепляют промежуточные филаменты клетки к базальной мембране). 3. Коммуникационные соединения: а) щелевые контакты (обеспечивают обмен небольшими молекулами между клетками), б) синапсы.

Пути доставки сигналов к клетке десмосома щелевой контакт Пути доставки сигналов к клетке десмосома щелевой контакт

Построение сигнальных путей • Рафты (плоты) • Кавеолы (белок кавеолин) Построение сигнальных путей • Рафты (плоты) • Кавеолы (белок кавеолин)

Белки-подмостки (scaffold) и белки-интеграторы Scaffold-белки пространственно организуют участников переноса сигнала. Белки-интеграторы «собирают» приходящие одновременно Белки-подмостки (scaffold) и белки-интеграторы Scaffold-белки пространственно организуют участников переноса сигнала. Белки-интеграторы «собирают» приходящие одновременно несколько сигналов и передают их далее.

Какими рецепторами обладают клетки? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. R ионных каналов Какими рецепторами обладают клетки? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. R ионных каналов R, связанные с протеолизом R – молекулы клеточной адгезии Цитозольные и ядерные R 7 -TMS R 1 - TMS R (обладают каталитической активностью) R, не обладающие каталитической активностью

R – лигандзависимые ионные каналы (ацетилхолина, глютамата и другие) R, связанные с протеолизом, регулируют R – лигандзависимые ионные каналы (ацетилхолина, глютамата и другие) R, связанные с протеолизом, регулируют развитие клетки: лиганд, связываясь с R, активирует перемещение катенина (регулятор деления) из цитозоля в ядро активация транскрипции

Внутри- и межклеточная сигнализация • Сигнализация из внеклеточной среды Внеклеточный домен связывается с лигандом Внутри- и межклеточная сигнализация • Сигнализация из внеклеточной среды Внеклеточный домен связывается с лигандом (молекулами матрикса или САМ) Конформационые изменения цитозольного домена Взаимодействие цитоскелета и сигнальных молекул, фосфорилирование, экспрессия генов • Сигнализация из клетки Молекулярный сигнал Конформационные изменения цитозольного домена Конформационные изменения внеклеточного лигандсвязывающего участка изменение сродства к лиганду

Рецепторы – молекулы клеточной адгезии (САМ – cell adhesion molecules) Клетки связываются и общаются Рецепторы – молекулы клеточной адгезии (САМ – cell adhesion molecules) Клетки связываются и общаются при помощи САМ 1. Са 2+ - зависимые САМ: кадгерины, селектины, интегрины. 2. Са 2+-независимые САМ: Суперсемейство иммуноглобулинов, муцины.

Кадгеринодносегментный трансмембранный гликопротеин • Функциональная единица – димер. На внеклеточной стороне имеются сайты, связывающие Кадгеринодносегментный трансмембранный гликопротеин • Функциональная единица – димер. На внеклеточной стороне имеются сайты, связывающие Са++. На цитоплазматической - взаимодействует с катенинами, связывающими актин. • Кадгерины осуществляют гомофильную адгезию клеток.

Интегрины – ключевые молекулы адгезии Интегрины связывают молекулы марикса с цитоскелетом. Интегрины – гетеродимеры Интегрины – ключевые молекулы адгезии Интегрины связывают молекулы марикса с цитоскелетом. Интегрины – гетеродимеры (субъединицы и ). На - цепи- сайты для связывания с Са 2+ или Mg 2+. Внеклеточный домен связывается с коллагеном, фибриногеном, фибронектином и др. лигандами, цитозольный – с актинсвязывающими белками и сигнальными молекулами.

Селектины осуществляют связь между клетками крови и эндотелием • Гликозилированный участок селектина связывается с Селектины осуществляют связь между клетками крови и эндотелием • Гликозилированный участок селектина связывается с R лейкоцита. Связь гетерофильная.

Са 2+ - независимые САМ (члены суперсемейства иммуноглобулинов) Участвуют в неконтактной межклеточной адгезии. Это Са 2+ - независимые САМ (члены суперсемейства иммуноглобулинов) Участвуют в неконтактной межклеточной адгезии. Это односегментные трансмембранные гликопротеины. Имеют много изоформ. На внеклеточной стороне содержат иммуноглобулин-подобные повторы + 1 -2 фибронектиновых. На цитоплазматической стороне они связываются с цитоскелетом (гликозилфосфа – фатидилинозитольным участком), включаясь в клеточную сигнализацию

Гормоны – класс регуляторных молекул, синтезируемых специальными клетками hormao – возбуждать (1856, Старлинг) Гормоны – класс регуляторных молекул, синтезируемых специальными клетками hormao – возбуждать (1856, Старлинг)

