Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren Viele Schalter für ein Signal!

Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren

Viele Schalter für ein Signal!

ZELLE

SIGNALE:

Hormone

Neurotransmitter

Cytokine

Licht

Duft

Fettsäurederivate

REAKTION:

Stoffwechsel

Proteinsynthese mRNA

Differenzierung

Morphologie

Signalweiterleitung

BEDEUTUNG der SIGNALTERMINATION

. Schutz vor dauerhafter Zellerregung

. Adaption der zellulären Antwort auf Änderung von externen Signalen

. Integration von verschiedenen Signaltransduktionswegen

SIGNALTERMINATION A- kurzfristiges Signal -

(sec-min)

ReversibelInaktivierung der Signalmoleküle

(z.B. chem. Modifikation, zelluläre Umverlagerung,

Protein-Protein Interaktion)

Schnelle Reaktion auf Signalveränderungen

SIGNALTERMINATION A- kurzfristiges Signal -

(sec-min)

SIGNALTERMINATION B- andauerndes Signal –

(Stunden-Tage)

ReversibelInaktivierung der Signalmoleküle

(z.B. chem. Modifikation, zelluläre Umverlagerung,

Protein-Protein Interaktion)

IrreversibelInaktivierung der Signalmoleküle

(z.B. proteolytischer Abbau, Verminderung der Neusynthese)

Schnelle Reaktion auf Signalveränderungen

dauerhafte Umstellung desZellverhaltens bei chronischen

Milieuveränderungen

Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren(GPCR)

- am besten untersuchtes Rezeptorsystem bezüglich Signaltermination

- über 2000 Artikel in den letzten 5 Jahren zu diesem Thema !

Grund:

- 100.000 Gene im humanen Genom 1000 Gene für GPCR!- 45% der in den letzten 10 Jahren entwickelten Pharmaka wirken auf GPCR- weites Spektrum von Liganden: Neurotransmitter, Hormone, Chemokine, Prostanoide, Licht, Odorants

- beteiligt an Krankheiten: Bluthochdruck, chronische Herzfehler, endzündlichen Krankheiten, HIV, Opiatsucht

Signaltransduktion bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren

e

i

PM

zirkulierende Signalsubstanzen

NH2-

- COOHRezeptor

Externe Signale


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor

Externe Signale

GDP

GTP


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor

Effektor(z. B. AC, PLC, Ionenkanäle, MAPK)

Externe Signale

GDP

GTP


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor


second messenger(cAMP, IP3, DAG, Ca2+)

Externe Signale

GDP

GTP


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor



Externe Signale

GDP

GTP

Proteinkinasen (PKA, PKC)

Herabsetzen der Hormonkonzentration Abschalten des Signals

e

i

PM

NH2-

- COOH

H[HR] = [H] [R] KdH

Signal


e

i

PM

NH2-

- COOH

H[HR] = [H] [R] KdH

Signal

externes Signal endokrines System transient [H]


e

i

PM

NH2-

- COOH

H[HR] = [H] [R] KdH

Signal


[H] liegt im Bereich der Kd des Rezeptors Signal


e

i

PM

NH2-

- COOH

H[HR] = [H] [R] KdH

Signal


[H] liegt im Bereich der Kd des Rezeptors Signal

[H] [HR] Abschalten des Signals

Agonisten-Entfernung aus dem Extrazellulärraum - Mechanismen -

1. Verdünnung

2. Aufnahme durch spezifische Transporter

3. Extrazellulärer Abbau

4. Rezeptor-vermittelte Endozytose

Aktive Entfernung des Agonisten aus dem Extrazellulärraum (Synapse)

Kokain Sarin


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor



Externe Signale

GDP

GTP


Desensitisierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR)

• Homologe Desensitisierung

- Exclusive Hemmung des aktiven, Liganden-besetzten Rezeptors

Signaltermination am Rezeptor

Desensitisierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR)

• Homologe Desensitisierung

- Exclusive Hemmung des aktiven, Liganden-besetzten Rezeptors

• Heterologe Desensitisierung

- Hemmung eines Rezeptors nach Aktivierung eines anderen, heterologen

Rezeptors

Signaltermination am Rezeptor

Desensitisierung und Phosphorylierung von GPCRBeispiel: Angiotensin II Rezeptor:

Ligand: Angiotensin II Funktion: potenter Regulator des Blutdrucks

G-Protein: Gq second-messenger: InsP3 , Ca2+

Rezeptordesensitisierung:

Desensitisierung und Phosphorylierung von GPCRBeispiel: Angiotensin II Rezeptor:

Ligand: Angiotensin II Funktion: potenter Regulator des Blutdrucks

G-Protein: Gq second-messenger: InsP3 , Ca2+

Rezeptordesensitisierung: Rezeptorphosphorylierung:

G-Protein gekoppelte Rezeptor Kinasen (GRKs)

