Download Report

METABOTROPNI RECEPTORJI
Seminar pri predmetu Biološke membrane
Mentor: prof. dr. Igor Križaj
Avtorja: Dejan Marjanovic in Anita Kustec
Ljubljana, december 2014
RECEPTOR

Beljakovinska molekula na celični membrani ali redkeje
v citoplazmi ali celičnem jedru, na katero se specifično
vežejo telesu lastne snovi kot so hormoni in živčni
prenašalci ter substance, ki jih vnesemo v telo.

Te substance posledično povzročijo biološki odgovor.

Ključno za ugotavljanje delovanja bioloških procesov ter
za načrtovanje zdravil.
DELITEV

Transmembranski receptorji, ki celično membrano
prebadajo.

Intracelularni receptorji, ki so znotrajcelične beljakovine,
kot na primer receptorji za steroidne hormone.

Periferni membranski receptorji, beljakovine na površini
celične membrane.
TRANSMEMBRANSKI RECEPTORJI



Specializirani membranski proteini, ki vežejo zunajcelične
ligande, kot so hormoni, nevrotransmiterji, citokini in
rastni faktorji.
Medcelična komunikacija in prenos signala.
Sestavljeni so iz treh domen: zunajcelične,
transmembranske in znotrajcelične domene.
TRANSMEMBRANSKI RECEPTORJI


Ionotropni receptorji
Metabotropni receptorji
•
•
•
Ionski kanalček ni del njihove strukture, ampak delujejo na
kanalčke preko aktivacije intermediarnih molekul, ki se
imenujejo proteini G.
Monomerni proteini, sestavljeni iz zunajcelične domene, ki
vsebuje vezavno mesto za nevrotransmiter in znotrajcelične
domene, ki veže protein G.
Vezava nevrotransmiterja na metabotropni receptor aktivira G
protein, ki se zatem odcepi od receptorja in direktno interagira
z ionskim kanalčkom .

Izključno v
evkariontih.

odziv v sekundah

odgovori so
indirektni,
relativno počasni
in kompleksni
Receptorji spojeni z G proteinom aktivirajo intracelularne
sekundarne prenašalce: diacilglicerol, IP3, cAMP, Ca2+, cGMP
 Sekundarni prenašalci povzročijo:
• odpiranje ali zapiranje ionskih kanalov
• aktivacijo kinaz
• fosforilacijo proteinov (kanalov, encimov)
• aktivacijo genov in sintezo proteinov

METABOTROPNI RECEPTORJI




Muskarinski acetilholinski receptor (mAChR)
Metabotropni glutamatni receptor (mGluR)
ß-adrenergični receptor
nevropeptidni receptor



mGluR imajo sedem
transmembranskih
domen.
N konec je
zunajcelični, C konec
je znotrajcelični.
Klasificirani v tri
skupine, I, II in III,
glede na strukturo,
agoniste in kaskado
sekundarnih
prenašalcev.




Protein G je sestavljen iz
alfa, beta in gama podenote.
Ko se ligand, ki je lahko
nevrotransmiter ali
hormon, veže na receptor,
sklopljen s proteinom G,
pride do spremembe oblike
receptorja.
alfa podenota nekovalentno
veže GDP/GTP
je sklopljen z encimi, ki
sintetizirajo sekundarne
glasnike; adenilat ciklaza
sintetizira cAMP, fosfolipaza
C pa sintetizira DAG in IP3

Pride do katalize in zaradi tega do odcepa GDP od alfa
podenote. GDP nadomesti GTP, ki ima višjo energijo. To
povzroči odcep alfa podenote od beta in gama podenote.
Podenoti nato interagirata z drugimi znotrajceličnimi proteini,
ki prevedejo signale v dve neodvisni poti.V nekaj sekundah se
GTP pretvori nazaj v GDP, podenote se ponovno združijo in
signal se "ugasne".
Živčni prenašalci
Ekscitatorni in inhibitorni (vpliv na širnjenje akcijskega
potenciala).
 Glutamat, gama-aminomaslena kislina in glicin.
DELITEV METABOTROPNIH RECEPTORJEV:
1. Z G-proteini sklopnjeni receptorji (vpliv na sek.
Sporočevalec cAMP, cAMP stimulira cAMP odvisno
protein kinazo).
2. Tirozin kinazni receptorji (aktivacija z ekstracelularnim
ligandom, ki sproži fosforilacijo cele kaskade citosolnih
ali membranskih proteinov).
3. Gvanilil ciklazni receptorji (cGMP aktivira citosolno
PKG, ki fosforilira citosolne proteine).