Немного истории • 1855. Аддисон описал «бронзовую болезнь» • К. Бернар – железы внутренней Немного истории • 1855. Аддисон описал «бронзовую болезнь» • К. Бернар – железы внутренней секреции • Сэнджер (1954) – структура инсулина • Броун-Секар, Воронов. У оперированных наступало ослабление или пол ное исчезновение различных признаков старости. Иногда это проявлялось лишь в улучшении аппетита и появлении полового влечения ( «отвратительная картина прожорливой и похотливой старости» ). В печати появлялись фотографии людей: согбенный, опирающийся на палку старец с потухшим взором, и рядом фото бравого фехтовальщика с атлетической фигурой (он же после пересадки). У некоторых «омоложенных» наново отрастали волосы на полысевшей голове. Для пересадки использовался либо трупный материал, либо семенники павиана или козла. Но через 1 -2 г. наступал рецидив старости в ещё более тяжёлой форме.

Особенности биологического действия гормонов 1) Низкая концентрация в крови (10 -6 – 10 -12 Особенности биологического действия гормонов 1) Низкая концентрация в крови (10 -6 – 10 -12 М). 2) Обязательная связь с рецептором ( R ), включающим каскадный механизм усиления гормонального сигнала 3) Изменение cкорости синтеза ферментов или их активности; изменение проницаемости мембран. 4) Регуляция секреции по принципу прямой и/или обратной связи. Гормоны могут действовать: • · на весь организм в целом (СТГ, тироксин); • · на ткани-мишени (инсулин регулирует поступление глю- козы в мышечную и жировую ткани); • · на одну ткань-мишень (ТТГ, АКТГ). •

Механизм действия гормонов на клетку • Нарушения гормонального равновесия: • Недостаток Г (генетический дефект, Механизм действия гормонов на клетку • Нарушения гормонального равновесия: • Недостаток Г (генетический дефект, аутоиммунный процесс, деструктивные опухоли) • Избыточная секреция Г • Синтез аномального Г (генетические мутации) Резистентность к гормону - это нарушение чувствительности органа-мишени к Г в результате дефицита или аномалии R, расстройства ме ханизмов клеточной сигнализации, нарушения метабо лизма Г.

Гипоталамус: либерины, статины Аденогипофиз: ТТГ, СТГ, ЛГ, ФСГ, ЛТГ, АКТГ Нейрогипофиз: окситоцин, вазопрессин Щитовидная Гипоталамус: либерины, статины Аденогипофиз: ТТГ, СТГ, ЛГ, ФСГ, ЛТГ, АКТГ Нейрогипофиз: окситоцин, вазопрессин Щитовидная железа: Т 3, Т 4, кальцитонин Паращитов. Ж. : паратирин Желудок: Гастрин 12 -перстная кишка: секретин, . . холецистокинин Поджел. Ж. : инсулин, глюкагон, соматостатин Надпочечники: Кора–глюко- и минералокортикоиды, поло- вые. Мозговой слой: КА Половые железы

Классификация гормонов · По месту синтеза (insula –инсулин, gl. thyreoidea – тироксин) • По Классификация гормонов · По месту синтеза (insula –инсулин, gl. thyreoidea – тироксин) • По функции (гормон роста, лактогенный, ТТГ) По химическому строению: • 1. Белки (СТГ) и пептиды (АКТГ, гормоны гипоталамуса) • 2. Производные аминокислот (тир – Т 3, Т 4, катехол- • амины; три – серотонин, мелатонин; гис – гистамин) • 3. Производные холестерола (кортикостероиды, половые гормоны, витамин Д) • 4. Производные жирных кислот (эйкозаноиды, ретиноевая к-та).

Взаимосвязь между Гормонами и другими сигнальными молекулами Нейротрансмиттеры и Г. ( катехоламины, либерины гипоталамуса) Взаимосвязь между Гормонами и другими сигнальными молекулами Нейротрансмиттеры и Г. ( катехоламины, либерины гипоталамуса) Витамины и Г. (витамин Д и ретиноиды cвязываются с R аналогично стеро. Идным Г. ) Онкогены и Г. ( онкогены могут быть аналогами генов, кодирующих ядерные рецепроты гормонов) Иммунная система и Г. ( цитокины, синсинтез иммунокомпетентными клетками АКТГ, пролактина).

