Informatie

De IP3-cascade uitschakelen


Nadat PIP2 is omgezet in IP3 en DAG door fosfolipase C (PLC), opent een deel van het IP3 calciumkanalen in het endoplasmatisch reticulum en kunnen calciumionen het cytoplasma binnendringen. Het is mij echter onduidelijk hoe deze IP3-cascade wordt beëindigd. Is IP3 op de een of andere manier aangetast, leiden hoge caliumconcentraties tot sluiting van de calciumkanalen of is er een ander mechanisme?


IP3 is inderdaad afgebroken, dit wordt gedaan door een specifieke fosfatase die "Phosphoinositide 5-fosfatase (INPP5A)" wordt genoemd. Het katalyseert de reactie op de volgende manier:

1-fosfatidyl-1D-myo-inositol 4,5-bisfosfaat + H2O $⇌$ 1-fosfatidyl-1D-myo-inositol 4-fosfaat + fosfaat

Het enzym snijdt de 5'-fosfaatgroep af en laat 1,4-inositolfosfaat achter, dat vervolgens wordt gerecycled. Het schema ziet er aan de linkerkant als volgt uit (figuur 1 van de referentie):

Verwijzing:

Inositoltrifosfaat 3-kinasen: focus op immuun- en neuronale signalering


De IP3-DAG Pathway wordt geactiveerd door een externe stimulus die de conversie van PIP2 naar IP3 veroorzaakt. Wanneer de stimulus afwezig is, functioneert de route niet.

TRH (Thyroptin Releasing Hormone) zorgt er bijvoorbeeld voor dat de IP3-DAG-route optreedt in de cellen in de hypofysevoorkwab, waardoor ze TSH (thyroïdstimulerend hormoon) afscheiden naar de schildklier. Wanneer de hypothalamus stopt met het verzenden van TRH, stopt de IP3-DAG-route in de TSH-afscheidende cellen, zodat TSH niet wordt uitgescheiden.

Opmerking: ik zit momenteel op de middelbare school, dus misschien heb ik niet voldoende ervaring in cytologie om deze vraag te beantwoorden. Ik heb echter mijn best gedaan! Ik hoop dat dit helpt :))


Moleculaire reactiecascades in olfactorische signaaltransductie

Door geur geïnduceerde signalen van de tweede boodschapper in ciliaire preparaten van reukepitheel van ratten werden gevolgd in het subseconde tijdbereik met behulp van een snelle kinetische methodologie. Toepassing van micromolaire concentraties van geurstoffen veroorzaakte een snelle en voorbijgaande verhoging van second messenger-concentraties. De geanalyseerde geurverbindingen induceerden op een elkaar uitsluitende manier de vorming van ofwel cyclisch adenosinemonofosfaat of inositol-trifosfaat. De activerende effecten van geurstoffen op intracellulaire signaalcascades lijken te worden gemedieerd via verschillende G-eiwitten. Er lijken dus ten minste twee verschillende tweede boodschapperroutes betrokken te zijn bij olfactorische signaaltransductie. Selectieve remming van door geur geïnduceerde second messenger-responsen door bepaalde lectines geeft aan dat glycoproteïnen betrokken lijken te zijn bij de waarneming of transductie van olfactorische signalen. In aanwezigheid van proteïnekinaseremmers is de door geurstof geïnduceerde respons van de tweede boodschapper niet langer van voorbijgaande aard maar persistent over een langere tijdsperiode, wat suggereert dat beëindiging van het signaal wordt gerealiseerd via feedbackfosforylering van functionele elementen in de reactiecascade.


GPCR-traject

G-eiwit-gekoppelde receptoren (GPCR's) zijn de grootste en meest diverse groep membraanreceptoren in eukaryoten. G-eiwitten zijn gespecialiseerde eiwitten met het vermogen om de nucleotiden guanosinetrifosfaat (GTP) en guanosinedifosfaat (GDP) te binden. De G-eiwitten die associëren met GPCR's zijn heterotrimeer, wat betekent dat ze drie verschillende subeenheden hebben: een alfa-subeenheid, een bèta- (β)-subeenheid en een gamma- (γ)-subeenheid. Twee van deze subeenheden - alfa (α-) en gamma (γ) - zijn door lipide-ankers aan het plasmamembraan bevestigd (Figuur 1). Ligandbinding aan de GPCR veroorzaakt een verandering in de receptorconformatie die op zijn beurt het G-eiwit bindt en activeert. De actieve vorm van het G-eiwit wordt vervolgens vrijgemaakt van het oppervlak van de receptor en dissocieert in zijn α- en β/γ-subeenheden. Beide subeenheden zullen dan hun specifieke effectoren activeren, waardoor tweede boodschappers vrijkomen. Deze boodschappers worden herkend door eiwitkinasen die leiden tot hun activering en het triggeren van de signaalcascade naar een cellulaire gebeurtenis.

Er zijn twee hoofdgroepen van enzymen die de tweede boodschapper afgeven en beide worden geactiveerd of geïnactiveerd door verschillende soorten G-eiwitten (Figuur 2 & 3). Subtypen Gαs en Gαi activeren respectievelijk inactiveren respectievelijk het adenylaatcyclase-enzym dat adenosinetrifosfaat (ATP) omzet in cyclisch adenosinemonofosfaat (cAMP), waarbij anorganisch pyrofosfaat vrijkomt bij het proces. Andere subtypes zoals Gαq of Gαo zullen als alternatief het fosfo-inositolfosfolipase C-enzym (PLC) activeren, dat fosfatidylinositol-4,5-bifosfaat (PIP2) hydrolyseert tot sn-1,2 diacylglycerol (DAG) en inositol-1,4, 5-trifosfaat (IP3). De IP3 bindt aan een endoplasmatisch reticulum calciumkanaal, waardoor calciumionen vrijkomen in het cytosol.

De GPCR-functie wordt geassocieerd met celwaarneming van externe factoren, waaronder geurstoffen, smaakliganden, licht, metalen, neurotransmitters, biogene aminen, vetzuren, aminozuren, peptiden, eiwitten, steroïden en andere lipiden. Het grote aantal mogelijkheden van liganden geassocieerd met de enorme hoeveelheid receptoren heeft geleid tot de associatie van GPCR's met een groot aantal fysiologische en pathologische aandoeningen. Deze omvatten pijn, astma, kanker, hart- en vaatziekten, gastro-intestinale ziekten, ziekten van het centrale zenuwstelsel en andere.


Ionenkanalen


De binding van epinefrine aan zijn receptor op het celoppervlak activeert bijvoorbeeld, door de werking van G-eiwitten en daaropvolgende activering van PKA, de fosforylering van glycogeenfosforylase. De resulterende activering van glycogeenfosforylase leidt tot de afbraak van glycogeen, waardoor glucose (in de vorm van glucose-1-fosfaat) vrijkomt voor gebruik door de cel. Veranderingen in genexpressie leiden eveneens tot veranderingen in de cel door de productie van bepaalde eiwitten in reactie op het signaal te veranderen.

