Zelluläre Signaltransduktion II

Präsentation zum Thema: "Zelluläre Signaltransduktion II"—  Präsentation transkript:

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

2 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

3 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

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

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

6 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

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

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9 Aktivierung von TGFß durch
proteolytische Prozesse

10 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

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

12 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

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

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20 SGSGSG  GS Domäne

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22 Phosphorylierung der GS Domäne

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27 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

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

34 Mitglieder der Smad-Familie

35 Mitglieder der Smad-Familie

36 Mitglieder der Smad-Familie

37 Mitglieder der Smad-Familie

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40 SARA = Smad anchor for receptor activation

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43 SMAD-4

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

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

58 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

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

69 Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus

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

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

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

73 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

74 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

75 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

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

77 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

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

79 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

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

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88 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

89 Beeinflussung des Zellzyklus durch Myc

90 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