T4, Proteïnes G i nucleòtids cíclics (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Senyalització i control del funcionament Cel·lular
Año del apunte 2014
Páginas 16
Fecha de subida 31/03/2015
Descargas 23
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 4 Proteïnes G i nucleòtids cíclics Primer sistema de senyalització descobert.
Un receptor (que pasa 7 vegades la membrana) esta acoblat a una proteïna G, i quan al receptor se li uneix el lligand, la proteïna G s’activa dissociant-se, quedant per un costat α i per l’altre βγ. I la subunitat α activa el component següent de la cascada, que en aquest cas és l’adenilat ciclasa (enzim que cicla nucleòtids), que quan esta actiu transforma ATP en AMPc on aquest activa un altre component.
Es l’esquema típic dels adrenèrgics.
Súper – família de proteïnes G  Súper – família de proteïnes G • Proteïnes G = proteïnes que lliguen nucleòtids de guanina • Són interruptors cel·lulars: – on (GTP) – off (GDP) De proteïnes G hi ha de molts tipus.
S’anomenen així perquè lliguen un nucleòtid de guanina, sempre en tenen un unit, i pot ser en forma de GDP o GTP. Depenent de quin està unit, la proteïna es troba activa o inactiva, i per tant aquestes proteïnes G actuen com interruptors.
FUNCIONAMENT GENERAL: Tenim la proteïna G, que quan està unit el nucleòtid GDP es troba inactiu, però quan té el GTP es troba actiu, i es quan passa la senyal al component següent de la cascada.
Aquest component pot ser diverses coses.
Passa de forma inactiva a activa, perquè hi ha els factors GEFs, que quan es troben actius provoquen que la proteïna G canvi de nucleòtid.
Dos tipus de proteïnes G: •Proteïnes G heterotrimèriques (receptors acoblats a proteïnes G) •Proteïnes G monomèriques (proteïnes G petites) La manera de desactivar aquesta proteïna G és hidrolitzant el GTP.
Qui ho catalitza són les proteïnes GAPs.
 Proteïnes G heterotrimèriques Formades per tres subunitats diferents, i son les associades als receptors acoblats a proteïnes G.
El nucleòtid de guanina s’uneix a la subunitat α.
L'estructura heterotrimerica de la proteïna G, que consta de tres subunitats α, β y γ.
Tingueu en compte que a l'estat inactiu, la subunitat s'uneix a GDP (difosfat de guanosina).
Ciclisme de proteïna G entre els estats actius i inactius.
(A) En l'estat inactiu, G α s'uneix a GDP (difosfat de guanosina).
(B) Interacció entre G α i el receptor agonista estimulat provoca l'alliberament de GDP. Després GTP s'uneix al lloc buit perquè la seva concentració en la cèl·lula és més gran que el GDP.
(C) El GTP lligat amb Gα provoca que tingui baixa afinitat per les subunitats βγ, el que provoca la dissociació.
A més, la subunitat α canvia de conformació activant-se i passant la senyal al component següent.
(D) GTP s'hidrolitza a GDP perquè el Gα té activitat GTPasa Quan s’uneix la hormona al receptor, aquest s’activa, i determinarà que la subunitat α canviï de nucleòtid, s’activi i es separi de βγ.
Per tant, és el mateix receptor el que fa de GEF.
Quan està α separada, s’activa el component següent, en aquest cas Adenilat Ciclasa.
La proteïna G estarà passant senyal i per tant mantenint actiu el component següent, tot aquell temps que el nucleòtid sigui GTP, no s’hagi hidrolitzat.
Quan el nucleòtid s’hidrolitza a GDP, la subunitat α perd afinitat i es torna a unir a βγ, quedant en repós.
Receptor i proteïna G es troben junts encara que es trobin inactius.
Quan es va descobrir tot això, es pensava que l’únic efector era l’adenilat ciclasa.
Però s’ha vist que el component següent de la cascada poden ser altres, i no només AC.
Per exemple, la proteïna G funciona igual, però la subunitat α té com a component següent un canal, o també s’ha vist que te altres enzims.
A més, hi ha subunitats α que inhibeixen la AC, no totes l’activen.
Vies efectores associades amb els receptors G acoblats a la proteïna. En els tres exemples que es mostren aquí, la unió d'un neurotransmissor a un receptor (metabotròpic) que condueix a l'activació d'una proteïna G i la posterior reclutament de vies de segons missatgers. Gs, Gq i Gi es refereixen a tres tipus diferents de proteïna G heterotrimèric, i per tant tenen components següents de la cascada diferents.