Figuur 8.4.9: G-eiwit nucleotide swapping

Hoewel de hierboven beschreven stappen ingewikkeld lijken, volgen ze het eenvoudige patroon dat aan het begin van dit gedeelte is geschetst:

  • Binding van signaal aan receptor
  • Verschillende stappen waarbij het signaal wordt doorgegeven via intermediaire moleculen (G-eiwitten, adenylaatcyclase, cAMP en tenslotte PKA)
  • Fosforylering van doeleiwitten door het kinase, wat leidt tot veranderingen in de cel.


De IP3 en DAG geproduceerd door geactiveerde fosfolipase C werken samen om een ​​eiwitkinase te activeren. Ten eerste diffundeert IP3 naar het endoplasmatisch reticulummembraan waar het bindt aan gepoorte calciumionkanalen. Dit zorgt ervoor dat calciumkanalen in het ER-membraan openen en grote hoeveelheden calcium in het cytoplasma afgeven vanuit het ER-lumen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Figuur 8.4.12: Signaleringsresultaten


De toename van de cytosolische calciumionconcentratie heeft verschillende effecten, waaronder het activeren van een proteïnekinase genaamd proteïnekinase C (C voor calcium), samen met de DAG die in de eerdere stap is gemaakt. Net als PKA fosforyleert proteïnekinase C een verscheidenheid aan eiwitten in de cel, waardoor hun activiteit verandert en dus de toestand van de cel verandert.

De routes die leiden tot PKC- en PKA-activering na de binding van een signaal aan een GPCR zijn samengevat in figuur 8.4.12.


Voorbeeld van signaleringscascade:

De Janus-kinase - signaaltransductie en activator of record (JAK-STAT) is een type signaaltransductieroute waarbij de gegevens worden gecommuniceerd waar de signalen buiten de cel worden gevonden.

Dit induceert de transcriptie van DNA. Deze modus van cascademechanisme is een alternatief voor het secundaire messenger-systeem. Het signaalmechanisme bestaat uit drie delen van de celoppervlakreceptor. Het eerste deel is het Janus-kinase, een signaaltransducer die transcriptie activeert.

De andere twee transmembraaneiwitten zijn homodimeren die worden aangetroffen in het transmembraangebied. Het derde deel is de cytoplasmatische staart van de receptor die beide Janus-kinase-enzymen verbindt. De JAK-STAT-route wordt geïnduceerd door de interleukines, interferonen, prolactine, groeihormonen, trombopoëtine en erytropoëtine.

Het Janus-kinase is een type tyrosinekinase, dat het tyrosine-aminozuurrestforum op de celoppervlakreceptoren fosforyleert. De receptor- en ligandbinding activeert het Janus-kinase-enzym.

Verhoogde enzymatische activiteit van JAK voegt de fosfaatgroep toe aan het aminozuurresidu van tyrosine dat op de STAT-receptoren wordt aangetroffen. De geactiveerde STAT-eiwitten worden geaccumuleerd in de celkern en induceren de transcriptie van doelgenen.


Gedeelde Flashcard-set

meerstapsroutes kunnen een signaal versterken, zodat een paar moleculen een grote cellulaire respons kunnen produceren.

ze bieden ook meer mogelijkheden voor coördinatie en regulering van cellulaire reacties

door een cascade van eiwitfosforylering

eiwitkinasen dragen fosfaten over van ATP naar eiwit, een proces dat fosforylering wordt genoemd. dit komt het meest voor op serine, threonine (of tyrosine) residuen

defosforylering = eiwitdeactivering

second messengers nemen deel aan paden die zijn geïnitieerd door GPCR's en RTK's

Cyclisch AMP en calciumionen zijn veelvoorkomende tweede boodschappers

adenylylcyclase is een enzym in het pm dat ATP omzet in cAMP als reactie op een extracellulair signaal

cAMP activeert gewoonlijk proteïnekinase A, dat verschillende andere eiwitten fosforyleert.

hoe zorgen G-eiwitten voor verdere regulatie van celmetabolisme in tweede boodschappers?

toxine van de bacterie vibrio cholerae.

de bacteriën koloniseren de dunne darm (vormen een biofilm) en produceren een enzym dat werkt als een toxine

hydrolyseert GTP tot GDP en staat daarom altijd AAN.

consequentie: constante activering van adenylaatcyclase en continue productie van cAMP.

CFTR cystic fibrosis transmembrance conductance regulator.

dit veroorzaakt een dramatische EFFLUX van chloride-ionen en water uit geïnfecteerde cellen, wat leidt tot waterige diorroe.

bij een bepaalde concentratie is het intracellulaire niveau misschien wel 10.000 keer lager dan in de bloedbaan of plantencelwand

Inositoltrifosfaat - IP3

cytoplasmatisch calcium wordt actief in de ER/mitochondriën/chloroplasten gepompt om de cytoplasmatische concentratie van calciumionen laag te houden.

dit splitst vervolgens membraanfosfolipide PIP2 in DAG en IP3

calciumionen stromen naar beneden in de conc-gradiënt waardoor de cytoplasmatische ca-niveaus stijgen. de calciumionen activeren vervolgens het volgende eiwit in een (of meer) signaalroutes

een zeer specifiek calcium-gemoduleerd eiwit met 4 ca+ bindingsplaatsen

ca+-binding induceert conformationele veranderingen waardoor CaM kan binden aan andere eiwitten, wat activering of deactivering veroorzaakt

de activiteit van adenylycyclasen en fosfodiësterasen bij de vorming/afbraak van cAMP.

CaM activeert ook Ca2+ATPase dat Ca2+ uit de cel pompt tot < Ca2+ concentratie

in het cytoplasma of de kern

veel signaalroutes reguleren de enzym-/eiwitsynthese door genen in de kern aan/uit te zetten

  • het signaal versterken, dus de respons
  • specificiteit van de reactie
  • algehele efficiëntie van de respons, verbeterd door steigereiwitten
  • beëindiging van signaal

het zijn grote relay-eiwitten waaraan andere relay-eiwitten zijn gehecht

deze eiwitten kunnen de efficiëntie van de signaaltransductie verhogen door verschillende eiwitten te groeperen die in dezelfde route zitten

andere inactiveringsmechanismen omvatten Ca2+ en CaM die bijdragen aan een negatieve feedbacklus om de Ca2+-niveaus in het cytoplasma te verlagen


