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Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren Viele Schalter für ein Signal!

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Präsentation zum Thema: "Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren Viele Schalter für ein Signal!"—  Präsentation transkript:

1 Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren Viele Schalter für ein Signal!

2 ZELLE SIGNALE: Hormone Neurotransmitter Cytokine Licht Duft Fettsäurederivate REAKTION: Stoffwechsel Proteinsynthese mRNA  Differenzierung Morphologie Signalweiterleitung

3 BEDEUTUNG der SIGNALTERMINATION. Schutz vor dauerhafter Zellerregung. Adaption der zellulären Antwort auf Änderung von externen Signalen. Integration von verschiedenen Signaltransduktionswegen

4 SIGNALTERMINATION A - kurzfristiges Signal - (sec-min) Reversibel Inaktivierung der Signalmoleküle (z.B. chem. Modifikation, zelluläre Umverlagerung, Protein-Protein Interaktion ) Schnelle Reaktion auf Signalveränderungen

5 SIGNALTERMINATION A - kurzfristiges Signal - (sec-min) SIGNALTERMINATION B - andauerndes Signal – (Stunden-Tage) Reversibel Inaktivierung der Signalmoleküle (z.B. chem. Modifikation, zelluläre Umverlagerung, Protein-Protein Interaktion ) Irreversibel Inaktivierung der Signalmoleküle (z.B. proteolytischer Abbau, Verminderung der Neusynthese) Schnelle Reaktion auf Signalveränderungen dauerhafte Umstellung des Zellverhaltens bei chronischen Milieuveränderungen

6 Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) - am besten untersuchtes Rezeptorsystem bezüglich Signaltermination - über 2000 Artikel in den letzten 5 Jahren zu diesem Thema ! Grund: Gene im humanen Genom  1000 Gene für GPCR! - 45% der in den letzten 10 Jahren entwickelten Pharmaka wirken auf GPCR - weites Spektrum von Liganden: Neurotransmitter, Hormone, Chemokine, Prostanoide, Licht, Odorants - beteiligt an Krankheiten: Bluthochdruck, chronische Herzfehler, endzündlichen Krankheiten, HIV, Opiatsucht

7 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH Rezeptor Externe Signale

8 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor  Externe Signale GDP GTP 

9 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK)  Externe Signale GDP GTP 

10 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP 

11 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP  Proteinkinasen (PKA, PKC)

12 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals e i PM NH COOH H [HR] = [H] [R] Kd H Signal

13 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals e i PM NH COOH H [HR] = [H] [R] Kd H Signal externes Signal  endokrines System  transient [H] 

14 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals e i PM NH COOH H [HR] = [H] [R] Kd H Signal externes Signal  endokrines System  transient [H]  [H] liegt im Bereich der Kd des Rezeptors  Signal

15 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals e i PM NH COOH H [HR] = [H] [R] Kd H Signal externes Signal  endokrines System  transient [H]  [H] liegt im Bereich der Kd des Rezeptors  Signal [H]   [HR]   Abschalten des Signals

16 Agonisten-Entfernung aus dem Extrazellulärraum - Mechanismen - 1.Verdünnung 2.Aufnahme durch spezifische Transporter 3.Extrazellulärer Abbau 4.Rezeptor-vermittelte Endozytose

17 Aktive Entfernung des Agonisten aus dem Extrazellulärraum (Synapse) Kokain Sarin

18 Aktive Entfernung des Agonisten aus dem Extrazellulärraum (Synapse) Kokain Sarin

19 Aktive Entfernung des Agonisten aus dem Extrazellulärraum (Synapse) Kokain Sarin

20 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP  Proteinkinasen (PKA, PKC)

21 Desensitisierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) Homologe Desensitisierung - Exclusive Hemmung des aktiven, Liganden-besetzten Rezeptors Signaltermination am Rezeptor

22 Desensitisierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) Homologe Desensitisierung - Exclusive Hemmung des aktiven, Liganden-besetzten Rezeptors Heterologe Desensitisierung - Hemmung eines Rezeptors nach Aktivierung eines anderen, heterologen Rezeptors Signaltermination am Rezeptor

23 Desensitisierung und Phosphorylierung von GPCR Beispiel: Angiotensin II Rezeptor: Ligand: Angiotensin II Funktion: potenter Regulator des Blutdrucks G-Protein: Gq second-messenger: InsP 3, Ca2+ Rezeptordesensitisierung:

24 Desensitisierung und Phosphorylierung von GPCR Beispiel: Angiotensin II Rezeptor: Ligand: Angiotensin II Funktion: potenter Regulator des Blutdrucks G-Protein: Gq second-messenger: InsP 3, Ca2+ Rezeptordesensitisierung: Rezeptorphosphorylierung:

25 G-Protein gekoppelte Rezeptor Kinasen (GRKs) Rezeptorerkennung Membrantargeting

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28 Translokation von GRK2/3

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35 Heterologe Rezeptor Desensitisierung und Phosphorylierung Beispiel: ß2-adrenerger- und M3-muscarinischer Rezeptor Ligand: ß2-AR: Isoproterenol M3-R: Carbachol G-protein: ß2-AR: Gs, cAMP  M3-R: Gq, IP3, Ca2+ 

36 Heterologe Rezeptor Desensitisierung und Phosphorylierung Beispiel: ß2-adrenerger- und M3-muscarinischer Rezeptor Ligand: ß2-AR: Isoproterenol M3-R: Carbachol Heterologe Rezeptordesensitisierung G-protein: ß2-AR: Gs, cAMP  M3-R: Gq, IP3, Ca2+  1.Prä-Stimulus: Carbachol 2.Stimulus: Isoproterenol Prä

37 Heterologe Rezeptor Desensitisierung und Phosphorylierung Beispiel: ß2-adrenerger- und M3-muscarinischer Rezeptor Ligand: ß2-AR: Isoproterenol M3-R: Carbachol Heterologe RezeptordesensitisierungHeterologe Rezeptorphosphorylierung G-protein: ß2-AR: Gs, cAMP  M3-R: Gq, IP3, Ca2+  1.Prä-Stimulus: Carbachol 2.Stimulus: Isoproterenol 1.Phosphorylierung des ß2-AR durch Stimulation mit Carbachol

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42 Arrestin - Adaptor bei der GPCR-Desensitisierung Phosphorylierungserkennung Clathrinbindung Erkennung des akt. Rezeptors 48 kD Arrestine:GewebeLokalisation Vis. ArrstinRetinaCytosol ß-Arrestin 1 und 2 ubiquitär (NS, Lymph. Gewebe)Cytosol cone-ArrestinRetina, LungeCytosol D- E-ArrestinubiquitärCytosol Struktur

43 Arrestin - Adaptor bei der GPCR-Desensitisierung Phosphorylierungserkennung Clathrinbindung Erkennung des akt. Rezeptors 48 kD Arrestine:GewebeLokalisation Vis. ArrstinRetinaCytosol ß-Arrestin 1 und 2 ubiquitär (NS, Lymph. Gewebe)Cytosol cone-ArrestinRetina, LungeCytosol D- E-ArrestinubiquitärCytosol Struktur

44 Agonisten-induzierte Sequestrierung von GPCR Beteiligung von Arrestin Beispiel: Adenosin-R G-Protein: Gs Lokalisation von Rezeptor u. Arrestin Rezeptor Arrestin-GFP Rezeptor + Arrestin-GFP Rezeptor Arrestin Rezeptor + Arrestin

45 Agonisten-induzierte Sequestrierung von GPCR Beteiligung von Arrestin Beispiel: Adenosin-R G-Protein: Gs Lokalisation von Rezeptor u. Arrestin Rezeptor Arrestin-GFP Rezeptor + Arrestin-GFP Rezeptor Arrestin-GFP Rezeptor + Arrestin-GFP

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51 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP  Proteinkinasen (PKA, PKC)

52 GTPase-Funktion

53 SIGNALTERMINATION bei G-Proteinen GTPase Activating Protein Regulators of G protein Signalling

54 SIGNALTERMINATION bei G-Proteinen GTPase Activating Protein Regulators of G protein Signalling RGS-Proteine beschleunigen die Umwandlung von G  - GTP zu G  - GDP

55 SIGNALTERMINATION bei G-Proteinen GTPase Activating Protein Regulators of G protein Signalling

56 SIGNALTERMINATION bei G-Proteinen GTPase Activating Protein Regulators of G protein Signalling alle RGS-Proteine wirken als GAPs!!

57 gemeinsame Struktur aller RGS-Proteine  120 AA RGS-Domäne

58 Funktionsmechanismus von RGS-Proteinen Stabilisierung des pentavalenten Überganszustandes durch RGS

59 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP  Proteinkinasen (PKA, PKC)

60 Inaktivierung von second-messengern

61 Phosphatase (durch Li gehemmt) inaktiv

62 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren e i PM zirkulierende Signalsubstanzen NH COOH   G-Protein Rezeptor Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)  Externe Signale GDP GTP  Proteinkinasen (PKA, PKC)

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64 ZUSAMMENFASSUNG Signaltermination findet auf allen Stufen der Signaltransduktion statt 1. Agonist: - Verdünnung, Aufnahme, Abbau 2. Rezeptor: - Phosphorylierung, Entkopplung vom G-Protein, Internalisierung, Recycling, Abbau,Verminderung der Neusynthese 3. G-Protein: GTPase Funktion, GAPs und RGS-Proteine

65 4. second-Messenger: Hydrolyse, Dephosphorylierung, Reveresterung 5. Verstärkerenzyme (Kinasen): Feedback-Inhibition ZUSAMMENFASSUNG Signaltermination findet auf allen Stufen der Signaltransduktion statt


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