Синтез гормонов • Стероидные Г синтезируются из холестерола, не депонируются, генетически не запрограммированы. • Синтез гормонов • Стероидные Г синтезируются из холестерола, не депонируются, генетически не запрограммированы. • Г белково-пептидной природы синтезируются как и все белки, запасаются клеткой. Синтезируются в виде предшественников (пре-про-гормона)

Транспорт и рецепция гормонов Белково-пептидные Г циркулируют в свободном виде, лишь частично связываясь с Транспорт и рецепция гормонов Белково-пептидные Г циркулируют в свободном виде, лишь частично связываясь с белками. Стероидные Г связываваются со специальными глобулинами: Т 4 - связывающим, кортизол- связывающим, сексгормоны - связывающим, а также с альбуминами. • R гормонов: мембрангормонов ные и внутриклеточные

Молекула гормона подвергается деградации в крови, стенках сосудов, в печени и почках Белково-пептидные Г Молекула гормона подвергается деградации в крови, стенках сосудов, в печени и почках Белково-пептидные Г разрушаются экзо- и эндопептидазами в лизосомах ( связывание с мембранным R, эндоцитоз). При деградации инсулина восстанавливаются S-S-связи. Стероидные Г: а) восстановление двойных связей, гидроксилирование (цит. Р 450) б) связывание с УДФ-глюкуроновой к-той или ФАФС.

Гормоны связываются с R мембран клетки или внутриклеточными R • Мембранные R: • 1. Гормоны связываются с R мембран клетки или внутриклеточными R • Мембранные R: • 1. 7 TMS-R →взаимодействуют с G-белками 2. 1 TMS–R → гуанилатциклазы, Тир-киназы, • Сер/Тре-протеинкиназы, протеинфосфатазы. • 3. Ионные каналы: лигандзависимые, по • тенциалзависимые, щелевые кинтакты. • Ядерные и цитозольные рецепторы: • Класс I – ядерные и цитозольные R, связанные с белками теплового шока (hsp 90) Класс II – ядерные R, не связанные с белками теплового шока

Стероидные гормоны (исключая эстрогены) связываются с цитозольными R R стероидных Г связаны с белками Стероидные гормоны (исключая эстрогены) связываются с цитозольными R R стероидных Г связаны с белками теплового шока hsp-90. Г высвобождает R и его Zn-пальцы. Рецепторы димеризуются (гомодимер) и связываются с ДНК

Гормоны Т 3, Т 4, эстрогены, мелатонин, вит. Д 3, ретиноевая к-та связываются с Гормоны Т 3, Т 4, эстрогены, мелатонин, вит. Д 3, ретиноевая к-та связываются с ядерными R Гормон связывается со своим R + R ретиноевой кислоты, образуя гетеродимер снятие репрессии индукция синтеза белков.

7 -TMS-рецепторы (мембранные) С 7 -TMS-R связываются: Гормоны белково-пептидной природы (кроме СТГ, инсулина, пролактина) 7 -TMS-рецепторы (мембранные) С 7 -TMS-R связываются: Гормоны белково-пептидной природы (кроме СТГ, инсулина, пролактина) Пептиды (ангиотензин, брадикинин, эндорфины) Гормоны аминокислотной природы (катехоламины). Биогенные амины. Нейромедиаторы Родопсин. Феромоны, одоранты, опиаты

Передача сигнала через G-белки • 20 классов G-белков делят на 4 основные группы: G Передача сигнала через G-белки • 20 классов G-белков делят на 4 основные группы: G s – активируют аденилатциклазы, G I – ингибируют аденилатциклазы, G q – активируют фосфолипазу С, G о – открывают Ca++-каналы

Нарушение функции G-белков Холерный токсин активирует G S в энтероцитах, угнетая его ГТФ-азную активность. Нарушение функции G-белков Холерный токсин активирует G S в энтероцитах, угнетая его ГТФ-азную активность. Коклюшный токсин активирование G i в лёгких

Аденилатциклаза • ц. АМФ активирует далее протеинкиназу А Аденилатциклаза • ц. АМФ активирует далее протеинкиназу А

Протеинкиназа А • Функция ПКА: 1. Фосфорилирование ферментов (фосфорилаза, липаза и др. ) 2. Протеинкиназа А • Функция ПКА: 1. Фосфорилирование ферментов (фосфорилаза, липаза и др. ) 2. Активирование фактора транскрипции CREB (c. AMP Response Element Binding Protein)

G q – активируют фосфолипазу С, расщепляющую ФИФФ на ИТФ и ДАГ G q – активируют фосфолипазу С, расщепляющую ФИФФ на ИТФ и ДАГ

1 -TMS-рецепторы, обладающие каталитической активностью 1. Тирозинкиназы – фосфорилируют ТИР в белках переносчиках сигнала 1 -TMS-рецепторы, обладающие каталитической активностью 1. Тирозинкиназы – фосфорилируют ТИР в белках переносчиках сигнала 2. Тирозинфосфатазы – удаляют фосфатные группы, связанные с ТИР. 3. СЕР/ТРЕ киназы (Raf) – фосфорилируют СЕР или ТРЕ в молекулах переносчиках сигнала. 4. ТИР/СЕР/ТРЕ – киназы (МЕК) 5. Гистидинкиназы – фосфорилируют свой ГИС и пере носят фосфат на другие молекулы. 6. Гуанилатциклазы – катализируют образование ц. АМФ.