BELANGRIJKE VOORWAARDEN:

apoptose Geprogrammeerde celdood

autocrien signaal signaal dat wordt verzonden en ontvangen door dezelfde of vergelijkbare nabijgelegen cellen

auto-inducer signaalmolecuul uitgescheiden door bacteriën om te communiceren met andere bacteriën in zijn soort en anderen

celoppervlak receptor celoppervlakte-eiwit dat een signaal van de buitenkant van de cel naar de binnenkant verzendt, ook al komt het ligand de cel niet binnen

chemische synaps kleine ruimte tussen axonuiteinden en dendrieten van zenuwcellen waar neurotransmitters functioneren cyclische AMP (cAMP) tweede boodschapper die is afgeleid van ATP

cyclisch AMP-afhankelijk kinase (ook proteïnekinase A of PKA) kinase dat wordt geactiveerd door binding aan cAMP diacylglycerol (DAG) splitsingsproduct van PIP2 dat wordt gebruikt voor signalering binnen het plasmamembraan

dimeer chemische verbinding gevormd wanneer twee moleculen samenkomen

dimerisatie (van receptoreiwitten) interactie van twee receptoreiwitten om een ​​functioneel complex te vormen dat een dimeer wordt genoemd

endocrien celcel die liganden vrijgeeft die betrokken zijn bij endocriene signalering (hormonen)

endocrien signaal langeafstandssignaal dat wordt afgegeven door liganden (hormonen) die door de bloedsomloop van een organisme reizen van de signalerende cel naar de doelcel

enzymgebonden receptor celoppervlakreceptor met intracellulaire domeinen die geassocieerd zijn met membraangebonden enzymen

extracellulair domein regio van een celoppervlakreceptor die zich op het celoppervlak bevindt

G-eiwit-gekoppelde receptor celoppervlakreceptor die membraangebonden G-eiwitten activeert om een ​​signaal van de receptor naar nabijgelegen membraancomponenten te sturen

groeifactor ligand dat zich bindt aan celoppervlakreceptoren en celgroei stimuleert

remmer molecuul dat zich bindt aan een eiwit (meestal een enzym) en ervoor zorgt dat het niet functioneert

inositol fosfolipide lipide aanwezig in kleine concentraties in het plasmamembraan dat wordt omgezet in een tweede boodschapper het heeft inositol (een koolhydraat) als hydrofiele kopgroep

inositoltrifosfaat (IP3) splitsingsproduct van PIP2 dat wordt gebruikt voor signalering in de cel

intercellulaire signalering communicatie tussen cellen

interne receptier (ook intracellulaire receptor) receptoreiwit dat zich in het cytosol van een cel bevindt en bindt aan liganden die door het plasmamembraan gaan

intracellulaire signalering communicatie binnen cellen

ionkanaalgebonden receptor celoppervlakreceptor die een plasmamembraankanaal vormt, dat opent wanneer een ligand aan het extracellulaire domein bindt (ligand-gated kanalen)

kinase enzym dat de overdracht van een fosfaatgroep van ATP naar een ander molecuul katalyseert

ligand molecuul geproduceerd door een signaalcel die zich bindt aan een specifieke receptor en daarbij een signaal afgeeft

paringsfactor signaalmolecuul uitgescheiden door gistcellen om met nabijgelegen gistcellen te communiceren dat ze beschikbaar zijn om te paren en om hun paringsoriëntatie door te geven

neurotransmitter chemische ligand die een signaal van de ene zenuwcel naar de volgende draagt

paracrien signaal signaal tussen nabijgelegen cellen dat wordt afgeleverd door liganden die in het vloeibare medium in de ruimte tussen de cellen reizen

fosfatase enzym dat de fosfaatgroep verwijdert uit een molecuul dat eerder is gefosforyleerd

fosfodiësterase enzym dat cAMP afbreekt en AMP produceert om de signalering te beëindigen

quorum sensing methode van cellulaire communicatie die door bacteriën wordt gebruikt en die hen informeert over de overvloed aan vergelijkbare (of verschillende) bacteriën in de omgeving

receptor eiwit in of op een doelcel die binden aan liganden

tweede boodschapper klein, niet-eiwitmolecuul dat een signaal in de cel propageert nadat activering van een receptor de afgifte ervan veroorzaakt

signaal integratie interactie van signalen van twee of meer verschillende celoppervlakreceptoren die samensmelten om dezelfde reactie in de cel te activeren

signaal transductie voortplanting van het signaal door het cytoplasma (en soms ook de kern) van de cel

signalering cel cel die signaalmoleculen afgeeft die communicatie met een andere cel mogelijk maken

signaalroute (ook signalerende cascade) keten van gebeurtenissen die plaatsvindt in het cytoplasma van de cel om het signaal van het plasmamembraan te verspreiden om een ​​reactie te produceren

synaptisch signaal chemisch signaal (neurotransmitter) dat zich tussen zenuwcellen verplaatst doelcelcel die een receptor heeft voor een signaal of ligand van een signalerende cel


Celcommunicatie

Door communicatie tussen cellen kunnen ze informatie doorgeven en de activiteit van andere cellen reguleren. Het stelt ook een groep cellen in staat om hun activiteiten te coördineren. Cellen praten met elkaar via de taal van kleine moleculen. Dit kunnen amine, peptiden, steroïden, nucleotiden en gassen zijn. Sommige van deze moleculen diffunderen door het plasmamembraan om hun intracellulaire doelen te binden, maar de meeste moeten een interactie aangaan met een celoppervlakreceptor die vervolgens veranderingen in celactiviteit teweegbrengt. De verbinding tussen receptor en cellulaire doelen wordt signaaltransductie genoemd en omvat meestal verschillende eiwitten, kleine moleculen en ionen. Cellen bevatten verschillende signaaltransductieroutes en er is overspraak tussen routes. Pathways kunnen hetzelfde eiwit delen en eiwitten in afzonderlijke routes kunnen de activiteit van elkaar beïnvloeden.

De effecten van een signaalmolecuul kunnen snel of langzaam zijn. Snelle reacties omvatten meestal veranderingen in de activiteit van eiwitten (spiercontractie, fusie van secretoire blaasjes, veranderingen in het metabolisme), terwijl langzame reacties de synthese van nieuwe eiwitten vereisen. Snelle reacties zijn van voorbijgaande aard en de effecten kunnen snel worden omgekeerd. Langzame reacties genereren vaak langdurige of permanente veranderingen in celgedrag. Hetzelfde signaalmolecuul zal vaak een snelle, voorbijgaande reactie van een cel opwekken, gevolgd door een langzamere, langdurige verandering in celgedrag.

Signalering tussen cellen kan plaatsvinden over verschillende afstanden. Paracriene signalering omvat cellen op dezelfde locatie of hetzelfde weefsel, en het signaalmolecuul komt niet in de bloedbaan. Autocriene signalering is een vorm van paracriene signalering waarbij het signaalmolecuul de cel beïnvloedt die het heeft geproduceerd. Endocriene signalering omvat cellen in afzonderlijke organen en weefsels en vereist de bloedstroom om het signaalmolecuul tussen organen te transporteren. Signalering vindt ook plaats tussen cellen die direct fysiek contact zijn. Interacties tussen eiwitten op het oppervlak van cellen kunnen veranderingen in celgedrag veroorzaken. Eiwitten op het oppervlak van T-cellen en antigeenpresenterende cellen werken bijvoorbeeld samen om signaalroutes in T-cellen te activeren. Een gespecialiseerd type signalering is neurotransmissie. Neuronen interageren met hun doelcellen, maar gebruiken kleine moleculen die neurotransmitters worden genoemd om met hun doelcellen te communiceren.

