Tema 2.2 i 2.3 - La transducció del senyal i les quinases (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Regulació metabòlica
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 21/03/2016
Descargas 38
Subido por

Descripción

Tema 2.2: La transducció del senyal: esquema general d'una ruta de transducció del senyal, transducció del senyal en receptors 1TM, transducció del senyal via RAS
Tema 2.3: Les quinases: domini SH2 i SH3, la transcripció,

Vista previa del texto

Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo TEMA 2.2. LA TRANSDUCCIÓ DEL SENYAL La unió del primer missatger amb el seu receptor provoca la transducció del senyal. El senyal provoca un canvi conformacional al receptor. Aquest canvi es transmet a una altra part del receptor i és passat a una altra part del sistema.
Hi han 4 grans sistemes de transducció del senyal (IMPORTANT PER L’EXAMEN!!!): - Receptors intracel·lulars.
- Canals iònics (permeten el pas d’ions) → Aquests canals solen ser pentàmers (5 subunitats).
Els ions que poden entrar són el sodi, el potassi i el calci. El calci és l’ió que ens interessa com a segon missatger. Els canals iònics treballen, sobre tot, al sistema nerviós.
- Creació d’un segon missatger (receptors 7TM) → La cèl·lula respon al primer missatger formant, al citoplasma, un segon missatger. Aquests segons missatgers són característics dels receptors 7TM (també anomenats GPLR o GPCR). Els receptor 7TM, com ja hem comentat, sempre porten associats proteïnes G.
- Fosforilacions (receptors 1TM) → S’activen enzims. L’enzim sempre té activitat quinasa (fosforila). Aquest sistema és la base del receptor 1TM (receptor el qual només travessa 1 cop la membrana).
Els tres últims mecanismes, a diferència del primer, formen part de receptors extracel·lulars.
ESQUEMA GENERAL D’UNA RUTA DE TRANSDUCCIÓ DEL SENYAL Arriba un senyal → interacciona amb un receptor → canvi conformacional del receptor → → s’activen factors de transcripció (són unes proteïnes dimèriques que interaccionen amb el DNA, més concretament, amb els promotors) → s’activen un seguit de gens (el DNA es traduirà en proteïnes les quals activen un seguit de rutes metabòliques). → S’ha respost al senyal Amb poc senyal la cèl·lula ja respon bé gràcies als enzims. Els enzims són els encarregats d’amplificar el senyal. El que sí és important és que el senyal arribi durant un període determinat de temps (senyal perllongat). Per exemple, perquè la cèl·lula es divideixi és necessari que arribi senyal durant 8 hores ja que se li està dient a la cèl·lula que es mori per formar-ne dues de noves. Aquest fet evita activacions innecessàries.
1 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo Amb 1 únic receptor activat es poden activar més d’una ruta de transducció del senyal, no són rutes lineals. Aquest fet el veurem al estudiar els receptors 7TM i 1TM.
TRANSDUCCIÓ DEL SENYAL EN RECEPTORS 1TM Arriba un lligand el qual interacciona amb un receptor 1TM fent que aquest canviï conformacionalment. El canvi conformacional permet que el receptor dimeritzi amb una molècula igual a ell o un receptor similar. El receptor és l’encarregat d’estabilitzar el dímer. La dimerització pot ser homo o hetero. Un cop el receptor dimeritza, s’activa l’activitat quinasa (el receptor o un altre enzim enganxat al receptor pot fosforilar tant Tyr com Ser/Thr) i es produeix una cascada de fosforilacins. El primer que es fosforila és la cua C-terminal de cada receptor (un receptor fosforila la cua C-ter de l’altre → transfosforilació (o ve autofosforilació).
Els aminoàcids fosforilats reconeixen un conjunt de proteïnes específiques les quals reconeixen el domini fosforilat (DOCKING). Aquestes proteïnes enganxades es fosforilen pel receptor i s’activen.
2 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo Resum: Lligand → Dimerització → Transfosforilació → DOCKING Un cop ha passat lo ja esmentat s’activen 4 rutes de transducció del senyal: Un sol senyal posa en marxa diferents rutes de transducció les quals fan “coses” diferents: Fosfolipasa Cγ (PLCγ), PI3K (la ruta PI3K frena l’apoptosi), GRB2 (Posa en marxa el cicle cel·lular (Via RAS)) i STAT.
Les proteïnes GRB2 tenen 2 dominis: un domini SH2 i un domini SH3. Aquests dominis permeten reconèixer 2 molècules: el receptor i una proteïna anomenada SOS.
El GRB2 té funció d’”adaptador” entre el fosfat col·locat a l’aminoàcid del receptor i la proteïna SOS.
GRB2 només s’uneix al receptor quan aquest estigui activat, és a dir, fosforilat.
SOS és un gen el qual codifica per un receptor (R7) el qual es troba als ulls: és un fotoreceptor. És una proteïna adaptadora entre GRB2 i RAS. SOS té 1 domini SH2 i 2 dominis SH3. També té funció de GNRP o GNRF (factor d’intercanvi de nucleòtids, en aquest cas de guanina) → activar RAS (RAS dona nom a la ruta).
RAS va ser descobert al sarcòmer de tres soques de rata. Té la capacitat de trencar el GTP, és a dir, és una GTPasa. Quan hi ha una mutació en RAS, es produeix un càncer.
3 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo Els gens homeòtics són gens implicats en els patrons de desenvolupament i les seqüències. Per exemple els gens homeòtics estan implicats en determinar on, quan i com es desenvoluparan els segments en les mosques. Les alteracions en aquests gens poden causar canvis en els patrons de les parts del cos, sovint causant grans efectes com els de les potes creixent en el lloc de les antenes o un joc extra d'ales o, en el cas de les plantes, un anormal nombre de parts.