Механизм внутриклеточной передачи сигнала Важнейший способ – фосфорилирование белков протеинкиназами (имеется 575 генов этого Механизм внутриклеточной передачи сигнала Важнейший способ – фосфорилирование белков протеинкиназами (имеется 575 генов этого фермента). Фосфат присоединяется к остаткам ТИР, СЕР или ТРЕ Фосфорилирование обратимо: у каждой киназы имеется своя фосфатаза Примеры: передача сигнала с участием 1 -TMS-R, 7 -TMS-R, регуляция экспрессии генов, метаболизм гликогена.

1 -TMS-рецепторы, обладающие каталитической активностью R Тирозинкиназы после присоединения лиганда (факторов роста и др. 1 -TMS-рецепторы, обладающие каталитической активностью R Тирозинкиназы после присоединения лиганда (факторов роста и др. ) димеризуется, в нём аутофосфорилируются остатки ТИР, что обеспечивает связывание других переносчиков сигнала.

Механизм внутриклеточной передачи сигнала: белки-адапторы и структурные белки Эти белки связывают участников переноса сигнала. Механизм внутриклеточной передачи сигнала: белки-адапторы и структурные белки Эти белки связывают участников переноса сигнала. Они имеют домены SH 2 и SH 3, способные взаимодействовать с фосфорилированными аминокислотами Адапторный белок Grb 2 (growth factor receptor binding protein ) имеет SH 2 домен для связи с фосф. R и SH 3 -домены для связи с фактором обмена гуаниловых нуклеотидов SOS-белком -----------------SH –домены (Src Нomology domen) - протоонкогены

Механизм внутриклеточной передачи сигнала SOS (son of seven-less), в свою очередь, взаимодействует с неактивным Механизм внутриклеточной передачи сигнала SOS (son of seven-less), в свою очередь, взаимодействует с неактивным Ras-ГДФ (Ras - rate sarcoma) образуется актив- ный Ras-ГТФ, передающий сигнал далее. Ras обладает ГТФ-азной активностью, т. е. он может превращаться в неактивный Ras-ГДФ, тем самым выключая сигнал

 Механизм внутриклеточной передачи сигнала Регуляция продолжительности действия сигнала (белки-”реле”) Тримерный белок G связывается Механизм внутриклеточной передачи сигнала Регуляция продолжительности действия сигнала (белки-”реле”) Тримерный белок G связывается с R. Участвует в образовании ц. АМФ, ДАГ, ИТФ, Са++ Мономерный белок Ras и др. не связывается с R. Участвует в активировании МАПК

Механизм внутриклеточной передачи сигнала От Ras сигнал передаётся Raf (сер/тре – киназа), далее à Механизм внутриклеточной передачи сигнала От Ras сигнал передаётся Raf (сер/тре – киназа), далее à МЕК (киназа киназы), далее МАРК (Митоген Активируемая Протеин. Киназа ), регулирующая рост, проли. Ферацию и дифференцировку клеток.

1 -TMS-рецепторы, не обладающие каталитической активностью R гормона роста, ЛГ, цитокинов димеризуются (активация), связываются 1 -TMS-рецепторы, не обладающие каталитической активностью R гормона роста, ЛГ, цитокинов димеризуются (активация), связываются с JAKбелком, обладающим ТИР-киназной ктивностью

 JAK (Janus Assotiated Kinase) и STAT (Signal Transducer and Activation of Transcription) JAK JAK (Janus Assotiated Kinase) и STAT (Signal Transducer and Activation of Transcription) JAK фосфорилирует гормон-R комплекс. Активированный комплекс, в свою очередь, активирует STATбелки, вызывая их димеризацию. STAT-белки активируют транскрипцию. Структура STAT-белка

Механизм внутриклеточной передачи сигнала – АМФК (АМФ-зависимая протеин. Киназа) АМФ-киназа – гетеротримерный комплекс. Восстанавливает Механизм внутриклеточной передачи сигнала – АМФК (АМФ-зависимая протеин. Киназа) АМФ-киназа – гетеротримерный комплекс. Восстанавливает энергетический баланс: активирует процессы, обеспечивающие синтез АТФ, и угнетает процессы, потребляющие энергию.

Механизмы выключения переноса сигналов Модификация и/или секвестрация R. Изменение концентрации вторичных посредников. Белки - Механизмы выключения переноса сигналов Модификация и/или секвестрация R. Изменение концентрации вторичных посредников. Белки - «реле» Образование белков-ингигибиторов. Инактивация фосфатаз, участвующих в переносе сигнала). Взаимодействие с другими сигнальными путями