Signaalroutes kunnen complex zijn vanwege het aantal componenten en de overspraak tussen verschillende signaalroutes. Bovendien worden signaalroutes vaak gereguleerd door positieve en negatieve feedback. Positieve feedback kan signaalroutes activeren die actief blijven, zelfs wanneer het signaalmolecuul wordt verwijderd. Negatieve feedbackroutes genereren een verscheidenheid aan patronen in celactiviteit.

Steroïden

Steroïden zijn kleine hydrofobe moleculen die door het plasmamembraan kunnen diffunderen. Steroïden interageren met receptoren in de cel die de transcriptionele activiteit van verschillende genen veranderen. Gewoonlijk wordt de transcriptie van deze genen geremd in afwezigheid van de steroïde. Vaak worden deze transcriptiefactoren in het cytoplasma gehouden in afwezigheid van steroïden, waardoor ze niet aan hun doelgenen kunnen binden. Na binding van steroïde ondergaan de receptoren een conformationele verandering die een remmend eiwit vrijmaakt, waardoor ze in sommige gevallen in de kern kunnen worden geïmporteerd. Steroïde receptoren activeren de expressie van vroege responsgenen die coderen voor transcriptiefactoren die de expressie van secundaire responsgenen aanzetten. De eiwitten die worden gecodeerd door de secundaire responsgenen genereren gewoonlijk veranderingen in cellulair gedrag.

Ligand-gated ionenkanalen

Sommige ionkanalen in het plasmamembraan zijn receptoren voor signaalmoleculen. Na binding van het signaalmolecuul gaan de ionenkanalen open waardoor ionen kunnen passeren. De stroom van ionen depolariseert het membraan waardoor een actiepotentiaal ontstaat. De actiepotentiaal kan langs het oppervlak van de cel bewegen en andere cellulaire gebeurtenissen veroorzaken. Signalering via ionenkanalen is meestal erg snel en is het mechanisme waarmee skeletspieren worden gestimuleerd om samen te trekken.

G-eiwit gekoppelde receptoren

Sommige receptoren in het plasmamembraan interageren fysiek met heterotrimere G-eiwitten die zich op het cytoplasmatische oppervlak van het plasmamembraan bevinden. Heterotrimere G-eiwitten bestaan ​​uit een alfa-subeenheid (Gα) die GTP bindt en hydrolyseert, en een bèta- en gamma-subeenheid (Gβγ) die Gα remmen, maar ook kunnen deelnemen aan signaalreacties. De receptoren zijn opmerkelijk omdat ze het membraan 7 keer overspannen en een guanine-nucleotide-uitwisselingsdomein (GEF) bevatten. Wanneer ze ligand binden, katalyseert het GEF-domein Ga om GTP te binden. Gα-GTP dissocieert van de Gβγ en kan de activiteit van verschillende stroomafwaartse enzymen veranderen. Sommige Gα-subeenheden (Gs) activeren stroomafwaartse enzymen, terwijl andere (Gi) de activiteit van stroomafwaartse enzymen remmen.

Stroomafwaartse effectoren van heterotrimere G-eiwitten

Sommige Gs-subeenheden activeren adenylylcyclase dat ATP omzet in cAMP. Adenylylcyclase bevindt zich op het cytoplasmatische oppervlak van het plasmamembraan en kan de concentratie van cAMP 20-voudig verhogen. Verhoogde cAMP-concentraties activeren proteïnekinase A door ervoor te zorgen dat zijn regulerende subeenheden dissociëren. Eiwitkinase A heeft talrijke cellulaire doelen. Het beïnvloedt het metabolisme door enzymen te activeren die glycogeen afbreken en het verandert de genexpressie door transcriptiefactoren te activeren. In tegenstelling tot Gs remmen sommige Gi-subeenheden de activiteit van adenylylcyclase. Om de mate van signalering via cAMP te beperken, brengen cellen fosfodiësterase tot expressie dat cAMP hydrolyseert, waardoor de activiteit van proteïnekinase A wordt verminderd.

Andere Gs-subeenheden activeren fosfolipasen. Fosfolipasen splitsen een klasse van lipiden die fosfatidylinositolen worden genoemd. G's hebben de neiging om fosfolipase C te activeren dat inositol 3-fosfaat (IP3) en diacylglycerorl (DAG) genereert. IP3 bindt zich aan calciumkanalen in het endoplasmatisch reticulum, waardoor deze zich openen en calcium in het cytoplasma afgeven. Veel cellulaire gebeurtenissen worden gereguleerd door calciumniveaus, waaronder spiercontractie. Calcium activeert, met hulp van DAG, ook proteïnekinase C dat talrijke cellulaire doelen heeft. DAG kan ook worden omgezet in arachidonzuur dat wordt gebruikt om prostagladines te synthetiseren, die mediatoren zijn van ontsteking en pijn.

Receptor tyrosinekinasen

Sommige signaalmoleculen binden receptoren die gewoonlijk eenmaal het membraan overspannen. Deze receptoren bevatten een kinasedomein op hun cytoplasmatische staart. Bij binding aan ligand wordt het kinasedomein geactiveerd en fosforyleren de receptoren andere soortgelijke receptoren. De gefosforyleerde staarten van de receptoren worden herkend door een aantal verschillende signaaleiwitten. Receptoren activeren deze signaaleiwitten door ze in de buurt van hun substraten te concentreren. Normaal gesproken bevinden deze signaaleiwitten zich in een lage concentratie in het cytosol en interageren ze zelden met hun substraten. Door de signaaleiwitten dichter bij hun substraten te brengen, verhogen receptortyrosinekinasen de signaalreacties aanzienlijk. Sommige van de signaaleiwitten die receptortyrosinekinasen binden, zijn fosfolipasen, enzymen die GTP-bindende eiwitten reguleren en fosfatidylinositolkinasen.

Fosfatidylinositolkinasen fosforyleren fosfatidylinositolen en kunnen een stukje specifiek fosftidylinositol in het binnenblad van het plasmamembraan genereren. Sommige signaaleiwitten bevatten domeinen die specifieke fosfatidylinositolen binden en zich concentreren op het plasmamembraan. Een van deze eiwitten activeert meestal de andere en het tweede eiwit verandert de specifieke cellulaire gebeurtenissen.

