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

Interzelluläre Verbindungen lösliches Ligand Zelloberflächenligand

Interzelluläre Verbindungen lösliches Ligand Zelloberflächenligand

Signalübertragunsprozesse in der Zelle

Bedenken:  Zellspezifizität  Affinität  Raum

Organisation der Signalübertragungsprozesse im Raum

Bedenken:  Zellspezifizität  Affinität  Raum  Zeit

G Proteine: GTP-Bindung stabile, „steife” Konformation

Die terminale Phosphatgruppe des GTP stabilisiert das Protein Vetter and Wittinghofer Science 2001, 294. 1299.

Überlappende Kristallstruktur von 4 kleinen G-Proteinen

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

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

GTP bindende Proteine heterotrimer (“gross”) monomer (“klein”) GDP smgGDP smgGTP GTP 

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

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

Subfamilien der monomeren 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

Subfamilien der monomeren 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 Proliferation Transformation

Aktivierung des EGF-Rezeptors

Aktivierung des EGF-Rezeptors László Buday (Chemie-Institut)

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

Subfamilien der monomeren 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 Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

Wirkung der Overexpression der G-Proteine der Rho-Familie Hall, 1998, Science, 279, 509-514.

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

Summierung der Wirkung von MLCK und Rho-kinase [Ca2+] = 10-6 M [Ca2+] = 10-8 M [Rho-kinase]

Subfamilien der monomeren 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 Membranrezirkulation Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

Schematische Darstellung der intrazellulären vesikulären Bewegungen (vesicular traffic)

Prinzip der vesikularen Trennung (budding) und Fusion

Rolle des COPI Komplexes im vesikulären Transport von Golgi zum ER

Subfamilien der monomeren 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 Membranrezirkulation Nuklearer Transport Chromosomen bewegungen Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

Rolle von Ran in verschiedenen Phasen des Zellzyklus Clarke and Zhang, 2001, TiCB, 11, 366-371.

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 25 70 52 27 1 GEF 50-60

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

Bedeutung der Rate der GTP-Hydrolyse V12Rac Rac

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

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

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 25 70 52 27 1

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

Hemmung des GAPs erhöht die Phox-Aktivität GTP[S] GTP + F O2.-production (nmol x min-1x mg-1) GTP Nucleotide concentration (µM)

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

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

Regulation des regulierenden Proteins?

Domainstruktur der Rho/Rac GAP

Abwesenheit (KO egér): Störung der Entwicklung des ZNS p190RhoGAP Abwesenheit (KO egér): Störung der Entwicklung des ZNS Störung der Differentiation der Fettzellen Src PKC GTPase 4 x FF GAP

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

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

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

ZEIT Faktor der Signalübertragung Zusammenfassung GAP monomere G-Proteine ZEIT Faktor der Signalübertragung

p50RhoGAP Sok sejt kifejezi Granulocitákban nagy mennyiségben 1 Sec14 PP GAP 1 439

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

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

Az ARF1-GAP szabályozásának modellje Bigay et al. Nature 2003. 426. 563

A p50RhoGAP fúziós fehérjeként kifejezett fragmensei Sec14 PP GAP 1 439 49 87 121 169 198 211

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

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

Aktivierung des EGF-Rezeptors-1. Molecular Cell Biology    20. Cell-to-Cell Signaling: Hormones and Receptors    20.4. Receptor Tyrosine Kinases and Ras                                                      Aktivierung des EGF-Rezeptors-1.

Aktivierung des EGF-Rezeptors – 2. Molecular Cell Biology    20. Cell-to-Cell Signaling: Hormones and Receptors    20.4. Receptor Tyrosine Kinases and Ras                                                      Aktivierung des EGF-Rezeptors – 2.

Subfamilien der monomeren 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 membrán körforgás mozgás alakváltozás transzformáció magmembrán kromoszóma mozgás proliferáció transzformáció