Κυτταρική επικοινωνία ΒΙΟΛΟΓΙΑ Ι

Κυτταρική επικοινωνία Δομή παρουσίασης Κυτταρική επικοινωνία Αρχές κυτταρικής σηματοδότησης Υποδοχείς σηματοδότησης σύνδεση με G-Πρωτεΐνες σύνδεση με ένζυμα

Βασικές αρχές Κυτταρικής Βιολογίας ΙΙ Δομή παρουσίασης Μελέτη Βασικές αρχές Κυτταρικής Βιολογίας ΙΙ Κεφάλαιο 16 και Βασικές έννοιες, σελ 704-706)

Κυτταρική Σηματοδότηση Aρχές σηματοδότησης Ορισμός Κυτταρική Σηματοδότηση Παραλαβή σήματος  μεταβίβαση σήματος Σήμα/Υποδοχέας Μετάδοση Απόκριση

Aρχές σηματοδότησης Σήμα/Υποδοχέας Μετάδοση Απόκριση Παραγωγή μορίου Τί είναι; Παραγωγή μορίου Σηματοδοτικό κύτταρο Κύτταρο στόχος Υποδοχέας Μεταβίβαση σήματος Σηματοδοτική οδός Ρύθμιση κυτταρικής συμπεριφοράς Σήμα/Υποδοχέας Μετάδοση Απόκριση

Aρχές σηματοδότησης Κοντινής επαφής Παρακρινής σηματοδότηση Μορφές (secreting cell targets nearby cells through extracellular release)

Aρχές σηματοδότησης Κοντινής επαφής Μορφές Κοντινής επαφής Σηματοδότηση με σύναψη (νευρωνική). Τα νευρικά κύτταρα, απελευθερώνουν το μήνυμα (νευροδιαβιβαστής) που προσδένει σε υποδοχείς κυττάρων (nerve cell releases neurotransmitter into synapse)

Aρχές σηματοδότησης Κοντινής επαφής Εξαρτώμενη από επαφή (υποδοχείς) Μορφές Κοντινής επαφής Εξαρτώμενη από επαφή (υποδοχείς) εμβρυική ανάπτυξη Μόρια στην επιφάνεια ενός κυττάρου αναγνωρίζονται από υποδοχείς σε κοντινό κύτταρο

Aρχές σηματοδότησης Ενδοκρινής (εξ αποστάσεως) Ορμόνες Μορφές (hormonal signaling, hormones released into blood stream for targeted cells)

Εξέλιση σηματοδότησης Aρχές σηματοδότησης Εξέλιση σηματοδότησης έκκριση παραγόντων που αναγνωρίζονται μόνο από ιδίου τύπου κύτταρα Αναγνώριση ιδίων τύπων κυττάρων  factor Receptor a   factor Yeast cell, mating type a Yeast cell, mating type  a  Σύνδεση ιδίων κυττάρων a/

3 στάδια κυτταρικής σηματοδότησης Aρχές σηματοδότησης Στάδια 3 στάδια κυτταρικής σηματοδότησης Υποδοχή-παραλαβή σήματος (υποδοχέας) Μετάδοση μηνύματος Απόκριση EXTRACELLULAR FLUID Receptor Signal molecule Relay molecules in a signal transduction pathway Plasma membrane CYTOPLASM Activation of cellular response Reception 1 Transduction 2 Response 3

Aρχές σηματοδότησης Πολυπλοκότητα μεταγωγής σήματος εξαρτάται: Ποιότητα και δύναμη σήματος Πολυπλοκότητα μεταγωγής σήματος εξαρτάται: 1. Υποδοχέα κυττάρου στόχου 2. Είδη διαφορετικών υποδοχέων κάθε κυττάρου

Ποιότητα και δύναμη σήματος Aρχές σηματοδότησης Ποιότητα και δύναμη σήματος Το ίδιο μόριο επάγει διαφορετικού είδους απόκριση ανάλογα με το κύτταρο στόχο Πχ ακετυλοχολίνη

Ποιότητα και δύναμη σήματος Aρχές σηματοδότησης Ποιότητα και δύναμη σήματος Ομάδες υποδοχέων αναγκάζουν το κύτταρο να απαντά με διαφορετικά σηματοδοτικά μονοπάτια

Aρχές σηματοδότησης Μετάδοση σήματος Η διεργασία της σηματοδότησης, ξεκινά όταν το εξωκυττάριο σήμα προσδεθεί στον υποδοχέα. Αυτή η σύνδεση, προκαλει/αλλάζει τη συμπεριφορά του κυττάρου για να απαντήσει στο εξωτερικό σήμα