MAP-kinasen

De MAP-kinaseroute is een reeks kinasen die elkaar op een geordende manier fosforyleren. Wanneer geactiveerd, fosforyleert het topkinase, MAP-kinasekinasekinase (MAP-KKK), MAP-kinasekinase dat vervolgens MAP-kinase fosforyleert. Gefosforyleerd MAP-kinase fosforyleert verschillende cellulaire doelen. Veel signaalroutes maken gebruik van de MAP-kinasecascade, maar een van de meest voorkomende mechanismen om MAP-kinasen te activeren is via Ras. Ras is kleine GTP-bindende eiwitten die zich op het plasmamembraan bevinden. Receptortyrosinekinasen kunnen de GEF voor Ras rekruteren die de binding van GTP katalyseert. In de GTP-gebonden toestand zet Ras de activiteit van MAP-kinasekinasekinase aan.

Er zijn verschillende soorten eiwitten die functioneren als MAP-KKK, MAP-KK of MAP-K en een van de uitdagingen is om te voorkomen dat MAP-kinasen in de ene route MAP-kinasen in een andere route activeren. Cellen behouden de integriteit van MAP-kinaseroutes door het gebruik van steigereiwitten. Steigereiwitten binden MAP-kinasen die deelnemen aan dezelfde route, waardoor de kans kleiner wordt dat ze MAP-kinasen in een andere route fosforyleren.

Het signaal uitschakelen

Zoals vermeld, moeten cellen signaleringsgebeurtenissen beëindigen omdat langdurige stimulatie schade aan cellen kan veroorzaken en tot celdood kan leiden. Sommige signaalroutes worden geïnactiveerd door de receptor te verwijderen die de route van het plasmamembraan activeert. Receptor-gemedieerde endocytose neemt een deel van het plasmamembraan in beslag in met clathrine beklede blaasjes. Deze blaasjes kunnen receptoren rekruteren waardoor ze van het plasmamembraan worden verwijderd. De blaasjes smelten samen met endosomen met een lage pH die gewoonlijk het ligand van de receptor dissociëren, en de receptor kan worden teruggevoerd naar het plasmamembraan. In sommige gevallen wordt de receptor permanent van het plasmamembraan verwijderd door de receptor naar lysosomen te brengen waar het wordt afgebroken.

Receptoren kunnen ook worden geïnactiveerd terwijl ze in het plasmamembraan blijven. Sommige geactiveerde receptoren zetten eiwitten aan die de receptor wijzigen (fosforylering). De gemodificeerde vorm van de receptor wordt vervolgens gebonden door remmende eiwitten die voorkomen dat de receptor stroomafwaartse signaalroutes activeert.

In sommige gevallen wordt het signaalmolecuul van buiten de cel verwijderd. Sommige cellen bevatten enzymen buiten de cel die signaalmoleculen afbreken. In andere gevallen kunnen cellen door endocytose signaalmoleculen buiten de cel opnemen.


De IP3-cascade uitschakelen - Biologie

C2006/F2402 '07 OVERZICHT VAN LEZING # 15

(c) 2007 Dr. Deborah Mowshowitz, Columbia University, New York, NY.
Laatste update 20-03-2007 09:13 . (Correcties, meestal triviale typefouten, blauw gemarkeerd. )

Handouts 15A (Signalering met RTK's) & 15B (Regulering van Celcyclus). Niet op internet.

I. Signalering, vervolg. Betekenis van RTK's (Receptor Tyrosine Kinasen)

A. Review: Wat zijn de 4 basistypes van receptoren?

1. Steroïde receptoren -- Interne (intracellulaire) receptoren voor in vet oplosbare hormonen (steroïden en TH)

2. GPLR's (of GPCR's) -- Celoppervlak (transmembraan) receptoren gekoppeld aan G-eiwitten (ook wel G Proteïne Copgevouwen Rreceptoren of GPCR's)

3. RTK's -- Celoppervlak (transmembraan) receptoren die zijn - of zijn gekoppeld aan - tyrosinekinasen.

4. Kanalen -- sommige transmembraanreceptoren zijn ionkanalen. Deze zullen voorlopig worden genegeerd, maar uitgebreid worden besproken als we bij zenuwen en spieren komen. Het bekendste voorbeeld is de nicotine-acetylcholinereceptor - de receptor die betrokken is bij zenuwspiersignalering.

B. Wat is er bijzonder aan RTK's? RTK's zijn representatief voor een ander type celoppervlakreceptor die betrokken is bij signalering. (Verschillend van GPCR's -- zie onderstaande tabel voor details.) Signaal aan de buitenkant bindt aan de receptor, en activering van eiwitten, vaak TF's, vindt binnen plaats. Vaak geen tweede boodschapper. Hoe werkt de binding van een ligand aan de buiten van de cel activeren eiwitten binnenkant? Wat is het pad van 'signaaltransductie?' Dat is onderwerp II van vandaag.

C . Rol in ontwikkeling

  • Optisch blaasje scheidt FGF8 af (& BMP4, etc.) = signaalmoleculen = oplosbare eiwitten
  • Bovenliggend ectoderm maakt receptoren (RTK's) voor FGF8 (in opdracht van pax6).
  • Binding van FGF8 aan TK-receptor → signaalroute → activering van TF's → eiwitten (inclusief nieuwe TF's) voor differentiatie tot lens.

4. Vandaag: Details van de 'signaleringsroute?' Hoe veroorzaakt een TK-receptor (RTK) activering van TF's? Zie onder.

D. Rol bij kanker en regulering van de celcyclus

1. RTK's regelen de normale celcyclus

2. Veel kankercellen hebben mutaties die de RTK's of hun doelwitten beïnvloeden (eiwitten die normaal worden geactiveerd door RTK's).

3. Twee belangrijke soorten mutaties die verantwoordelijk zijn: -- RTK-doelen zijn altijd 'aan' als gevolg van een van de volgende:

A. Vastgelopen versneller (stimulatie ongecontroleerd) - RTK, zijn liganden of doelen zijn ofwel overgeproduceerd of zitten vast in actieve vorm

B. Remstoring (remming mislukt) -- Remmers van RTK of zijn doelen ontbreken of zijn inactief.

A. Belangrijke eigenschappen van receptor-TK's

1. Receptor is meestal een single-pass eiwit

2. Ligandbinding leidt meestal tot dimerisatie van receptoren (Purves 15,6 (15,7) of Becker 14-17 (10-17).)

3 Dimerisatie activeert een TK in het cytoplasmatische domein van de receptor of in afzonderlijke TK (die aan de receptor bindt).

4. Actieve kinase-autofosforyleert zichzelf. TK voegt fosfaten (van ATP) toe aan zijn eigen tyrosines -- elke subeenheid fosforyleert de andere.

5. Andere eiwitten worden geactiveerd door binding aan gefosforyleerde TK's. (Becker 14-18 (10-18))

A. Sommige eiwitten kunnen worden geactiveerd door direct te binden aan TK

B. Sommige eiwitten worden geactiveerd door indirect te binden -- deze eiwitten binden aan "adaptereiwitten" die aan de TK zijn gebonden. Hoe het gebeurt:

(1). Adaptereiwitten binden direct aan het gefosforyleerde TK

(2). Extra eiwitten binden aan de adapters

(3). Binding aan adapters '8594 activering van de extra 'aangeworven' eiwitten.