 Subunitat α Quatre classes: • Gα (s / olf) • Gα (i1 / i2 / i3 / o / t-rod / t-cone / gust / z) • Gα (q / 11 / 14 / 16) • Gα (12 / 13) La variació de proteïnes G que existeixen és molt alta.
Classificant la subunitat α podrem saber qui es el component següent de la cascada.
Gα s: subunitat estimuladora de l’ AC Gα ols: del olfacte Gα i: reprimeix ac 16 gens G α en el genoma humà que codifiquen 23 proteïnes Gα conegudes.
Myristoylation and/or palmitoylation N-terminal.
La majoria treballen a la membrana, excepte la forma t, perquè és on es troba el component següent de la cascada.
Per tant es bo que la proteïna G estigui per la membrana, això implica que una vegada està sintetitzada, en la subunitat α, se li uneixi cues lipídiques permetent que quedi unida a la membrana.
 Dímer βγ Es coneixen 5 gen β i 12 de γ, en humans, el que resulta un gran nombre de possibles combinacions de dímers Gβγ (alguns d'ells no són possibles).
Nomenclatura: Gβ1, Gβ2,….
Gγ1, Gγ2, Gγ3,… All Gγ subunits are C-terminally prenylated (farnesyl moiety (15C)or geranylgeranyl (30C)) També es troba unit a la membrana mitjançant lípids  Alguns efectors de proteïnes G Alguns efectors de la subunitat Gα i βγ Al principi es pensava que només passava senyal la subunitat α, però s’ha vist que no és així, sinó que hi ha vegades que la subunitat βγ també ho fa, i per tant té efectors.
Per tant, hi haurà que una mateixa proteïna G heterotrimèrica que podrà passar doble missatge, segons les subunitats que la formen.
Recordar: El receptor és modulat per fosforilació o per proteïnes que l’inhibeixen.
 Regulació proteïnes G ‘Regulators of G-protein signaling’ = RGS proteins S’estarà passant senyal al component següent de la cascada fins que el GTP s’hidrolitzi.
Se sap que la subunitat α té activitat GTPasa i per tant es capaç d’hidrolitzar-lo, però l’activitat que té es molt baixa.
Per a tancar el sistema més ràpidament és fa mitjançant proteïnes que regulen les proteïnes G.
Les mes importants són les que tenen activitat GTPasa acceleradora, de manera que deixen molt poc temps la subunitat α activa, hidrolitzen el GTP ràpidament.
 Proteïnes G i infeccions La toxina del còlera (CT) i l'enterotoxina d'Escherichia coli (Etx) activen la subunitat α de proteïnes Gs heterotrimerica simulant als receptors estimulants G acoblats a la proteïna (GPCR), que condueix a l'activació constitutiva de la adenilat ciclasa i l'elevació ràpida dels nivells cel·lulars de AMP cíclic. La toxina pertussis (PT) en canvi inactiva les subunitats α de proteïnes G acoblades a GPCR inhibitòria (GPCRi).
Es troben involucrades en càncer perquè si una subunitat α té algun problema pot estar sempre activa.
Però a més, també es troben en infeccions intestinals, perquè són el sistema més vulnerable quan hi ha còlera, ja que afecten al sistema de senyalització de les proteïnes G. En el còlera no mata el bacteri, sinó la seva toxina, perquè aquesta toxina és un enzim que uneix una ribosa a la subunitat α provocant que sigui impossible desactivar-la, i per tant el sistema estigui sempre activat.
 Proteïnes G monomèriques (proteïnes G petites) •Igual que les proteïnes G trimèriques actuen com interruptors (on amb GTP, off amb GDP).
•Són monomèriques i normalment necessiten l’ajut d’altres polipètids per intercanviar GDP per GTP i per hidrolitzar GTP.
•La més coneguda és Ras (oncogen), per la qual cosa també se les coneix com “Ras superfamily GTPases” Els GEFs són components, proteïnes, que quan s’activen fan que s’activi la proteïna G monomèrica.
Aquesta proteïna GEF s’activa perquè hi ha un receptor de membrana que provoca que s’activi.
150 membres Cinc subfamílies •Ras = p21 •Rho •Rab •Ran •ADP-ribosylation factor (Arf) Igual que les trimèriques tenen activitat GTPasa, i ho faran de manera lenta, per tant necessitaran ajuda d’altres proteïnes.
