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Physiologische und pathologische Rolle der kleinen GTP-bindenden Proteine Zeitschalter der Zellen Ligeti Erzsébet.

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Präsentation zum Thema: "Physiologische und pathologische Rolle der kleinen GTP-bindenden Proteine Zeitschalter der Zellen Ligeti Erzsébet."—  Präsentation transkript:

1 Physiologische und pathologische Rolle der kleinen GTP-bindenden Proteine Zeitschalter der Zellen Ligeti Erzsébet

2 Interzelluläre Verbindungen lösliches LigandZelloberflächenligand

3 Interzelluläre Verbindungen lösliches LigandZelloberflächenligand

4 Signalübertragunsprozesse in der Zelle

5 Bedenken : Zellspezifizität Affinität Raum

6 Organisation der Signalübertragungsprozesse im Raum

7 Bedenken: Zellspezifizität Affinität Raum Zeit

8 G Proteine: GTP-Bindung stabile, steife Konformation

9 Vetter and Wittinghofer Science 2001, Die terminale Phosphatgruppe des GTP stabilisiert das Protein

10 Überlappende Kristallstruktur von 4 kleinen G-Proteinen

11 G Proteine: GTP-Bindung stabile, steife Konformation GTP Hydrolyse bewegliche Konformation

12 G Proteine: Zeitschalter GTP-Bindung stabile, steife Konformation GTP Hydrolyse bewegliche Konformation Zeitfaktor: Geschwindigkeit der GTP-Hydrolyse

13 GTP bindende Proteine heterotrimer (gross) monomer (klein) GDP GTP smgGDP smgGTP

14 smgGDP GTP GDP GTPase Zyklus der G-Proteine Ligand Bindung an GPCR

15 GAP (biol.Signal ) smgGTP smgGDP GEF (biol.Signal ) Regulation der monomer G-Proteine GAP = GTPase activating protein GEF = Guanine nucleotide exchange factor (aktiv) (inaktiv)

16 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42

17 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 Proliferation Transformation

18 Aktivierung des EGF-Rezeptors

19 László Buday (Chemie-Institut)

20 Wirkung des aktivierten Ras Proteins-1. (Raf-Kinase)

21 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 Proliferation Transformation Bewegung Formänderung Transformation

22 Hall, 1998, Science, 279, Wirkung der Overexpression der G-Proteine der Rho-Familie

23 Rac p67 p47 gp91 Rac p67 p47 gp91 Untereinheiten der NADPH oxidase der Phagozyten (Phox) e- NADPH O2O2

24 [Rho-kinase] [Ca 2+ ] = M [Ca 2+ ] = M Summierung der Wirkung von MLCK und Rho-kinase

25 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 Proliferation Transformation Bewegung Formänderung Transformation Membranrezirkulation

26 Schematische Darstellung der intrazellulären vesikulären Bewegungen (vesicular traffic)

27 Prinzip der vesikularen Trennung (budding) und Fusion

28 Rolle des COPI Komplexes im vesikulären Transport von Golgi zum ER

29 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 Proliferation Transformation Bewegung Formänderung Transformation Membranrezirkulation Nuklearer Transport Chromosomen bewegungen

30 Clarke and Zhang, 2001, TiCB, 11, Rolle von Ran in verschiedenen Phasen des Zellzyklus

31 Subfamilien der kleinen GTPasen RAS RHO RAB ARF RAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1- Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 GAP GEF 50-60

32 Ras und Tumore Point mutations are frequently detected in the ras family of protooncogenes (K-ras, H-ras, and N-ras). It has been estimated that as many as 15% to 20% of unselected human tumors may contain a ras mutation. Studies have found K-ras mutations in about 30% of lung adenocarcinomas, 50% of colon carcinomas, and 90% of carcinomas of the pancreas. N-ras mutations are preferentially found in hematologic malignancies, with up to a 25% incidence in acute myeloid leukemias and myelodysplastic syndromes. The majority of thyroid carcinomas have been found to have ras mutations distributed among K-ras, H-ras, and N-ras, without preference for a single ras family member but showing an association with the follicular type of differentiated thyroid carcinomas