C. Eiwitten die direct aan TK binden, hebben bepaalde soorten domeinen - gewoonlijk SH2-bindende domeinen genoemd.

NS. Werving. Merk op dat het te activeren doeleiwit naar de TK komt of wordt "aangeworven". Dit is het tegenovergestelde van de situatie met de meeste tweede boodschappers waarbij de boodschapper door het cytoplasma diffundeert en het te activeren doeleiwit "zoekt". De rekruteringsmethode kan belangrijk zijn bij het lokaliseren van de respons op een bepaald deel van de cel.

6. Welke liganden gebruiken TK-receptoren?

Veel groeifactoren (zoals EGF) en andere paracrinen, autocrinen en juxtacrinen werken via TK-receptoren. Insuline, maar niet de meeste andere endocrines, werkt via TK-receptoren. (Zie Purves 15.6 (15.7))

7. Activering van TK-receptoren leidt vaak tot veranderingen in TF's en transcriptie. (Merk op dat dit niet het gebruikelijke geval is met G-gekoppelde receptoren - hun einddoel is meestal geen TF.)

B. Hoe vergelijken GPLR's en RTK's? -- Zie onderstaande tabel voor vergelijking van basiskenmerken van TK- of TK-gekoppelde receptoren en G-eiwitgekoppelde receptoren. Zie Purves 15.6 (15.7) voor structuur en mechanisme of Becker fig. 14-17 (10-17) voor structuur en Becker 14-18 (10-18) voor mechanisme.

# Zie Becker Afb. 14-4 (10-3).
## Zie Becker-fig. 14-17 (10-17) of Purves 15,6 (15,7) & 15,3 (15,4).
*Beide delen, alfa of bèta + gamma kunnen activator/remmer zijn. G-eiwitten kunnen ook remmend zijn
**SH2 = sarc homologie 2-domein

Bekijk problemen 6-1 & 6-3

C. Belangrijke voorbeelden van eiwitten geactiveerd door binding aan receptor TK's (direct of via adapters). Zie hand-out 15A.

1. PLC. Ligandbinding aan TK-gekoppelde receptor kan een type PLC → IP3 → triggercascade activeren met behulp van IP3. Dit betekent dat de IP3-route kan worden geactiveerd door beide typen receptoren - GPCR's en TK's. De cAMP-route (voor zover we weten) kan alleen worden geactiveerd door GPCR's.

2. ras -- een beroemd (berucht?) eiwit. Zie Purves afb. 15.9 (15.11) of Becker 14-17 (10-18) en hand-out.

A. Wat is ras? Het is een klein G-eiwit dat eerder is geïntroduceerd.

(1). Wat maakt het een G-eiwit? Het heeft GTP-gebonden (actieve) en GDP-gebonden (inactieve) vormen.

(2). Wat maakt het "klein?" Het is niet trimeer -- het heeft geen subeenheden

(3). Ras (en andere kleine G-eiwitten) hebben andere eiwitten nodig om activering (binding van GTP) te katalyseren en om de snelheid van inactivatie (GTP-hydrolyse) te regelen.

B. Waarom geeft iemand om ras?

(1). Overactive form of ras (stuck in the activated 'on' form) can cause cancer. Implies normal ras involved in control of cell cycle. (Zie onder.)

(2). Large % (about 30%) of tumors have overactive ras.

c. How is ras activated? Activation of receptor TK → binding of adapter proteins → binding of ras to adapter proteins. Binding of ras to the final adapter protein (also called GEF = Guanine-nucleotide exchange Factor) catalyzes activation of ras = conversion of ras-GDP to ras-GTP.

NS. What does (normal) activated ras do?

(1). Many growth factors use ras signaling to trigger the events needed for the G1 to S transition.

(2). Ras works by activating a series (cascade) of 3 protein kinases generally called MAP kinases.

(a). End result of cascade = activation of final kinase in cascade = MAP kinase or mitogen-eenctivated Protein kinase. See Purves 15.9 (15.11) or Becker 19-41 (17-39), or handout. Waarom zou je je drukmaken? Achieves high degree of amplification of signal.

(b). Final kinase (MAP kinase) activates TF's → transcription of genes → mRNA → new proteins.

(3). 'Ras' is really a family of proteins whose members serve many different important functions.

e. How does overactive ras cause cancer? Allows improper G1 to S transition. Cell enters S in absence of external signal.

3. The same signal (same activated TK receptor) may trigger more than one signaling pathway . For example, EGF can trigger both the IP3 pathway and the ras pathway. (Becker fig. 14-18 (10-18)).

D. A human example of TK receptor signaling: FGF (Fibroblast growth factor) and FGF Receptor. See Becker figs.14-19 & 14-20 (10-19 & 10-20).

1. Signaling system uses a TK receptor

2. FGF & FGFR needed for proper development as described in Becker chap.10. Failure of signal transmission (or premature transmission) causes developmental abnormalities. See Becker fig. 14-20 (10-20).

3. Why is achondroplasia (type of dwarfism), due to defective FGFR, dominant? See Becker fig. 14-19 (10-19), and box on handout 15A.

A. The general principle: TK receptor monomers must dimerize in order to act. If 1/2 the receptors (1/2 the monomers) are abnormal, most of the dimers that form are abnormal.

B. An important consequence: "lack of function" mutations in TK receptors are often dominant. (For an example see Becker figs. 14-19 & 14-20 (10-19 & 10-20). Dimers form, but they are inactive. (See dominant negatives, below.)

c. This case: In a heterozygote for achondroplasia, 1/2 the FGF receptor (monomers) are defective, therefore dimers that form are defective.

(1). In the example shown in Becker & on handout, the cytoplasmic domain of the defective receptors is missing. Dimers form, but most dimers are never activated -- the two monomers can not phosphorylate each other. (Fig. 14-19) Therefore the signaling is badly disrupted. (In the example shown in Fig. 14-20, the FGF is needed to turn onformation of mesoderm, so the mutant fails to form mesoderm. This type of mutation is called a 'dominant negative' as explained below.)

(2). (FYI) In most cases of human achondroplasia, the mutation is in the transmembrane domain of FGF3 Receptor and dimers form, but act abnormally. (In these cases, the FGF signal is needed to turn on bone differentiation and turn off cell growth. Mutant dimers signal prematurely, so differentiation starts -- and cell growth stops -- before bones are long enough. This type of mutation is called a 'gain of function' mutation, because it works when it shouldn't.)

A. Definition: An abnormal allele like the one that produces the FGF receptor without a cytoplasmic domain is called a "dominant negative mutation." A dominant negative allele (or mutation) makes an inactive protein that disrupts function even in the presence of a normal allele (and normal protein).