Οι σηματοδοτικές αλληλουχίες Aρχές σηματοδότησης Μετάδοση σήματος Οι σηματοδοτικές αλληλουχίες Μετασχηματίζουν το σήμα σε μορφή ικανή να διεγείρει Μεταφέρουν το σήμα εκεί όπου θα προκαλέσει διέγερση Ενισχύουν το σήμα Διανέμουν το σήμα Επιδέχονται τροποποίηση

Aρχές σηματοδότησης Μετάδοση σήματος Η απάντηση ενός κυττάρου σε κάποιο σήμα, σηματοδοτεί την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση πρωτεινών Φωσφορυλίωση είναι ο συνηθέστερος τρόπος για να αλλάξει η δραστικότητα μίας πρωτείνης Η κινάση (ένζυμο), προσθέτει ένα μόριο φωσφόρου στην πρωτείνη Η φωσφατάση (ένζυμο), απομακρύνει ένα μόριο φωσφόρου από την πρωτείνη

Πως ένα εξωκυττάριο ερέθισμα μετατρέπεται σε Υποδοχείς σηματοδότησης Πως ένα εξωκυττάριο ερέθισμα μετατρέπεται σε ενδοκυττάριο σήμα; Ο ρόλος των υποδοχέων

Είδη σηματοδοτικών μορίων Υποδοχείς σηματοδότησης Είδη σηματοδοτικών μορίων Μόρια που δεν διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη (μεγάλα, υδρόφιλα), είσοδος με τη βοήθεια υποδοχέων Μόρια που διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη (μικρά και υδρόφοβα), μετά την είσοδο, ενεργοποιούν ενδοκυττάριοα ένζυμα και υποδοχείς

Το κύτταρο μπορεί να απαντήσει άμεσα χρησιμοποιώντας NO Υποδοχείς σηματοδότησης Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Το κύτταρο μπορεί να απαντήσει άμεσα χρησιμοποιώντας NO To NO, ενεργοποιεί τη γουανιλική κυκλάση το οποίο καταλύει το σχηματισμό του κυκλικού GMP από το GTP

Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Υποδοχείς σηματοδότησης Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Μόρια όπως οι ορμόνες (στεροιδείς/θυροειδικές) και άλλα υδρόφοβα μόρια διαπερνούν τη μεμβράνη και προσδένονται σε ενδοκυττάριους υποδοχείς

Υποδοχείς σηματοδότησης Οι ορμόνες προκαλούν γονιδιακή ρύθμιση Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Οι ορμόνες έχουν λιποδιαλυτή δομή Διαπερνούν τη μεμβράνη για να προσδεθούν σε υποδοχέα Κάθε ορμόνη έχει διαφορετικό υποδοχέα Ο κάθε υποδοχέας δρα σε διαφορετική ομάδα ρυθμιστών Κάθε ομάδα ρυθμιστών προκαλεί γονιδιακή ρύθμιση διαφορετικών γονιδίων

Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Υποδοχείς σηματοδότησης Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Μπορεί να ανασταλεί η προσδεσή τους σε υποδοχέα ή και στο σύμπλοκο και έτσι να μην υπάρξει γονιδιακή έκφραση

Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Υποδοχείς σηματοδότησης Ενδοκυττάριοι Υποδοχείς Οι ορμονικοί υποδοχείς έχουν 3 κύρια δομικά συστατικά σημείο πρόσδεσης ορμόνης σημείο πρόσδεσης DNA σημείο πρόσδεσης DNA ρυθμιστικών αλληλουχιών

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας Λόγω μεγέθους, τα περισσότερα σηματοδοτικά μόρια, συνδέονται με ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ Δίαυλοι ιόντων Σύνδεση με G-πρωτείνες Σύνδεση με ένζυμα

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας Οι πρωτείνες G, είναι σύμπλοκα 3 υπομονάδων Ενζυμική ενεργότητα

Χαρακτηριστικά Δίαυλων ιόντων Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας Χαρακτηριστικά Δίαυλων ιόντων Μετατρέπουν απευθείας ένα χημικό σήμα (π.χ. από έναν νευροδιαβιβαστή) σ΄ ένα ηλεκτρικό σήμα, υπό μορφή μιας μεταβολής δυναμικού, διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης. Με την πρόσδεση του νευροδιαβιβαστή, ανοίγουν ή κλείνουν για τη ροή συγκεκριμένων ιόντων (π.χ Να+, Κ+, Ca++, Cl- ) Η μεταβολή δυναμικού διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης ως αποτέλεσμα της ροής ιόντων επιφέρει μια νευρική ώση ή μεταβάλει τη δράση μορίων στο κύτταρο.