Tirozin kinazni receptorji






Visoko afinitetni celični površinski receptorji (hormone,
citokine in polipeptidne rastne faktorje).
Regulacija normalnih celičnih procesov.
RAZVOJ IN NAPREDOVANJE RAKA.
Ekstracelularna domena za vezavo liganda,
transmembranska domena in intracelularne domenekatalitična aktivnost (dodajanje fosfatnih skupin na
tirozine).
Najpomembnejše funkcije: celična proliferacija,
diferenciacija, celično preživetje in regulacija metabolizma.
Najpomembnejša pot: Ras-MAPK kinazna pot.
Poddružine tirozin kinaznih receptorjev





Večino sestavljajo posamezni podenotski receptorji.
Multimerni kompleksi (Ins. receptor-tvori dimere
povezane z disulfidi v prisotnosti inzulina).
Monomer: hidrofobno-transmembransko domeno (25-38
AK), ekstracelularno N-terminalno regijo in intracelularno
C-terminalno regijo.
Ekstracelularna regija ima številne ohranjene elemente: Ig,
EGP-podobne domene, fibronektin tipa III ali regije bogate
s cisteinom.
C-terminalna regija: najvišja stopnja ohranjanja. Katalitična
domena-katalizirajo avtofosforilacijo receptorjev in
fosforilacijo tirozinov od RTK receptorjev.
Tirozin kinazni receptorji
Družina tirozin kinaznih receptorjev
Prenos signala s pomočjo tirozin kinaznih
receptorjev






Vezava liganda-stabilizacija dimerizacije receptorjev.
Omogoča Tyr, da je trans-fosforiliran (prenos signala skozi
membrano).
Fosforilacija Tyr ostankov z aktivacijo receptorja ustvari
vezavno mesto za SH2 in PTB domeno.
Specifični proteini, ki vsebujejo te domene: Src in
fosfolipaza Cgama.
Fosforilacija in aktivacija teh dveh proteinov za vezavo na
receptor vodi do začetka prenosa signala.
Adapterski proteini: povežejo aktivacijo RTK z nadaljno
pot prenosa signala (MAP kinazna signalna kaskada).
EGF receptor









Signalna pot Ras-MAPK.
1.Vezava epidermalnega rastnega faktorja
2. Dimerizacija receptorja
3. Transfosforilacija
4.Vezava adaptorskega proteina Grb2 in proteina Sos
5. Aktivacija proteina Ras
6. Aktivacija kinaze Raf
7. Aktivacija kinaze MEK
8. Fosforilacija transkripcijskih faktorjev
EGF
receptor
Signalna pot Ras-MAPK.
1. Vezava epidermalnega rastnega faktorja
2. Dimerizacija receptorja
3. Transfosforilacija
4. Vezava adaptorskega proteina Grb2
in proteina Sos
5. Aktivacija proteina Ras
6. Aktivacija kinaze Raf
7. Aktivacija kinaze MEK
8. Fosforilacija transkripcijskih faktorjev
EGFR in bolezni