33 Bedeutung der Rate der GTP-Hydrolyse Rac V12Rac

34 Bedeutung der Rate der GTP-Hydrolyse Rac V12Rac + GAP

35 Bedeutung der Rate der GTP-Hydrolyse Rac V12Rac + GAP

36 Subfamilien der kleinen GTPasen RAS RHO RAB ARF RAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1- Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 GAP

37 Rac p67 p47 gp91 Rac p67 p47 gp91 Untereinheiten der NADPH oxidase der Phagozyten (Phox) e- NADPH O2O2

38 Nucleotide concentration (µM) O 2.- production (nmol x min -1 x mg -1 ) GTP GTP + F GTP[S] Hemmung des GAPs erhöht die Phox-Aktivität

39 Bcr p190 RhoGAP p50 RhoGAP membrane cytosol rat brain extract Rac-GAP in neutrophilen Granulozyten Geiszt et al. BJ 2001

40 Folgen der Abwesenheit von Bcr GAP Gewichtänderung nach LPS Behandlung Darmnekrose Voncken et al. Cell, 1995

41 Regulation des regulierenden Proteins?

42 Domainstruktur der Rho/Rac GAP

43 GTPase4 x FFGAP p190RhoGAP PKC Src Abwesenheit (KO egér): Störung der Entwicklung des ZNS Störung der Differentiation der Fettzellen

44 Relative amount of p190Rho-GAP Bound 32 P-GTP (%) PS ändert die Substratspezifizität von p190RhoGAP RhoGAP RacGAP RhoRac + PS Ligeti et al. JBC 2004.

45 geschlossen Interaktion mit prenyliertem Rac geöffnet Modell der Interaktion pRac-p50GAP Moskwa et al. JBC 2005

46 189 CAAX RAC 189 C RAC Prenyl- transferase Posttranslationelle Modifizierung von G-Proteinen Ins-R

47 GAP monomere G-Proteine ZEIT Faktor der Signalübertragung Zusammenfassung

48 p50RhoGAP Sok sejt kifejezi Granulocitákban nagy mennyiségben Sec14GAPPP

49 p50RhoGAP érzékeny a preniláltsági állapotra nem-prenilált Racprenilált Rac Moskwa et al. JBC, 2005

50 Rac p67 p47 gp91 GAP1 GAP2 Hipotézis: Különböző reakciókban különböző GAPok szabályozzák ugyanazt a G-fehérjét Rac Moskwa et al. Biochemistry 2002.

51 Bigay et al. Nature Az ARF1-GAP szabályozásának modellje

52 A p50RhoGAP fúziós fehérjeként kifejezett fragmensei Sec14GAPPP

53 GAP Rac·GTP Rac·GDP GEF RhoGDI·Rac·GDP A Rac GTPáz szabályozása GAP = GTPase activating protein GEF = Guanine nucleotide exchange factor GDI = Guanine nucleotide dissociation inhibitor

54 smgGTP smgGDP GTP GDP GAP A G fehérjék GTPáz ciklusa Target, RGS GEF Ligand kötés GPCR-n

55 Molecular Cell Biology 20. Cell-to-Cell Signaling: Hormones and Receptors Receptor Tyrosine Kinases and Ras Aktivierung des EGF-Rezeptors-1.

56 Molecular Cell Biology 20. Cell-to-Cell Signaling: Hormones and Receptors Receptor Tyrosine Kinases and Ras Aktivierung des EGF-Rezeptors – 2.

57 Subfamilien der monomeren GTPasen RAS RHO RAB ARFRAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1-Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap1 Rac1 Rap2 Rac2 Ral Cdc42 proliferáció transzformáció mozgás alakváltozás transzformáció membrán körforgás magmembrán kromoszóma mozgás


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