Zeitschalter der Zellen

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

2 Interzelluläre Verbindungen
lösliches Ligand Zelloberflächenligand

3 Interzelluläre Verbindungen
lösliches Ligand Zelloberflächenligand

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

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
smgGDP smgGTP GTP 

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

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

16 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 Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42

17 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 Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 Proliferation Transformation

18 Aktivierung des EGF-Rezeptors

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

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

21 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 Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

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

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

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

25 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 Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 Membranrezirkulation Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

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 ARF RAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1- Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 Membranrezirkulation Nuklearer Transport Chromosomen bewegungen Bewegung Formänderung Transformation Proliferation Transformation

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

31 Subfamilien der kleinen GTPasen
RAS RHO RAB ARF RAN H-Ras Rho-A Rab ARF1- Ran K-Ras Rho-B Rab ARF7 N-Ras Rho-C Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 GAP GEF

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
V12Rac Rac

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

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

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

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

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

39 Rac-GAP in neutrophilen Granulozyten
membrane cytosol rat brain extract Bcr p190 RhoGAP p50 RhoGAP 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 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

44 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

53 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

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

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

56 Aktivierung des EGF-Rezeptors – 2.
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 ARF RAN H-Ras Rho-A Rab1- ARF1- Ran K-Ras Rho-B Rab32 ARF7 N-Ras Rho-C Rap Rac1 Rap Rac2 Ral Cdc42 membrán körforgás mozgás alakváltozás transzformáció magmembrán kromoszóma mozgás proliferáció transzformáció