V EGFR družino sodijo štirje strukturno sorodni tirozin kinazni receptorji.
Nezadostna ErbB signalizacija v ljudeh je povezana z razvojem
nevrodegenerativnih bolezni, kot sta multipla skleroza in alzheimerjeva
bolezen.
Prekomerna ErbB signalizacija je povezana z razvojem različnih vrst tumorja.
ErbB-1 in ErbB-2 sta značilna za številne človeške rake, njihova prekomerna
signalizacija pa je lahko ključen dejavnik v razvoju in malignosti teh tumorjev.
EGFR so tarče protitumorske terapije, saj je znano, da je ErbB-1 značilen za
številne človeške rake.
Povečana ekspresija EGFR na rakavih celicah (tudi do 2mio/celico) privede
do povečane aktivnosti Ras-MAPK signalne poti, kar vodi do hitrejše rasti
oziroma invazivnosti rakavih celic.
EGFR je primerna tarča za protitumorsko terapijo. Dva tipa inhibitorjev
delovanja EGFR: monoklonska protitelesa, ki se vežejo na ekstracelularno
domeno in majhne molekule, ki se vežejo na intracelularno domeno.
Inhibitorji tirozin kinaznih receptorjev
Inhibitorji tirozin kinaznih receptorjev







FDA (US Food and Drug Administration) za zdravljenje raka in drugih bolezni, ki jih
povzročijo aktivirane RTK.
Majhne inhibitorne molekule, ki so usmerjene na ATP-vezavno mesto intracelularne
TKD in monoklonska protitelesa, ki interferirajo z aktivacijo RTK in tarčno delujejo
na RTK-izražanje celic imunskega sistema za uničenje RTK.
Učinkovine, ki delujejo na ATP-vezavno mesto proteinskih kinaz, veliko majhnih
inhibitorjev RTK vpliva na več tirozin kinaz poleg svoje prvotne funkcije.
Na primer imatinib je prvotno namenjen kot inhibitor za PDGFR, vendar tudi
močno zavira KIT in ne-receptorsko tirozin kinazo Abl. Imatinib se uspešno
uporablja za zdravljenje gastrointestinalnih stromalnih tumorjev, raka, ki je predvsem
posledica konstitutivno aktivnega KIT,VEGFR2 in PDGFR.
Po drugi strani pa EGFR inhibitor erlotinib in genfitinib kažeta veliko večjo
specifičnost in so sposobni selektivno zavirati EGFR, v pogojih kjer je tesno
povezana ErbB2 TKD nespremenjena.
Čeprav so odkrili veliko inhibitorjev tirozin kinaz, ki so uspešno uporabljeni pri
zdravljenju različnih vrst raka, pa so ključne težave v času zdravljenja neželeni
stranski učinki, ki nastanejo zaradi pomanjkanja selektivnosti do posamezne tarče in
pridobitev odpornosti na zdravilo.
Viri










1. Webvision. Dostopno na: http://webvision.med.utah.edu/book/part-v-phototransduction-inrods-and-cones/glutamate-and-glutamate-receptors-in-the-vertebrate-retina (dostop 11.
december 2014)
2. Lens. Dostopno na: http://www.mc.vanderbilt.edu/lens/article/?id=112&pg=999 (dostop 11.
december 2014)
3. NCBI. Dostopno na: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10855/ (dostop 1. december
2014)
4. NCBI. Dostopno na: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27951/. (dostop 1. december
2014)
5. S.R. Hubbard. Structural analysis of recepor tyrosine kinases. Progress in Biophysics and
Molecular Biology, let. 71, str. 343-358, 1999.
6. E. Zwick, J. Bange, A. Ullrich. Receptor tyrosine kinase signaling as a target for cancer
intervention strategies. Endocr Relat Cancer, 8, str. 161-73, 2001.
7. F. Biordi. Group I metabotropic glutamate receptors: implications for brain diseases.
Progress in Neurobiology, let.59, 55-79, 1999.
8. L.K. Shawver, D. Slamon, A. Ulrich. Smart drugs: tyrosine kinase inhibitors in cancer therapy.
Cancer cell, 1,2002, 117-123.
9. L.Q. Chow, S.G. Eckhardt. Sunitinib: from rational design to clinical efficancy. J. Clin. Oncol.,
25, 884-896, 2007.
10. H. Zhang et al. ErbB receptors: from oncogenes to targeted cancer therapies. J.Clin. Invest.
117, 2051-2058, 2007.