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

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

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Zelluläre Signaltransduktion II

• TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

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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

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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

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Control TGF-ß

Transforming Growth Factor-ß-Induced Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation

Bhowmick et al., Mol Cell Biol 12, 27-36 (2001)

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Transforming Growth Factor-ß-Induced Epithelial to Mesenchymal Transdifferentiation

Bhowmick et al., Mol Cell Biol 12, 27-36 (2001) Link to Cadherins

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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

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TGF-ß-Familie BMP-Familie

TGF-ß BMP2 (bone morphogenic Protein)

Activin BMP4

Nodal BMP7

TGF-ß und verwandte Proteine

Page 8: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

SS

SS

ß1-LAP (80 kDa)

SS

TGF-ß1 (25 kDa)

LTBP (125-160 kDa)

Sekretion von TGF-ß1 als inaktiver Komplex

LAP = Latency-associated proteinLTBP = Latent TGF-ß-binding protein

Page 9: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

SS

SS

ß1-LAP (80 kDa)

SS

TGF-ß1 (25 kDa)

LTBP (125-160 kDa)

Sekretion von TGF-ß1 als inaktiver Komplex

LAP = Latency-associated proteinLTBP = Latent TGF-ß-binding protein

Aktivierung von TGFß durch proteolytische Prozesse

Page 10: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

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

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TGFß Funktionen

- Inhibition der Zellproliferation

- Supression der Immunantwort

- Induktion von Zelldifferenzierung

- Stimulation der Synthese von extrazellulärer Matrix

- Stimulator der Angiogenese

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Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

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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TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

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TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

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TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 16: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

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

Page 17: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

P

TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 18: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

P

TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 19: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

P

TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Durch Phosphorylierungaktivierte Kinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 20: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

P

TßR-II TßR-I

Ligandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Durch Phosphorylierungaktivierte Kinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

SGSGSG GS Domäne

Page 21: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ßLigandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Durch Phosphorylierungaktivierte Kinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 22: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ßLigandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Durch Phosphorylierungaktivierte Kinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Phosphorylierung der GS Domäne

Page 23: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

PP

PP

Signalkaskade

TßR-II TßR-I

TGF-ßLigandbindungs-domäne

Transmembran-domäne

Kinase-domäne

Konstitutiv aktiveKinase

Durch Phosphorylierungaktivierte Kinase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 24: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TßR-II

TGF-ß

TßR-I ActR-IIActR-IIB

Activin/Nodal

ActR-IB

Bestimmung der Ligandspezifität durch Kombination unter-schiedlicher Mitglieder der TßR-II- und TßR-I-Familien

Page 25: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TßR-II

TGF-ß

TßR-I ActR-IIActR-IIB

Activin/Nodal

ActR-IB

BMP2BMP4BMP7

GDF5BMP4 BMP7 AMH/MIS

ActR-IIActR-IIB

ActR-IIActR-IIB

BMPR-II BMPR-IABMPR-IB

BMPR-IABMPR-IB

ALK2 AMHR-II BMPR-IB

Bestimmung der Ligandspezifität durch Kombination unter-schiedlicher Mitglieder der TßR-II- und TßR-I-Familien

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PP

PP

S igna lkaskadeS m ad-Prote ine

TßR -II TßR -I

TG F-ßL igandb indungs-dom äne

Transm em bran-dom äne

K inase-dom äne

K onstitu tiv aktiveK inase

D urch P hosphory lierungaktiv ierte K inase

Signalgenerierung durch TGF-ß-Rezeptoren

Page 27: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Struktur der Smad-Proteine

Fusion aus

Sma: Analogon aus C. elegans

Mad: Analogon aus Drosophila

(Mad= „Mothers against decapentaplegig“)

Decapentaplegic = TGFß-Analog aus Drosophila

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SXSNLSDNA-Bindung(ß-hairpin )R-Smads H2N- -COO-

Struktur der Smad-Proteine

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SXSNLSDNA-Bindung(ß-hairpin )

MH1-Domäne MH2-DomäneLinker

R-Smads H2N- -COO-

Struktur der Smad-Proteine

Page 30: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

SXSNLSDNA-Bindung(ß-hairpin )

MH1-Domäne MH2-DomäneLinker

R-Smads H2N- -COO-

Struktur der Smad-Proteine

Phosphorylierungsstelle

Page 31: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

SXSNLSDNA-Bindung(ß-hairpin )

