bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren

Präsentation zum Thema: "bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren"—  Präsentation transkript:

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

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

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

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
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM i - COOH Rezeptor

8 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g

9 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK)

10 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+)

11 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+) Proteinkinasen (PKA, PKC)

12 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals
[HR] = [H] [R] Kd e NH2- H PM - COOH i Signal

13 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals
[HR] = [H] [R] Kd e NH2- H PM - COOH i Signal externes Signal  endokrines System  transient [H] 

14 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals
[HR] = [H] [R] Kd e NH2- H PM - COOH i Signal externes Signal  endokrines System  transient [H]  [H] liegt im Bereich der Kd des Rezeptors  Signal

15 Herabsetzen der Hormonkonzentration  Abschalten des Signals
[HR] = [H] [R] Kd e NH2- H PM - COOH i 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 - Verdünnung Aufnahme durch spezifische Transporter Extrazellulärer Abbau Rezeptor-vermittelte Endozytose

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

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

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

20 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+) Proteinkinasen (PKA, PKC)

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

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

23 Desensitisierung und Phosphorylierung von GPCR
Beispiel: Angiotensin II Rezeptor: Ligand: Angiotensin II Funktion: potenter Regulator des Blutdrucks G-Protein: Gq second-messenger: InsP3 , 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: InsP3 , Ca2+ Rezeptorphosphorylierung: Rezeptordesensitisierung:

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 G-protein: ß2-AR: Gs, cAMP  M3-R: Gq, IP3, Ca2+  Heterologe Rezeptordesensitisierung Prä-Stimulus: Carbachol Stimulus: Isoproterenol Prä

37 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+  Heterologe Rezeptordesensitisierung Heterologe Rezeptorphosphorylierung Prä-Stimulus: Carbachol Stimulus: Isoproterenol Phosphorylierung des ß2-AR durch Stimulation mit Carbachol

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

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

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

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

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51 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+) Proteinkinasen (PKA, PKC)

52 GTPase-Funktion

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

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

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

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

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
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+) Proteinkinasen (PKA, PKC)

60 Inaktivierung von second-messengern

61 Phosphatase (durch Li gehemmt) inaktiv inaktiv

62 Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren
zirkulierende Signalsubstanzen Externe Signale e NH2- PM a b g G-Protein i - COOH GDP Rezeptor a GTP b g Effektor (z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK) second messenger (cAMP, IP3, DAG, Ca2+) Proteinkinasen (PKA, PKC)

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