Hücreler Arası Sinyal İletim Mekanizmaları Prof. Dr. Selma YILMAZER Tibbi Biyoloji Anabilim Dalı
Hücrelerarası iletişim(sinyalleşme) Sinyal molekülleri: Protein,küçük peptid,amino asid, nukleotid,steroid,vit D3,retinoid,yağ asidi türevleri, çözünmüş gazlar (Nitrik oksid,co ) Sinyalleşme Şekilleri 1-Salgılanan moleküller ile sinyal gönderme 2-Plazma membranına bağlı moleküller ile sinyal gönderme
Kontakt (Temas yolu ile) etkileşim Hücre-hücre Hücre-matriks etkileşimini sağlayan moleküller ( Kaderin,integrin) aracılığı ile sinyal iletimi Embryo gelişimi esnasında görülür
Sinyalin alınması Ekstraselüler sinyal molekülleri hedef hücrelerin yüzeyindeki veya İçindeki özel reseptörler tarafından tanınır.
Salgılanan moleküllerle sinyal iletme şekilleri: A-Parakrin B-Sinaptik C-Endokrin D-Otokrin
PARAKRİN Hücrenin yakın çevresindeki hücreler etkilenir. SİNAPTİK Vücudun birbirinden çok uzaktaki kısımları arasında sinyal iletimi.(sinir hücresi uzantısı ile hedef hücreye) ENDOKRİN Sinyal molekülleri (hormon) kan dolaşımına salınır (tüm vücuttaki hedef hücreler )
Otokrin sinyal Hücrenin kendi kendine sinyal göndermesi Bağışıklık sistemi hücrelerinde ( bazı T lenfosit tipleri kendi çoğalmasını uyaran büyüme faktörü sentezler) Erken gelişim evresinde komünite etkisi Kanser hücrelerinde görülür
Erişkinde otokrin sinyalleşme; Eicosanoid ler - yağ asidi türevleri - Arachidonic asitden yapılır - Erişkin memelilerde otokrin sinyal molekülleri Otokrin sinyal molekülleri (prostoglandinler, prostacyclin, tromboxan,lökotrien) Hızla yıkılırlar
Eicosanoidlerin çeşitli biyolojik aktiviteleri Düz kas kontraksiyonunu etkileme (uterus kasında doğum sırasında-prostoglandin) Platelet agregasyonunu etkileme Ağrı, ateş İltihabi reaksiyon Doku hasarı eicosanoid sentezi (siklooksigenaz, lipoksigenaz) Aspirinin hedefi
Gap junctionlar ile iletişim Sinyalin komşu hücreler arasında ortaklaşa kullanımı Küçük intraselüler sinyal molekülleri (intraselüler mediatörler) Ca +2 siklik AMP
I. HÜCRE SİNYALİZASYONU Hücre sinyalizasyonundaki aşamalar Hücre (1) (2) (3) (1)sinyal molekülünün sentezi (2)Sinyal molekülünün salgılanması (3)sinyal molekülünün hedef hücreye transportu (4) (4) Sinyalleyici molekülün reseptörü tarafından tanınması (5)intrasellüler sinyal oluşumu Gen ekspresyonu ve hücre metabolismasında degişiklikler (6)hücresel cevabın sonlanması (6) (6) Büyüme, farklılaşma, apoptoz gibi
Sinyal moleküllerinin farklı kombinasyonları farklı hücresel cevaplar oluşturur Farklı hücreler aynı sinyale farklı cevap verebilir (Farklı reseptörler nedeniyle)
Sinyal Molekülleri NO (gaz şeklinde sinyal) Sinir sistemi,bağışıklık sistemi ve dolaşım sistemi için önemli bir sinyal molekülüdür Plazma membranını difüzyonla geçer Nitrik oksit hedef hücre içindeki bir enzime (guanil siklaz) doğrudan doğruya bağlanarak sinyal verir
Kan damarılarının genişlemesini sağlayan sinyal yolu Kan damarı duvarındaki otonom sinirlerden Asetilkolin salınır (indirekt etki) Endotel hücresinden NO sentezi, salınmasını uyarır NO komşu düz kas hücresine difüzyonla girer Guanil siklaz enzimini aktive eder cgmp sentezlenir,düz kas hücresi gevşer
Nitrogliserin (Angina tedavisinde 100 yıldır kullanılır) Nitrogliserin NO yadönüşür kasgevşemesi, damar genişlemesine neden olur Aktif makrofaj NO Aktif nötrofil NO Otonomik sinir NO Mikroorganizmaları öldürme