Rezeptorerkennung

Membrantargeting

GRK-Eigenschaften

Name Intrazelluäre Lokalisation

Rezeptorsubstrat Gewebe

GRK 1 Rhodopsin

Kinase Plasmamembran Rhodopsin (ß2-AR) Retina

GRK 2 ßARK 1 Cytosol ß2-AR, 2-AR, m2-ACh-R,

Thr-R, AT II-R etc. Leukozyten, Herz, Gehirn, Lunge, Niere

GRK 3 ßARK 2 Cytosol ß2-AR, 2-AR, m2-ACh-R,

Thr-R, AT II-R etc. Milz, Herz, Gehirn, Lunge, Niere

GRK 4 - Plasmamembran ß2-AR, LH-R Testis, (Gehirn) GRK 5 - Plasmamembran ß2-AR, Rhodopsin Muskel, Herz, Leber

Gehirn, Lunge, Niere GRK 6 - Plasmamembran ß2-AR, Rhodopsin Muskel, Herz, Leber

Gehirn, Lunge, Niere

Translokation von GRK2/3

P

1 2 3 4 5 6 7

G R K 2 /3

GRK 5/6

S/TS/T

A

Regulation der GRK-Phosphorylierung

Aktiv ie rter R ezeptor

P

G R K 2 /3

+

P

1 2 3 4 5 6 7

G R K 2 /3

GRK 5/6

S/TS/T

A


A ktiv ie rter R ezeptor

P

G R K 2 /3

+

+

P

1 2 3 4 5 6 7

G R K 2 /3

GRK 5/6

S/TS/T

A



P

G R K 2 /3

P IP 2

+

+

+

+

P

1 2 3 4 5 6 7

G R K 2 /3

GRK 5/6

S/TS/T

A



P

G R K 2 /3

P IP 2

+

+

PKC

+

+

++

Heterologe Rezeptor Desensitisierung und PhosphorylierungBeispiel: ß2-adrenerger- und M3-muscarinischer Rezeptor

Ligand: ß2-AR: Isoproterenol M3-R: Carbachol

G-protein: ß2-AR: Gs, cAMP M3-R: Gq, IP3, Ca2+



Heterologe Rezeptordesensitisierung


1. Prä-Stimulus: Carbachol2. Stimulus: Isoproterenol

Prä



Heterologe Rezeptordesensitisierung Heterologe Rezeptorphosphorylierung


1. Prä-Stimulus: Carbachol2. Stimulus: Isoproterenol

1. Phosphorylierung des ß2-ARdurch Stimulation mit Carbachol

Arrestin - Adaptor bei der GPCR-Desensitisierung

Phosphorylierungserkennung Clathrinbindung

Erkennung des akt. Rezeptors

48 kD

Arrestine: Gewebe Lokalisation

Vis. Arrstin Retina Cytosol

ß-Arrestin 1 und 2 ubiquitär (NS, Lymph. Gewebe) Cytosol

cone-Arrestin Retina, Lunge Cytosol

D- E-Arrestin ubiquitär Cytosol

Struktur

Agonisten-induzierte Sequestrierung von GPCRBeteiligung von Arrestin

Beispiel: Adenosin-RG-Protein: Gs

Lokalisation von Rezeptor u. Arrestin

Rezeptor

Arrestin-GFP

Rezeptor +

Arrestin-GFP

Rezeptor

Arrestin

Rezeptor + Arrestin

Agonisten-induzierte Sequestrierung von GPCRBeteiligung von Arrestin

Beispiel: Adenosin-RG-Protein: Gs

Lokalisation von Rezeptor u. Arrestin

Rezeptor

Arrestin-GFP

Rezeptor +

Arrestin-GFP

Rezeptor

Arrestin-GFP

Rezeptor +

Arrestin-GFP


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor



Externe Signale

GDP

GTP


GTPase-Funktion

SIGNALTERMINATION bei G-Proteinen

GTPase Activating Protein

Regulators of G protein Signalling




RGS-Proteine beschleunigen die Umwandlung von G-GTP zu G-GDP




alle RGS-Proteine wirkenals GAPs!!

gemeinsame Struktur aller RGS-Proteine

120 AA RGS-Domäne

Funktionsmechanismus von RGS-Proteinen

Stabilisierung des pentavalenten Überganszustandes durch RGS


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor



Externe Signale

GDP

GTP


Inaktivierung von second-messengern

Phosphatase(durch Li gehemmt)

inaktiv

inaktiv


e

i

PM


NH2-

- COOH

G-ProteinRezeptor



Externe Signale

GDP

GTP


ZUSAMMENFASSUNG

Signaltermination findet auf allen Stufen der Signaltransduktion statt

1. Agonist: - Verdünnung, Aufnahme, Abbau

2. Rezeptor: - Phosphorylierung, Entkopplung vom G-Protein,Internalisierung, Recycling, Abbau,Verminderung

der Neusynthese

3. G-Protein:GTPase Funktion, GAPs und RGS-Proteine

4. second-Messenger:Hydrolyse, Dephosphorylierung, Reveresterung

5. Verstärkerenzyme (Kinasen): Feedback-Inhibition

ZUSAMMENFASSUNG

Signaltermination findet auf allen Stufen der Signaltransduktion statt

Signaltermination bei G-Protein gekoppelten Rezeptoren Viele Schalter für ein Signal!

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