B. 'Dominant negative' means that the heterozygote is negative for function, not that it doesn't produce any protein. There is actually a mixture of normal and abnormal protein present. What's unusual is that the abnormal, inactive, protein 'gets in the way' and interferes with the working of the normal, active, protein. So overall, there is a lack of function in the heterozygote.

c. Negative mutations (those that produce inactive protein) are usually NOT dominant. Most negative or "lack of function" alleles (or mutations) are recessive. If there is a mixture of normal and abnormal protein in the heterozygote, the normal, active, protein usually works (in spite of the presence of abnormal, inactive, protein). So usually, overall, there is NO lack of function in the heterozygote.

NS. Significance: What does the existence of a dominant negative mutation imply? It indicates that the gene involved codes for a protein that must polymerize in order to act.

E. Signaling Pathways all interrelate

1. Different 2nd messengers can influence the same enzyme/pathway.

2. Each signaling system can affect the others -- For example, Ca ++ levels can affect kinases/phosphatases and phosphorylations can affect Ca ++ transport proteins (& therefore Ca ++ levels). See an advanced text if you are interested in the details.

III. Regulation of the (Normal) Cell cycle -- see handout 15B .

A. Overview of Cell Cycle

1. Steps. G-1, S etc. histones made in S too along with DNA.

2. Role of RTK. Usually required for transition from G-1 to S.

3. What is wrong with cancer cells? Usually G1-S switch is defective. Cycle is normal length (not shorter), but cell does not pause normally at the critical checkpoint -- proceeds too readily from G1 to S.

B. Mutants (in yeast) indicate the existence of two major control points or checkpoints. See Becker fig. 19-31 (17-30) or Purves 9.4 (9.6).

1. Near G1/S (border of G-1 & S) also called "start" in yeast or the "restriction point" in mammalian cells

A. Actual checkpoint is in G-1, near end determines whether cell will enter G-0 (non dividing or non cycling state) or S (or pause in G-1 and await further instructions). Irreversible decision is to proceed past checkpoint and enter S.

B. This is the major checkpoint/decision point for animal cells in the adult.

c. Many growth factors (like EGF) act at this point -- signals from neighboring cells are needed to enter S.

2. G2/M (Border of G-2 & M).

A. Needed to check all components are ready for mitosis before proceeding.

B. This is the major checkpoint/decision point for cleaving eggs. (see Becker figs. 19-28 & 19-30) Cycle here is basically all S and M -- G1/S switch is in override.

c. Note: Passage of this checkpoint in animal cells generally depends on the internal state of the cells, not on presence/absence of GF's.

3. Additional checkpoints exist see texts (especially more advanced ones) if you are interested.

C. Basic switch or regulatory protein -- similar in both cases.

1. Is regulatory protein an inhibitor or an activator? Fusions (between cells at different points in the cell cycle) imply decisions at checkpoints are controlled primarily by an "on switch" not release of an "off switch." See Becker Fig. 19-32 (17-31). You need presence of an activator signal (not loss of an inhibitor) to proceed past a checkpoint. (However, production/activation of the switch protein complex involves a complicated process which can involve multiple inhibitors and/or activators.)

2. Switch controlled by, or is, a protein kinase -- at least 2 different ones -- one for "start" and one for G2/M. In each case you need to have an active protein kinase.

3. Each kinase phosphorylates a specific set of proteins (See handout)

4. These kinases have 2 parts

A. CDK = cyclin dependent kinase (called p34, cdc2 etc.). This is the actual catalytic protein. Level of kinase protein itself remains steady in cycling cells. (Probably degraded if cells stay in G0 = exit the cell cycle.) Inactive without cyclin therefore catalytic activity of the kinase is dependent on cyclin (& other factors see below).

B. Cyclin -- builds up, peaks, degraded (in proteasome), repeats (See Becker fig. 19-34 (17-33) for graph). Acts as an activator of the CDK.

c. Complex of CDK + cyclin forms inactive action of right combo of (additional) kinases and phosphatases → active form. (See Becker fig. 19-35 (17-34) if you are curious about the details)

NS. Different cyclins for G1/S and G2/M usually different CDK's too (Depends on organism whether same or different).

5. Effects of kinase activation

A. Allow cells to pass checkpoint and enter next phase of cell cycle

B. Kinase phosphorylates and thus activates proteins needed to successfully complete next stage of cycle -- start DNA replication, disassemble nuclear membrane, separate chromosomes, etc. (see table on handout 15B)

6. What triggers synthesis of cyclin?

A. G1/S -- Stimulus from outside (usually a Growth Factor) plus internal state of cell.

B. G2/M -- internal state of cell -- is DNA replicated properly, etc.

D. Role of Cyclin Switches in overall cycle as shown in texts
(Probably an over-simplified view) -- Starting at G1/S -- See handout 15B. Buildup of cyclin → Activation of CDK triggers G1 → S and then CDK is inactivated by degradation of cyclin. Process repeats at G2 → M (with different cyclin/CDK complex). For other pictures, see Purves fig. 9.4 (9.5) or Becker fig. 19-36 (17-35) for G2 → M transition, or 19-40 (17-38) for cycle with both transitions.

1. Regulation occurs at many levels

A. Cyclin levels are regulated by controlling synthesis of mRNA (transcriptional control) and therefore protein, and by controlling degradation of both mRNA and protein (post transcriptional control)

B. Activity of many proteins involved is regulated post translationally by extensive modifications (mostly phosphorylations and dephosphorylations) -- examples include kinases and TF's.

c. Cycle is influenced by external factors (GF's, hormones, contact from other cells, etc.) and by internal factors such as state of the chromosomes, DNA damage etc. Both sets of factors alter passage through the cycle by triggering activations or inactivations of proteins (TF's, kinases, etc.). Regulation of cell cycle integrates both sets of information.

2. Why all these multiple controls and steps? If adult cell divides when it shouldn't → cancer if fails to divide get loss of repair (no healing) and degeneration in adult. So need this very carefully controlled. So have multiple "brake" and "accelerator" proteins in this system. Many cancers traced to loss of "brake protein" or over production/activation of "accelerator protein," as discussed above more details below.

To review regulation of the cell cycle, try Problem 15-8.

NS. Growth Factors, Growth Control, & Cancer -- Putting it All Together.

This material is covered in Becker, chap 24 ( Ch17 p. 562 to end), and Purves Chap 17 pp350-355. We'll finish it next time.

A. What is wrong with cancer cells? Usually G1-S switch is defective. Cycle is normal length (not shorter), but cell does not pause normally at checkpoint -- proceeds too readily from G1 to S.

1. Problem can be at many different steps -- with production of CDK/cyclin complex, with its activation, or with it's targets. (See handout 15B )

2. Two major types of mutations responsible -- as explained above, these result in either

A. Stuck accelerator (stimulation uncontrolled)

B. Brake failure (inhibition fails)

3. Types of mutations that cause cancer used to unravel normal G1/S signaling pathways & vice versa

B. Overview of how mutations mess up G1/S switch signaling

1. Can over-activate an activating (turn on) gene = "stuck accelerator" type of alteration -- activator is always 'on.'

A. Examples: Changes in genes for ras (so it's always in active form), or GF (always produced as autocrine), or GF receptor (always activated even without GF present), etc.