La complexitat és molt gran, ja que al haver tants tipus, hi haurà gran diversitat de tot.
El funcionament és igual que en les trimèriques Alguns GEFs (guanine-nucleotide-exchange factors): - Sos - Epac Alguns GAPs (GTPasa activating proteins) - p120GAP - GAP1 - Neurofibromin (NF1) • Normalment estan implicades en les cascades de senyalització de factors de creixement.
• Controlen proliferació i diferenciació cel·lular i regulen el moviment de vesícules, proteïnes i mRNA.
Per tant, aquestes proteïnes G monomèriques estan relacionades amb el càncer, ja que si es troba descontrolada i no es desactiva, estarà donant senyal de divisió, creixement i proliferació.
També hi ha que controlen funcionament cel·lular (el moviment), no es troben directament en una cascada.
Receptor d’un factor de creixement, receptor que té activitat intrínseca tirosina quinasa, per tant a la part interna té activitat catalítica que el que f a és autofosforilar.
Se li uneix una proteïna amb domini SH2, i es adaptadora. On s’uneix el GEF Sos , activant-lo i aquest activa la proteïna G Ras.
GEF s’activa perquè rep senyals de receptors de membrana.
El sistema d’activar proteïnes G monomèriques pot ser senzill o complex.
Es pot activar a través de les subunitats α 12 o 13 de les proteïnes G heterotrimèriques El cicle entre actiu (GTP) i inactiu (GDP), la proteïna Ras activa està regulada per factors de nucleòtids de guanina (cGEFs) i proteïnes GTPasa de l'activació (GAPs). Senyals extracel·lulars, transmesos a través de receptors específics de la superfície cel·lular, modulen l'activitat del GEF, que al seu torn regula l'activitat de les GTPases Ras individuals.
Les proteïnes Ras actives són capaços d'interactuar amb molts efectors, que condueix a diverses respostes biològiques.
Adenilat ciclases i AMPc  Adenilat ciclases Adenilat ciclasa com a component següent de la cascada.
Nomes serà activa quan s’uneixi alguna subunitat de proteïna G.
Són enzims que catalitzen la ciclació del ATP Hi ha 10 tipus diferents de Adenilat Ciclases.
Son enzims de membrana.
Concretament, de la forma 1 a la 9 són de membrana, mentres que la forma 10 és soluble, per tant aquesta forma no estarà controlada per proteïnes G .
Les línies blaves són els segments que passen la membrana plasmàtica, els dominis de transmembrana.
C1 i C2 són dominis catalítics.
Dintre de les AC que van de la 1 a la 9 es classifiquen en diferents classes, ja que no totes estan controlades pel mateix sistema, perquè estan controlades per altres cascades que es troben actives, no depenen només de les proteïnes G Hi ha que es controlen per fosforilació, a través de PK (proteïnes quinases) La adenilat ciclasa 10 està controlada per bicarbonat, i la trobem en els testicles, és imprescindible per a la formació d’espermatozoides.
Les de la 1 a la 9 es diferencien per si Gβγ inhibeixen o no.
 AMPc Es el component següent de la cascada del AC, ja que és el producte que genera.
És un segon missatger.
Dona la senyal per un canvi de concentració, no per un canvi d’estat del component (diferencia amb els receptors anteriors).
Això vol dir que el sistema per inactivar-lo serà degradant-lo.
Ho faran les fosfodiesterases de nucleòtid cíclic. Hidrolitzen l’enllaç cíclic donant AMP.
 Hormones que utilitzen AMPc  Efectors AMPc La estrella a qui passa la senyal, és una proteïna quinasa.
Si no hi ha AMPc té 4 subunitats (està inactiva), si n’hi ha, les dos subunitats catalítiques s’alliberen, i agafaran el component següent i el fosforilaran.
Proteïna quinasa depenen d’AMPc = proteïna quinasa A = PKA El Epac.
GEF d’una proteïna G monomèrica, concretament de la Rap.
Quan s’uneix el AMPc al Epac, li produeix un canvi de conformació.
En neurones o receptors de olor.
Activa canals.
En E. Coli.
El operó Lac, on el factor de transcripció està controlat pel AMPc.
RESUM: Pot passar la senyal a: - a un GEF - canals de membrana - PKA Fosforila proteïnes de aquella cèl·lula.
És important per a la comunicació entre cèl·lules, ja que pot passar per Gap Juntion. Això permet ↓ la [AMPc].
