Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Transforming growth factor ß (TGF-ß) Growth factor  Stimulation der Verankerungs-unabhängigen Zellproliferation von Tumorzellen in serum- freiem Medium in Weichagar Transforming  Umwandlung epithelialer Zellen in Zellen mit mesenchymalen Eigenschaften. Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation

Transforming growth factor ß (TGF-ß) Growth factor  Stimulation der Verankerungs-unabhängigen Zellproliferation von Tumorzellen in serum- freiem Medium in Weichagar Transforming  Umwandlung epithelialer Zellen in Zellen mit mesenchymalen Eigenschaften. Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation Epithel: Schicht engverbundener, polarisierter Zellen Mesenchym: Gewebe aus locker verbundenen, nicht polarisierten Zellen

Transforming Growth Factor-ß-Induced Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation Control TGF-ß Bhowmick et al., Mol Cell Biol 12, 27-36 (2001)

Transforming Growth Factor-ß-Induced Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation Link to Cadherins Bhowmick et al., Mol Cell Biol 12, 27-36 (2001)

TGFß  ein pleiotropes Cytokin 3 Isoformen werden von Säugetierzellen exprimiert (TGFß 1-3) Sequenz in verschiedenen Spezies hoch konserviert TGFß1: Endotheliale, hämapoetische und Bindegewebszellen TGFß2: Epitheliale und neuronale Zellen TGFß3: Mesenchymale Zellen

TGF-ß und verwandte Proteine TGF-ß-Familie BMP-Familie TGF-ß BMP2 (bone morphogenic Protein) Activin BMP4 Nodal BMP7

Aktivierung von TGFß durch proteolytische Prozesse

TGFß  ein pleiotropes Cytokin 3 Isoformen werden von Säugetierzellen exprimiert (TGFß 1-3) Sequenz in verschiedenen Spezies hoch konserviert TGFß1: Endotheliale, hämapoetische und Bindegewebszellen TGFß2: Epitheliale und neuronale Zellen TGFß3: Mesenchymale Zellen Signale für die proteolytische Aktivierung: Stimulation von Integrinrezeptoren der extrazellulären Matrix Gefäßschädigungen und Aktivierung von Plasmin/Thrombospondin

TGFß  Funktionen Inhibition der Zellproliferation Supression der Immunantwort Induktion von Zelldifferenzierung Stimulation der Synthese von extrazellulärer Matrix Stimulator der Angiogenese

3 Typen von TGF-Rezeptoren wurden in Säugetierzellen indentifiziert: TGFß-R I: 55 kDa TGFß-R II: 75 kDa TGFß-R III: 200 – 400 kDa   Proteoglycan ohne Signaltransduktionseigenschaften

Tß-R I und TßR-II sind Serin/Threonin Kinasen

SGSGSG  GS Domäne

Phosphorylierung der GS Domäne

Sma: Analogon aus C. elegans Mad: Analogon aus Drosophila Fusion aus Sma: Analogon aus C. elegans Mad: Analogon aus Drosophila (Mad= „Mothers against decapentaplegig“)  Decapentaplegic = TGFß-Analog aus Drosophila

Interaktionsdomänen der Smad-Proteine Type I receptor interaction Co-factor interaction

Mitglieder der Smad-Familie

Mitglieder der Smad-Familie

Mitglieder der Smad-Familie

Mitglieder der Smad-Familie

SARA = Smad anchor for receptor activation

SMAD-4

Eine effektive DNA-Bindung kann nur durch multiple SBEs und/oder andere Faktoren erreicht werden

Bekannte DNA-Bindungspartner für Smads sind FAST für Smad2 und Smad3 OAZ für Smad1, Smad5 und Smad8

Bekannte DNA-Bindungspartner für Smads sind - FAST für Smad2 und Smad3 - OAZ für Smad1, Smad5 und Smad8 DNA-Bindungspartner erhöhen die Signalspezifität - da nur Gene aktiviert werden, die SRE und Erkennungssequenzen für die Kofaktoren haben - da sie für eine bestimmte Gruppe von Smads und damit für eine Gruppe von Rezeptoren spezifisch sind - da sie zellspezifisch exprimiert werden

Aktivierung der TGFß-R/SMAD Signalkaskade führt bei epithelialen Zellen zu einem Zellzyklusarrest Wodurch ?

Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus

CDKs: Motoren des Zellzyklus Welche "Motorwirkung" haben CDKs im Zellzyklus ?  Durch die Phosphorylierung welcher Substrate werden Zellzyklusphasen eingeleitet ?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Bedeutung von CDKs bei der Initiation der S-Phase

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Retinoblastom-Protein (Rb) - Schlüsselsubstrat der S-Phase - nucleäres Protein, 110 kDa NH2- A B -COOH

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Retinoblastom-Protein (Rb) - Schlüsselsubstrat der S-Phase - nucleäres Protein, 110 kDa NH2- A B -COOH Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Retinoblastom-Protein (Rb) - Schlüsselsubstrat der S-Phase - nucleäres Protein, 110 kDa NH2- A B -COOH Bindung des Transkriptionsfaktors E2F E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Retinoblastom-Protein (Rb) - Schlüsselsubstrat der S-Phase - nucleäres Protein, 110 kDa P P P P P P P P P P NH2- A B -COOH Bindung des Transkriptionsfaktors E2F E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Rb Rb E2F Repression E2F-kontrollierter Gene

CDK Substrate: Initiation der S-Phase Cyclin E CDK 2 P P P Rb Rb Rb E2F E2F Repression E2F-kontrollierter Gene Induktion E2F-kontrollierter Gene

E2F: Initiator der S-Phase E2F-kontrollierter Gene Cyclin E CDK 2 P P P DNA-Pol I Rb dNTP-Synth. E2F

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren Cyclin CDK Cyclin inaktiv CDK inaktiv ATP Cyclinkonzentration CDK Cyclin Phosphorylierung Dephosphorylierung CDK-Inhibitoren CKI T160 P ATP aktiv Cyclin Pi CDK Cyclin CDK T160 P P T14 T160 P CKI P Y15 inaktiv inaktiv P

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren Beispiel: CKI p21 isosterische Hemmung durch Bindung im aktiven Zentrum Cyclin E CDK 2 CKI p21 G1  S-Phase

Zielgene des Transkriptionsfaktors c-myc (+) Cyclin D  Vermehrte Bildung des CyclinD/Cdk4 Komplexes (+) Cyclin E  Vermehrte Bildung des CyclinE/Cdk2 Komplexes (+) cdc25a-Phosphatase  Enthemmung des CyclinD/Cdk4 Komplexes (+) p27-Sequestrierungsfaktor  Enthemmung des CyclinE/Cdk2 Komplexes

Beeinflussung des Zellzyklus durch Myc

Mögliche Angriffspunkte in der TGF-ß-Signalkette bei Tumorerkrankungen Aufhebung der TGF-ß-vermittelten Hemmung der Zellproliferation z. B. Defekte in TßR oder Smad Ausschaltung der proapoptotischen Signalkaskaden z. B. Defekte in proapoptotischen Proteinen In späteren Stadien TGF-ß Sekretion und dadurch : Immunsuppression Epitheliale zu mesenchymaler Transdifferenzierung  erhöhte Metastasierungsneigung Vermehrte Neovaskularisation