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας Μοριακοί διακόπτες

Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες G πρωτεϊνες Η μεγαλύτερη οικογένεια υποδοχέων Ποικιλία σηματιδοτιλών μορίων (πρωτείνες, πεπτίδια, αμινοξέα, λιπαρά οξέα) Αποτελούνται από εξωκυττάριο, διαμεμβρανικό και κυτταροπλασματικό μέρος 7 φορές Ροδοψίνη, οσφρητικοί υποδοχείς Διατηρήσιμη μορφή Segment that interacts with G proteins Signal-binding site

Υποδοχείς σηματοδότησης Δίεγερση υποδοχέων που συνδέονται με G πρωτεϊνες Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες If GDP is bound, the G protein is inactive If GTP is bound, the G protein is active

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Δίεγερση υποδοχέων που συνδέονται με G πρωτεϊνες ανάλογα με το χρόνο πρόσδεσης, έχουμε ισχυρό και παρατεταμένο Και οι δύο μηχανισμοί εκατέρωθεν της αντίδρασης είναι σημαντικοί

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Δίεγερση υποδοχέων που συνδέονται με G πρωτεϊνες Η α υπομονάδα, έχει ενεργότητα υδρολάσης του GTP (GTPάση) και υδρολύει το GTP σε GDP Αυτό διαρκεί λίγα δευτερόλεπτα μετά την ενεργοποίηση της G πρωτείνης

Μερικές G πρωτεϊνες ρυθμίζουν διαύλους ιόντων Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Μερικές G πρωτεϊνες ρυθμίζουν διαύλους ιόντων Η πρόσδεση σηματοδοτικού μορίου οδηγεί σε διάσταση της G πρωτείνης (ενεργοποιημένο σύμπλοκο βγ και ενεργοποιημένη α υπομονάδα) Το ενεργοποιημένο σύμπλοκο συνδέεται με το δίαυλο και προκαλεί το άνοιγμα του Η απενεργοποίηση της α υπομονάδας με υδρόλυση του GTP την αναγκάζει να ξανασυνδεθεί με το σύμπλοκο βγ και να σχηματίσει μια ανενεργό G πρωτείνη

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Μερικές G πρωτεϊνες ενεργοποιούν μεμβρανικά ένζυμα Κάθε ενεργοποιημένο ένζυμο δημιουργεί αγγελιοφόρα μόρια για να ενισχυθεί το σήμα Τα πιό σύνηθη ένζυμα-στόχοι είναι η αδενυλική κυκλάση, υπεύθυνη για την παραγωγή του κυκλικού AMP και η φωσφολιπάση C υπεύθυνη για την παραγωγή της τριφωσφορικής ινοσιτόλης και της διακυλογλυκερόλης Δεύτεροι αγγελιοφόροι

Υποδοχείς σηματοδότησης Η οδός του cAMP ενεργοποιεί ένζυμα και γονίδια Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Το cAMP σχηματίζεται από το ΑTP σε μία αντίδραση κυκλοποίησης 2 φωσφορικές ομάδες αφαιρούνται Η ελεύθερη ομάδα συνδέεται με υδατανθρακικό υδροξύλιο Παραγωγή AMP

Υποδοχείς σηματοδότησης Η οδός του cAMP ενεργοποιεί ένζυμα και γονίδια Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Απαντήσεις σε εξωκυττάρια σήματα Χαμηλή Μέτρια - Υψηλή Το cAMP αποδομείται γρήγορα και γι’ αυτό υπάρχει συνεχόμενη παραγωγή για να ανταπεξέρχεται το κύτταρο στις ανάγκες του

Υποδοχείς σηματοδότησης Η οδός του cAMP ενεργοποιεί ένζυμα και γονίδια Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Απαντήσεις σε εξωκυττάρια σήματα Σηματοδοτικό μόριο Ενεργοποίηση αδενυλικής κυκλάσης Αύξηση cAMP Ενεργοποίηση Α-κινάσης Είσοδος στον πυρήνα

Υποδοχείς σηματοδότησης Η οδός της φωσφολιπάσης C ενεργοποιεί ένζυμα και γονίδια Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Απαντήσεις σε εξωκυττάρια σήματα Υδρόλυση ινοσιτόλης από φωσφολιπάση C οδηγεί σε παραγωγή IP3 και διακυλογλυκερόλης Η IP3 προσδένεται σε διαύλους ασβεστίου Η διακυλογλυκερόλη προσδένεται στην πρωτείνική κινάση C που μετατοπίζεται στο κυτταροδιάλυμα και αρχίζει να φωσφορυλιώνει πολλές άλλες πρωτείνες