Podem tindre regions cel·lulars diferents amb ↑ o ↓ [AMPc], per tant permet un major control de funcionalitat.
Guanilat ciclases i GMPc  Guanilat ciclases (GC) La senyal per al component següent de la cascada és un augment de la concentració del GMPc.
Per tant, per a desactivar el sistema se l’ha de degradar.
Tipus: De GC hi ha de dos tipus, i tan un com l’altre catalitzen el nucleòtid GTP a GMPc.
- GC associades a la membrana (pGC) - GC que es troben en el citosol, que són solubles (sGC) A diferencia de les AC les GC són receptors elles mateixes.
Concretament són receptors amb activitat intrínseca guanilat ciclasa.
Per tant no trobarem components anteriors.
- Guanilat ciclases solubles Són els receptors del òxid nítric, i del monòxid de carboni.
Tenen tres dominis: - El domini on s’uneix el lligand - El domini catalític - El domini que uneix els dos dominis anteriors.
Són formes dimériques, i normalment són heterodimers.
Es considera que es troben properes a la membrana, encara que siguin del citosol.
L’efecte mes conegut del NO es relaxar la musculatura llisa.
Tenen un grup hemo. Amb un ferro 2+, que esta en estat de coordinació. Té 5 enllaços de coordinació i un altre amb una histidina.
Quan està unit amb la histidina es troba inactiu.
Quan s’uneix l’òxid nítric amb el ferro, el ferro passa d’un estat pla a un que queda elevat, fent que es deslligui de la histidina i que la GC s’activi.
El CO provoca el mateix efecte però es menys afí, perquè quan s’uneix al ferro no provoca que es desenganxi de la histidina i per tant hi ha menys activació del GC, menys activitat.
- Guanilat ciclases de membrana (receptors) Són receptors de pèptids, bàsicament del pèptid nautiuretic, que s’encarrega de la regulació dels electròlits i del transport d’aigua.
Hi ha diferents pèptids d’aquest tipus, ja que es troben localitzats per diferents parts del cos.
·Hi ha domini extracel·lular on s’uneix el lligand. (al dibuix de dalt cada línia negra és un pèptid).
· Domi que passa per la membrana.
· Dintre el citosol hi ha el domini amb activitat guanilat ciclasa · Hi ha un domini (en verd) homòleg a les quinases, capaç de carregar ATP per fosforilar proteïnes.
Per a ser actius, i poder funcionar han d’estar fosforilats. (Si no es troba fosforilat no reconeix el lligand). Quan s’uneix el lligand es produeix un canvi conformacional permetent que s’uneix ATP.
Aquesta unió farà que es començi a produir GMPc, i a més provoca que perdi afinitat per al lligand, i que el pèptid marxi. A més es desfosforila, perd el grups fosfats, i el ATP marxa.
 GMPc La majoria de efectes que fa el GMPc s’uneixen i activen a proteïnes quinases depenents del GMPc. Aquestes PK s’activen quan augmenta la concentració de GMPc.
També controla canals o algunes fosfodiesterases (degraden els nucleòtids cíclics).
Al controlar les fosfodiesterases pot controlar la seva degradació o la de AMPc, ja que hi ha fosfodiesterases que nomes degraden AMPc.
Fosfodiesterases de nucleòtids cíclics (PDEs) Degraden nucleòtids cíclics, és a dir, trenquen l’enllaç que forma el cicle.
Hi ha una gran família, hi ha 11. I dintre de cada classe hi ha diferents formes.
Cadascuna té les seves característiques de com s’activa i es controla, de com es distribueix, de quina es la seva activitat cinètica... i per tant determinarà de com serà la seva cascada.
Cada forma té preferència per a un nucleòtid cíclic.
1. Nonselective phosphodiesterase inhibitors • Methylated xanthines and derivatives (caffeine…) 2. Selective inhibitors Hi ha diferents fàrmacs que tenen com a diana les fosfodiesterases, sobretot inhibidors: - PDE3: s’utilitza per a problemes cardíacs, ja que si augmenta la [AMPc] el cor bateja mes fort i tingui mes freqüència cardíaca.
- PDE5: important per a la musculatura llisa dels vasos sanguinis, sobretot en la disfunció erèctil.
• PDE1 selective inhibitors: KS-505 • PDE2 selective inhibitors: EHNA • PDE3 selective inhibitors: Milrinone • PDE4 selective inhibitors: Rolipram • PDE5 selective inhibitors: sildenafil (Viagra), vardenafil (Levitra), and tadalafil (Cialis) ...