MH1-Domäne MH2-DomäneLinker

R-Smads

Co-Smad

H2N-

H2N-

-COO-

-COO-

Struktur der Smad-Proteine

Phosphorylierungsstelle

Page 32: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

SXSNLSDNA-Bindung(ß-hairpin )

MH1-Domäne MH2-DomäneLinker

R-Smads

Co-Smad

I-Smads

H2N-

H2N-

H2N

-COO-

-COO-

-COO-

Struktur der Smad-Proteine

Phosphorylierungsstelle

Page 33: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Type

I re

cept

or

inte

ract

ion

Co-factorinteraction

Interaktionsdomänen der Smad-Proteine

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Mitglieder der Smad-Familie

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Mitglieder der Smad-Familie

Page 36: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Mitglieder der Smad-Familie

Page 37: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Mitglieder der Smad-Familie

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SXSH2N- -COO-

SXS -COO-

-NH2

P P

ATP

ADP

TßR-I

Aktivierung der R-Smads durch TßR-I-abhängige Phosphorylierung der C-terminalen Domäne

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PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

R-SmadSXS -COO-

-N H2

Page 40: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

R-SmadSXS -COO-

-N H2

SARA

SARA = Smad anchor for receptor activation

Page 41: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-CO

O-

SX

S

-NH

2

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

R-Smad

SA

RA

Page 42: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-CO

O-

SX

S

-NH

2

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

SXSH2N- -COO-PP

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

R-Smad

SA

RA

Page 43: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-CO

O-

SX

S

-NH

2

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

SXSH2N- -COO-PP

H2N- -COO-

SXSH2N- -COO-PP

SXSH2N- -COO-PP

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

-NH2

-COO-

Co-Smad

R-Smad

SA

RA

SMAD-4

Page 44: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-CO

O-

SX

S

-NH

2

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

SXSH2N- -COO-PP

H2N- -COO-

SXSH2N- -COO-PP

SXSH2N- -COO-PP

Translokation in den Zellkern

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

-NH2

-COO-

Co-Smad

R-Smad

SA

RA

Page 45: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

H2

N

-CO

O-

PP

PP

TßR-II TßR-I

TGF-ß

SXSH2N- -COO-PP

H2N- -COO-

SXSH2N- -COO-PP

SXSH2N- -COO-PP

Translokation in den Zellkern

Smad-Aktivierung durch die TGF-ß Signalkaskade

-NH2

-COO-

Co-Smad

R-SmadSXS -COO-

-N H2

SARA

SA

RA

X

X

X

I-Smad

Page 46: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

S B Emad inding lement

Page 47: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

Häufigkeit der Konsensussequenz 1/1024 bp (4 Basen, Pentanucleotid: 45 bp)

In praktisch jedem Promotor kommt diese Sequenz vor.

S B Emad inding lement

Page 48: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

Häufigkeit der Konsensussequenz 1/1024 bp (4 Basen, Pentanucleotid: 45 bp)

In praktisch jedem Promotor kommt diese Sequenz vor.

Genspezifität kann nur durch Kombination mit anderen Faktoren erreicht werden

S B Emad inding lement

Page 49: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

Affinität von Smads für Konsensussequenz ist relativ gering: (etwa 10-7 M, Zinkfinger-Transkriptionsfaktoren zum Vergleich 3 nM )

S B Emad inding lement

Page 50: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

Affinität von Smads für Konsensussequenz ist relativ gering: (etwa 10-7 M, Zinkfinger-Transkriptionsfaktoren zum Vergleich 3 nM )

Ein SBE reicht für eine effektive Bindung der Smads an die DNAalleine nicht aus.

S B Emad inding lement

Page 51: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO-SXS -C

OO-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5' 3'

Transaktivierung?

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

Affinität von Smads für Konsensussequenz ist relativ gering: (etwa 10-7 M, Zinkfinger-Transkriptionsfaktoren zum Vergleich 3 nM )

Ein SBE reicht für eine effektive Bindung der Smads an die DNAalleine nicht aus.