B. Terminology:

(1). Normal activator gene is called a proto-oncogene

(2). Over-active version is called an oncogene. (See Becker table 24-1 (17-2) for a list)

c. Oncogene can "over do it" 2 ways (see Becker fig. 24-15)

(1). Gene can be overexpressed -- problem is with gene expression = level of mRNA production and/or translation = level of protein synthesis. Protein is normal, but you make too much of it (or you make it at the wrong time/place). Mutation is in regulatory sequence controlling gene, not in coding part. (ex: constitutive production of a GF)

(2). Gene can be altered so protein made is constitutively active -- problem is with regulation of protein (not gene) activity -- protein is altered so it is always active. Mutation is in protein coding part of gene. Normal amount of protein is made, but protein is altered. (ex: production of altered GF receptor that is active without its ligand.)

2. Can inactive a blocking gene = "brake failure" type of alteration -- inhibitor is always 'off.'

A. Terminology Normal "brake" genes are called tumor suppressors (see Purves 17.17 (18.17) for picture or Becker table 24-2 (17-3) for a list)

B. Examples: Most famous examples of tumor suppressors are rb and p53. (More details next time.)

(1). p53 -- protein that causes block in cell cycle in damaged cells. Normal p53 acts as 'brake' on activation of CDK/cyclin complex . (see Becker fig. 19-39 (17-40))

(2b). rb -- one of the targets of start kinase. rb protein must be phosphorylated (and inactivated) for cell to enter S. Rb 'holds up' the cycle until CDK/cyclin complex is properly activated. (See Becker fig. 19-38 (17-36)).

c. How mutation causes cancer: When p53 or rb (or other brake protein) is defective, cell keeps on growing when it should not -- in spite of damage (p53) or lack of growth factor signal (rb), etc. Result is often a tumor.

3. Types of mutations that cause cancer are used to unravel normal G1/S signaling pathways & vice versa

Try problems 15-1, 15-9 & 15-11.

C. How do Cancer Causing Mutations occur ?

1. Somatic mutations can cause cancer (see Becker fig. 24-12)

A. What's a somatic mutation? A mistake in DNA replication that occurs in somatic cells, not in germ cells. Is not inherited or passed on.

B. Changes in Regulation. Genes can become over-active [or inactive] because of rearrangements or other mutations that alter effects of enhancers, silencers, etc. Example of cancer caused by rearrangements of regulatory sequences: Burkitt's lymphoma. (Proto-oncogene is placed next to a very strong enhancer.) See Becker fig. 24-13.

c. Changes in Protein Structure. Protein can become over-active [or inactive] because of changes in the gene that alter the amino acid sequence of the protein. Example caused by rearrangement: chronic myelogenous leukemia (CML -- too many white blood cells) -- cells make a hybrid, constitutively active TK instead of normal TK whose activity is regulated. See Becker Fig. 24-14 & 24-15.

2. Viruses can cause cancer -- viral DNA integrates into normal cell DNA and brings in new genes (or messes up old ones of host).

A. Virus can carry in a new gene/protein -- an oncogene or a gene that codes for the inhibitor of a tumor suppressor. See Becker fig. 24-18. (Example: How HPV causes cervical cancer.)

B. Virus DNA can destroy a host gene -- virus can integrate into DNA in middle of a normal gene and inactivate that gene -- can knock out a tumor suppressor.

c. Virus DNA can carry in a new regulatory sequence -- virus can integrate into DNA near a normal host gene and provide an enhancer or silencer that changes expression of that host gene -- can turn on a proto-oncogene.

NS. Most cancers are not caused by viruses . A few types of cancer are associated with viruses (see Purves Table 17.1 (18.2)) but even in these cases the viruses alone are usually not sufficient to cause the cancer. An example: Cervical cancer is largely viral in origin, in that HPV infection is usually involved. However HPV infection is not voldoende to cause it. HPV makes a protein that inactivates rb protein. HPV is an example of case a, not b. (Note: there is some recent evidence that some cases of prostate cancer are associated with a viral infection. See also medpage for a reference to the original report.)

3. You can inherit a predisposition to cancer, not the disease itself. How can you inherit a "predisposition" = high chance of getting cancer?

A. Genes that affect DNA replication &/or repair. If you inherit versions of genes giving low repair or high mutability, tend to get cancer -- sooner or later, one of the random mutations that occurs is likely to mess up a proto-oncogene or tumor suppressor gene as above. Example: xeroderma pigmentosum, which carries a high risk of skin cancer because of defects in the genes for DNA repair. See Becker, box 24A & fig. 24A-1.

B. Tumor suppressor mutations . If you inherit one defective copy of a tumor suppressor gene, nothing happens unless the second copy of the gene gets messed up in a cell. If both copies of a tumor suppressor gene in one cell get inactivated or lost, cancer can result. (This is the "two-hit" hypothesis for how mutated tumor suppressors cause cancer. See Purves 17.16 (18.16) or Becker fig. 24-17. Example: retinoblastoma, which causes a high risk of eye and ovarian tumors, is caused by defects in rb.

4. Most cancer is sporadic , due to somatic mutation. Niet inherited.

5. Cancer develops in stages

A. Most cancers have more than one mutation

B. Selection -- selection for increasing loss of growth control occurs as disease progresses -- cells that grow more aggressively (due to additional mutations) outgrow the others.

c. Progression: Normal cell → benign tumor → malignant (invasive) → metastasis (spreads). See Purves 17.18 (18.18) or Becker fig. 24-10.

NS. What sort of mutation causes cancer? Is cancer caused by a 'lack of function' mutation or 'gain of function' mutation? Usually both.

Try problems 15-3 & 15-4.

Next Time: Wrap up of Growth Control, & Cancer Then intro to endocrinology.


Gratis antwoord

The same second messengers are used in many different cells, but the response to second messengers is different in each cell. Hoe is dit mogelijk?

Different cells produce different proteins, including cell-surface receptors and signaling pathway components. Therefore, they respond to different ligands, and the second messengers activate different pathways. Signal integration can also change the end result of signaling.

What would happen if the intracellular domain of a cell-surface receptor was switched with the domain from another receptor?

The binding of the ligand to the extracellular domain would activate the pathway normally activated by the receptor donating the intracellular domain.

If a cell developed a mutation in its MAP2K1 gene (encodes the MEK protein) that prevented MEK from being recognized by phosphatases, how would the EGFR signaling cascade and the cell’s behavior change?

EGF binding to EGFR initiates a signaling cascade that activates protein kinases through phosphorylation. Active Raf phosphorylates MEK, activating MEK’s kinase activity. If MEK cannot be dephosphorylated, the signaling cascade downstream of MEK will continue to be active after the EGF signal is gone. Therefore, the cell will continue to proliferate and be resistant to cell death (apoptosis).


Bekijk de video: The MAP-Kinase MAPK signalling pathway (November 2021).