Κλινικά σύνδρομα που σχετίζονται με δυσλειτουργία των G πρωτεϊνών Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας - G πρωτεϊνες Κλινικά σύνδρομα που σχετίζονται με δυσλειτουργία των G πρωτεϊνών Χολέρα οφείλεται στο βακτήριο vibrio cholerae που προσβάλει το έντερο. Το βακτήριο παράγει την τοξίνη της χολέρας που εισέρχεται στα κύτταρα που επενδύουν το έντερο. Εκεί τροποποιεί τη Gs (α-υπομονάδα) μιας G πρωτεϊνης καθιστώντας την συνεχώς ενεργή. Οδηγεί σε συνεχή εκροή ιόντων και νερού προς τον αυλό του εντέρου, προκαλώντας έντονες διάρροιες και αφυδάτωση. Κοκκίτης (whooping cough) οφείλεται στο βακτήριο pertussis toxin το οποίο παράγει την κοκκυτική τοξίνη. Η τοξίνη αυτή τροποποιεί τη Gi (α-υπομονάδα) μιας G πρωτεϊνης καθιστώντας

Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Επειδή οι υποδοιχείς που συνδέονται με ένζυμα έχουν μόνο μία διαμεμβρανική α-έλικα που διαπερνά τη μεμβράνη, μεταβιβάζουν το σήμα τους με άλλο τρόπο Επιφέρουν ταχείες και άμεσες αντιδράσεις στον κυτταροσκελετό Τα περισσότερα μέλη είναι υποδοχείς των οποίων η κυτταροπλασματική περιοχή λειτουργεί ως κινάση της τυροσίνης Δύο μόρια του υποδοχέα σχηματίζουν διμερές (κάθε μόριο έχει κινάση) Όταν συνδέονται στο σηματοδοτικό μόριο, διμερίζονται και φωσφορυλιώνουν πλευρικές αλυσίδες τυροσίνης (receptor tyrosine kinases) Ο ενεργός υποδοχέας προσθέτει ένα P στην τυροσίνη της πρωτείνης στόχου insulin receptor

Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα

Η ενεργοποίηση του υποδοχέα, οδηγεί στο σχηματισμό συμπλόκου Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Η ενεργοποίηση του υποδοχέα, οδηγεί στο σχηματισμό συμπλόκου Σύμπλοκο: ενεργοποίηση κινασών που φωσφορυλιώνουν διαδοχικά η μια την άλλη σε αρκετες πλευρικές τυροσίνες Τερματισμός σήματος με πρωτεινικές φωσφατάσες της τυροσίνης (protein tyrosine phosphatases)

Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα

Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Υποδοχείς σηματοδότησης Υποδοχείς επιφανείας συνδεόμενοι με ένζυμα Το αποτέλεσμα μιας σύνδεσης, εξαρτάται από το είδος του κυττάρου και τα είδη των υποδοχέων

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος Σύστημα Κινασών Κινάσες που φωσφορυλιώνουν η μία την άλλη διαδοχικά με αποτέλεσμα να μεγαλώνει η ισχύς του σήματος Κινάση ενεργοποιημένη από μιτογόνα (mitogen-activated protein (MAP) kinases

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι Ras 3 4 5 2 1 Το μιτογόνο μονοπάτι του Ras έχει στόχο την ενεργοποίηση της μικρής ενδοκυττάριας σηματοδοτικής πρωτείνης Ras Η πρωτείνη Ras συνδέεται οποιοπολικά με λιπιδική ομάδα της μεμβράνης

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Η Ras ενεργοποιεί τη φωσφορυλίωση των MAP κινασών Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι Ras Ενεργοποίηση 3 κινασών με τελική MAP κινάση Φωσφορυλίωση στόχων

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Μεταλλάξεις στη Ras, προκαλούν συνεχόμενο πολλαπλασιασμό Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι Ras Μεταλλάξεις στη Ras, ευθύνονται για ένα σημαντικό βαθμό κακοηθειών

To σηματοδοτικό μονοπάτι των κυτταροκινών JAK/STAT Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι των κυτταροκινών JAK/STAT

To σηματοδοτικό μονοπάτι των κυτταροκινών JAK/STAT Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι των κυτταροκινών JAK/STAT

To σηματοδοτικό μονοπάτι των Σερίνης/Θρεονίνης SMAD Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι των Σερίνης/Θρεονίνης SMAD cell growth cell differentiation Apoptosis cellular homeostasis

To σηματοδοτικό μονοπάτι των Σερίνης/Θρεονίνης SMAD Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος To σηματοδοτικό μονοπάτι των Σερίνης/Θρεονίνης SMAD cell growth cell differentiation Apoptosis cellular homeostasis

Συστήματα μεταβίβασης σήματος Υποδοχείς σηματοδότησης Συστήματα μεταβίβασης σήματος

Κυτταρική επικοινωνία