S B Emad inding lement

Eine effektive DNA-Bindung kann nur durch multiple SBEs und/oder andereFaktoren erreicht werden

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Page 53: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO

-SXS -COO

-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5'

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

S B Emad inding lement

DNA-Bindungs-Kofaktoren

Page 54: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO

-SXS -COO

-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5'

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

S B Emad inding lement

DNA-Bindungs-Kofaktoren

A T C A C A

A R Ectivin esponse lement

Page 55: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO

-SXS -COO

-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5'

Transaktivierung

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

S B Emad inding lement

DNA-Bindungs-Kofaktoren

A T C A C A

FAST

A R Ectivin esponse lement

Page 56: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

-COO

-SXS -COO

-

PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H 2N-

C A G A C5'

Transaktivierung

Smad-abhängige Aktivierung der Transkription

S B Emad inding lement

DNA-Bindungs-Kofaktoren

A T C A C A

FAST

FAST verstärkt die Bindung des Smad-Komplexes an die DNAhat aber selbst keine transaktivierende Wirkung.

A R Ectivin esponse lement

Page 57: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Aktivierung der TranskriptionD N A-B indungs-K ofaktoren

Bekannte DNA-Bindungspartner für Smads sind FAST für Smad2 und Smad3

OAZ für Smad1, Smad5 und Smad8

Page 58: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Aktivierung der TranskriptionD N A-B indungs-K ofaktoren

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

Page 59: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

Page 60: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Coaktivator

Page 61: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Page 62: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Page 63: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Chromatinauflockerung

Page 64: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Chromatinauflockerung

erhöhte Transkription

Page 65: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Chromatinauflockerung

erhöhte Transkription

-COO-SXS-COO-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Repressor

Page 66: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Chromatinauflockerung

erhöhte Transkription

-COO-SXS-COO-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Deacetylase

Repressor

Page 67: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Smad-abhängige Regulation der TranskriptionCoaktivatoren oder Repressoren

-COO-SXS-COO

-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Acetyl-Transferase

Coaktivator

Histon

Histon-Ac

Chromatinauflockerung

erhöhte Transkription

-COO-SXS-COO-PP

SXS

-COO

-

PP

H2N-

H2N-

H2N-

C A GA C5' 3'

S B Emad inding lement

Histon-Deacetylase

Repressor

Histon-Ac

Histon

Chromatinkondensierung

erniedrigte Transkription

Page 68: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

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

Wodurch ?

Page 69: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus

Page 70: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDKs: Motoren des Zellzyklus

Welche "Motorwirkung" haben CDKs im Zellzyklus ?

Durch die Phosphorylierung welcher Substratewerden Zellzyklusphasen eingeleitet ?

Page 71: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Bedeutung von CDKs bei der Initiation der S-Phase

Page 72: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Page 73: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

Page 74: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

Page 75: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

P P P P P P P P PP

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

Page 76: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Rb

E2F

Rb

Repression E2F-kontrollierter Gene

Page 77: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Rb

E2F

InduktionE2F-kontrollierter Gene

P P P

CDK 2

Cyclin E

Rb

E2F

Rb

Repression E2F-kontrollierter Gene

Page 78: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

E2F: Initiator der S-Phase

E2F

E2F-kontrollierter Gene

DNA-Pol I

dNTP-Synth.

CDK 2

Cyclin E

Rb

P P P

Page 79: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren

inaktiv

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

T160 PCDK

CKI

CDKinaktiv

Cyclin

CKI

P

Cyclinkonzentration

PhosphorylierungDephosphorylierung

CDK-Inhibitoren

CDK

CyclinT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

ATP

Pi

ATP

Page 80: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren

Beispiel: CKI p21

isosterische Hemmung durch Bindung im aktiven Zentrum

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

G1 S-Phase

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Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

Page 82: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

Page 83: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

p15, p21

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

Page 84: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

p15, p21 p27

Cyclin/CdK

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

Page 85: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

p15, p21 p27

Cyclin/CdKRb/E2F

Rb-P

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

Page 86: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

p15, p21 p27

Cyclin/CdKRb/E2F E2F

Rb-P

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

S-Phase Gene

Page 87: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

TGF-ß

p15, p21 p27

Cyclin/CdKRb/E2F E2F

Rb-P

myc

Hemmung der Zellzyklusprogression durch TGF-ß

S-Phase Gene

Page 88: Zelluläre Signaltransduktion II TGF-ß, der Wachstumsfaktor, der das Wachstum hemmt?

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

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Myc C ell cycleprogression

G1

S

Beeinflussung des Zellzyklus durch Myc

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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