Arten zellulärer Signalübertragung

HormoneSignal-

Zelle

Synapse

TransmittermoleküleRezeptor-

Ligand

vermittelter

Zell-Zell

Kontakt

Hormone als Signalmoleküle

• Adrenalin: Nebenniere, Erhöhung Blutdruck, Herzfrequenz

• Cortisol: Nebenniere, Einfluss auf Stoffwechsel

• Östradiol: weibliches Sexualhormon

• Glucagon: Pankreas, Glucosesynthese, Glycogen-und Lipidabbau +

• Insulin: Glucoseaufnahme + Protein- u. Lipidsynthese +

• Testosteron: männliches Sexualhormon

• Thyroxin: stimuliert Metabolismus

Lokale Mediatoren

• Epidermaler Wachstumsfaktor (EGF) Proliferation Epidermis u.a. Zelltypen: +

• Blutplättchen-Wachstumsfaktor (PDGF)

Proliferation vieler Zelltypen: +

• Nerven-Wachstumsfaktor, Histamin

Wachstum von Axonen: +

• NO: Relaxation glatter Muskelzellen

Aktivität von Nervenzellen: +

Neurotransmitter, Kontaktine

• Acetylcholin, Nervenenden, synaptische Signalübertragung: +

• γ−Aminobuttersäure (GABA), synaptische

Signalübertragung: -

• Transmembranprotein Delta, verhindert dass Nachbarzellen zum gleichen Zelltyp spezialisieren wie die das Signal aussendende Zelle

Signalmolekül verhindert, dass benachbarte Epithelzellen ebenfalls zu Nervenzellen

differenzieren

Extra- und intrazelluläre Rezeptoren

Unterschiedliche Signale durch gleiches Signalmolekül (Acetylcholin) in

Abhängigkeit von Zielzelle

CH3-CO-OCH2CH2-N(CH3)3+

Ohne ständig eintreffende externe Signale: Zelltod vorprogrammiert (Apoptose)

Wirkungsweise eines kleinen, hydrophilen

und daher nicht membrangängigen

Hormons

Wirkungsweise lipophiler, daher membrangängiger Hormone

NO: Signal das Zellmembranen ungehindert passieren kann, jedoch wegen rascher Oxidation zu NO3

- nur kurzlebig wirksam ist und daher nur als lokaler Mediator wirken kann

bewirkt Relaxation von Muskelzellen

Therapie Angina pectoris mit Nitroglycerin z.B. beruht auf Entspannung der Herzmuskelzellen durch NO

Hauptklassen Oberflächenrezeptoren

Aufrechterhaltung Ungleichgewicht Ionenkanäle am Beispiel Na/K-ATPase

reversiblePhosphorylierung

ATPase Domäne als ATP-Bindungsstelle in

Ionenkanal

Mg2+abhängig

Aktivierung durch Phosphorylierung bzw. GTP-Bindung (G-Proteine)

Deaktivierung durch Dephosphorylierungbzw. GTP-Hydrolyse

G-Protein gekoppelte Rezeptoren

Aktivierung eines Zielproteins durch α-Untereinheit-GTP

Aktivierung Ionenkanal über β/γ-Untereinheiten

Funktion aktivierten Enzyms in Signaltransduktion

Botenstoff („second messenger“) par excellence: AMP

Auswirkungen Signaltransduktionskaskaden auf Proteinfunktion (schnell) und

Genexpression (langsam)

Adenylatcyclase-vermittelte Aktivierung von A-Kinase: Aktivierung Genregulationsprotein durch

Phosphorylierung

Phospholipase C-vermittelte Signaltransduktion

Ca2+ - Imaging

CalmodulinCa2+: + -

Ca2+ Komplex Calmodulin aktiviertCaM-Kinase

Signaltransduktion und Signalamplifikation durch katalytische

(Dimerisierungs-) Rezeptoren

BBI reduces radiation-induced EGFR activation

PTK-activity1: 0Gy 2: 0Gy+BBI3: 5 Gy4: 5 Gy + BBI5-6: 5 Gy + Lavedustin A, B7: 0 Gy +EGF

Ras-Aktivierung über Tyr-KinaseAdaptorproteine (li) Ras-aktivierte Phosphorylierungskaskaden (re)

„Cocktail“ von Veränderungen in Proteinaktivität und Genexpressionsmuster

Vernetzung von Proteinaktivitäten bzw. Genexpressionsmustern (biologische Merkmale)

Abgestufte Regulation über Mehrfachphosphorylierung monomerer bzw.

oligomerer Proteine

Zellcyclus

Auslösung der Phasen der Zellteilung

cyclinabhängige Kinase (Cdk)

M-Phase-Förder-Faktor (MPF)Funktioniert über Speziesgrenzen hinweg

z.B. humanes MPF kann Hefezellen veranlassen in die M-Phase einzutreten

cyclinvermitteltes Anschalten M- und S-Phasep21 Cdk-Inhibitorprotein

Programmierter Zelltod Voraussetzung für Organausbildung

bzw. Organumbildung

Tod infolge Nekrose (A)Tod infolge Apoptose (B bzw. C)