Sinyalin hedef hücre tarafından alınması Reseptörler: 1) İntraselüler reseptörler Küçük hidrofobik sinyal molekülleri membranı geçer ve intraselüler reseptörlere bağlanır. Örn: Steroid hormonlar, tiroid hormonlar, kortizol, retinoidler, vitamin D 2) Hücre yüzey reseptörleri Hidrofilik sinyal molekülleri membranı geçemez; hücre yüzey reseptörlerine bağlanır. Örn: Peptid hormonlar, nöropeptidler, büyüme faktörleri, nörotransmitterler
Hücre içi (İntraselüler) reseptörler ile sinyal iletimi Sitozol veya nukleusta yerleşir (nüklear reseptör süperailesi Ligand bağlama, DNA ya bağlanma bölgeleri içeren transkripsiyon faktörleridir Örn: Steroid hormonlar (östrojen,progesteron,testosteron) Tiroid hormonlar, Kortikosteroidler (glukokortikoidler,mineralokortikoidler) Retinoidler, vitamin D 3 Membranı geçer sitoplazmaya girer İntraselüler reseptörlere bağlanır Reseptör aktif hale gelir Özel genlerin transkripsiyonunu düzenler
Hücre yüzey reseptörleri İyon kanalına bağlı reseptörler (hızlı sinaptik sinyal) Enzim ilişkili reseptörler G proteini ile ilişkili reseptörler
1-Enzim ilişkili reseptörler Reseptör protein-tirozin kinazlar En büyük reseptör ailesi (58 çeşit bulunmuş). Büyüme faktörü reseptörlerinin çoğu bu türden (PDGF,NGF,EGF,) Hayvan hücresi çoğalma ve farklılaşmasını kontrol eden mekanizma 1980 de keşfedildi Onkogenik protein,rous Sarcoma virus:src, ilk bulunan protein tirozin kinaz
Reseptör protein-tirozin kinazlar Tek geçişli heliks transmembran proteinlerdir Sitozolik bölge protein tirozin kinaz etkinliği gösterir Reseptör protein tirozin kinazlar substratlarını tirozin kalıntılarında fosforiller Çoğu tek bir polipeptid İnsülin reseptörü dimer yapıdadır
EGF reseptörü NGF reseptörü PDGF reseptörü İnsulin reseptörü Diğer büyüme faktörü (GF) reseptörleri
Reseptör protein-tirozin kinazlar Etki mekanizması Ligand (GF) bağlanır Reseptör dimerizasyonu.ligand bağlanınca iki reseptör bir araya gelir; dimer oluşur (PDGF, NGF dimer yapıdadır.). Reseptörün otofosforilasyonu: 1. Protein kinaz aktivitesi artar 2. Katalitik bölge dışındaki fosforillenme ile diğer proteinler için bağlanma bölgeleri oluşur
SH2 (Src homoloji 2) bölgesi içeren proteinlerin reseptöre bağlanması sonucu SH2 içeren protein membrana yakın yerleşir ve Membrandaki diğer proteinlerle etkileşir
*Reseptör tirozin kinazlara bağlanan Fosfolipaz C aktif hale geçer Aktif Fosfolipaz C membran lipidlerinden; Fosfotidil inositol 4,5 bifosfatın (PIP2), IP3 ve diaçilgliserole (DAG) hidrolizini gerçekleştirir.
Fosfolipaz C nin PIP2 yi hidrolizi DAG Protein kinaz C (PKC) yolunu aktifleştirir.(hücre çoğalması ) IP3 hücre içi Ca2+ depolarından Ca2+ salınmasını uyarır
IP3 ER deki ligand kapılı Ca kanalına bağlanır ve Ca 2+ salınır
CAM Kinaz Metabolik enzimler Transkripsiyon faktörleri İyon kanallarını fosforiller
Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK lar) hücrede Ras sinyal yolunu aktifler Ras,Raf, MAP kinaz yolağı Hücre proliferasyonu ve farklılaşmasını uyarır Ras küçük bir G proteinidir (monomerik) Küçük GTP-GDP bağlayan bir protein GDP bağlı Ras = inaktif durumda GTP bağlı Ras = aktif durumda Mutant Ras proteinleri GTP den ayrılamaz. Bu nedenle sürekli aktif halde (proliferatif halde) kalırlar: Ras geni mutasyonları %30 insan kanserinde bulunur.
Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK lar) aracı proteinler (GEF) yoluyla Ras ı aktif (GTP bağlı) hale getirir Aktif Ras, Raf protein kinaza bağlanır
Reseptör Tirozin Kinazlar hücrede Ras sinyal yolunu; (Ras-Raf-MAP kinaz yolu) aktifler (ERK=ekstraselüler sinyalle düzenlenen kinaz) (MAP kinaz=mitojenle aktiflenen protein kinaz)
Reseptör Tirozin Kinazlar ve ilişkili genler gelişim hataları ve kanserde önem taşır RTK ların aşırı aktivasyonu kontrolsüz büyüme ve habis değişime neden olabilir. Tirozin kinazların birçok hatalı veya viral şekilleri ve ilişkili proteinler onkogeniktir: v-src Abl erbb
2- G proteini ile ilişkili reseptörler En büyük reseptör ailesi 7 geçişli transmembran protein Etkisini guanin nükleotidlerini bağlayan proteinler (trimerik G proteinleri) aracılığı ile yapar 1000 den fazla çeşit G proteini ilişkili reseptör tanımlandı. Örn: -nörotransmitter reseptörleri -nöropeptid reseptörleri -peptid hormon reseptörleri -Eicosanoid reseptörleri -koku, görme, tat reseptörleri
1970 Epinefrin çalışmaları: Adenilil siklaz; camp sentezinden sorumlu enzim. Adenilil siklazın uyarılması için GTP gerekli olduğu bulundu G proteini keşfedildi
G proteini Reseptörle efektör arasında aracılık yapar Trimerik, GTP-GDP bağlayan proteinler 3 alt ünite;,, alt üniteleri (heterotrimerik) alt ünite GTP ve GDP bağlar -Dinlenme halinde; ve ile birliktedir ve GDP bağlar -Aktif halde; GTP bağlar, ve dan ayrılır
Etki mekanizması Hormon reseptöre bağlanır Reseptör şekil değiştirir Sitoplazmik bölge trimerik G proteini ile etkileşir G proteini aktif hale gelir GDP yi salar GTP bağlar Aktif alt ünitesi ve dan ayrılır. Hedef proteinlerle etkileşir GTP hidrolizi ile nın aktifliği sona erer Aktif olmayan GDP bağlı ; tekrar kompleksi ile birleşir
G proteini Adenilat siklaz aktivasyonu camp artışı (ATP den sentez) Protein kinaz A aktivasyonu Seçilmiş proteinlerin serin ve treonin kalıntılarının fosforillenmesi
camp ile Gen Ekspresyonunun Uyarılması camp protein kinaz A ya bağlanır Katalitik ünitesi ayrılır Nukleusa girer camp cevap elementi (CRE) dizisini içeren genlerin transkripsiyonunu aktif hale getirir. CRE bağlayan protein= CREB i fosforilleyerek
camp yolağı (protein kinaz A) Glikojen metabolizması düzenlenmesinde; protein kinaz A iki hedef enzimi fosforiller. 1-Fosforilaz kinaz glikojen fosforilazı aktive eder glikojen yıkılması 2-Glikojen sentaz fosforilasyon ile inaktif hale gelir. Hayvan hücrelerinde proliferasyon,sağ kalım ve farklılaşmanın kontrolunda
G proteinleri Hedef enzimleri aktif hale getirir veya baskılar G s G i adenilat siklaz aktivasyonu adenilat siklaz inhibisyonu İyon kanallarını düzenler Memeli genomunda; 20 çeşit 6 çeşit 11 çeşit alt ünitesi kodlanmaktadır.
Hücre içi sinyal iletimi İkincil haberci moleküller Ca2+/Kalmodulin Siklik nükleotidler; camp cgmp Lipidler Fosfotidil inositol Diaçilgliserol (DAG) İnositoltrifosfat (IP3) Protein kinaz ve fosfatazlar G proteinleri
Hücresel cevaplar 1. Gen ekspresyonunda değişiklik 2. Metabolik enzimlerin aktivitesinde değişiklik 3. Sitoiskeletin yeniden düzenlenmesi 4. İyon geçirgenliğinde değişiklik 5. Bir hormon veya protein salınması 6. DNA sentezinin uyarılması (hücre çoğalması) 7. Hücre ölümü
Hücreiçi sinyal iletim yolakları camp yolağı (protein kinaz A) cgmp yolağı Fosfolipidler ve Ca 2+ Ras,Raf, MAP kinaz yolağı JAK /STAT yolağı