La homeostasi fa referència a mantenir un entorn intern constant, propici per tenir les condicions òptimes.
El gen pleiotròpic és aquell gen el qual afecta a més d’un caràcter del fenotip.
TRANSDUCCIÓ DEL SENYAL VIA RAS: El cicle cel·lular, per exemple, utilitza aquesta via.
Arriba un senyal via 1TM → Una família de molècules (factors de creixement polipeptídics) impacta sobre el receptor. Aquest factors de creixement polipeptídics estan formats per 8 famílies de les quals només 3 són capaces de provocar una divisió cel·lular (factors de creixement epidèrmic, factors de creixement derivats de plaquetes i factors de creixement derivats de fibroblasts) EGF (molt potent), PDGF i FGF.
L’impacte del factor de creixement provoca l’activació de la via de transducció del senyal fins al nucli.
El factor de creixement que impacte provoca la dimerització del receptor 1TM, l’activació de l’activitat quinasa i la fosforilació de les proteïnes enganxades al receptor. Com hem comentat, d’1 sol receptor en surten 4 rutes de transducció del senyal.
GRB2 és una proteïna adaptadora → per un costat s’uneix a una tirosina fosforilada del receptor 1TM (mitjançant el domini SH2). A l’altre costat de la proteïna hi ha el domini SH3 el qual s’uneix a la proteïna SOS.
A la imatge del costat es mostra com el domini SH2 de la proteïna GRB2 reconeix el receptor tan sols quan la tirosina d’aquest està fosforilada.
RAS està enganxat a membrana. En el moment en que GRB2 i SOS s’uneixen a 1TM busquen RAS i l’activen.
4 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo RAS és, com ja hem comentat, una GTPasa (reconeix i trenca el GTP). RAS forma part del cicle de les GTPases. En estat de repòs, RAS té, al centre actiu, un GDP fet que el fa ser inactiu. SOS fa de GNRP, és a dir, fa de proteïna que bescanvia nucleòtids de guanina. Quan SOS s’uneix a RAS fa que el GDP es canviï per un GTP. En aquest moment RAS ja és actiu i pot trencar la molècula de GTP fet que tornarà a inactivar-la ja que es quedarà un GDP al centre actiu fins que torni a arribar una altra proteïna SOS.
Les proteïnes GAP fan augmentar l’eficiència catalítica de RAS (RAS per sí sol és un enzim poc actiu, és a dir, trenca el GTP a GDP lentament). Mentre RAS tingui GTP al centre actiu serà capaç d’interaccionar amb RAF i passar el senyal. Per aquest motiu és important que RAS sigui poc eficient, ja que ha d’anar a buscar RAF i interaccionar amb ell mentre és actiu (mentre té GTP) per tal de transduir el senyal.
El propi sistema, doncs, està dissenyat per autoinactivar-se: s’inactiva, com ja hem dit, quan el GTP del centre actiu de RAS passa a GDP.
Hi han tres mutacions de RAS que fan que aquest sempre estigui actiu. Aquest fet provoca que el senyal es passi sempre i la cèl·lula no pari de dividir-se → primera etapa del càncer.
5 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo RAS actiu activa RAF el qual fosforila MAPKKs (o MEK). MAPKKs fosforilen MAPKs (o ERK).
Aquesta cascada de fosforilacions fan que el senyal s’amplifiqui fent que poc senyal ja provoqui una gran resposta. L’últim que es fosforila són els factors de transcripció del nucli.
Els receptors 7TM també acaben connectant amb RAS: Per què RAF s’activi, s’ha d’anar passant senyal durant molt de temps (en el cas de divisió cel·lular → 8 hores). RAS només deixa passar el senyal durant 1 segon o menys. Perquè aquest senyal causi algun efecte a la cèl·lula s’ha d’amplificar i ha d’arribar perllongadament.
6 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo TEMA 2.3: LES QUINASES Les quinases són enzims amb activitat fosforilasa. Representen el nombre més gran de gens que codifiquen per enzims del genoma → La fosforilació és el principal mecanisme de regulació de la cèl·lula.
PKA: protein kinase cAMP. És la primera quinasa que es va descobrir.
Totes les quinases reconeixen l’ATP ja que tenen un domini (250 aminoàcids) encarregat d’aquest reconeixement. També tenen un altre domini encarregat de l’especificitat, marca quin substrat reconeix. Les quinases són molt específiques.
Les quinases poden fosforilar quasi tot de la cèl·lula: - Caps polars de fosfolípids (PI-3K) - DNA - Proteïnes L’enzim quinasa trenca l’últim fosfat de l’ATP i l’enganxa a 2 grans dianes: l’OH d’una tirosina o una serina/thronina.
Si és un enzim el que es fosforila (entra una carrega negativa), la reacció normal al modificar-se (incorporar un fosfat) és activar-se. És una modificació irreversible si no passa res més → si es 7 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo manté sempre activat, serà un sobre estímul per la cèl·lula i provocarà que aquesta entri en apoptosi.
Per aquest motiu existeixen les fosfatases.
DOMINI SH2 i SH3: Dominis específics que reconeixen aminoàcids fosforilats.
El domini SH2 deu el seu nom a SOS (SH=domini d’homologia de SOS). És un domini d’uns 100 aminoàcids que reconeix una tirosina fosforilada específica del receptor.
El domini SH3 és més petit (50 aminoàcids). Reconeix una seqüència concreta: XPXXPPPFXP (on X=qualsevol aminoàcid; P=prolina; F=aminoàcid hidrofòbic). Aquesta seqüència de prolines provoca un gir extern de la proteïna. RAS ha de tenir aquesta seqüència per tal de ser reconeguda pel domini SH3 de SOS (SOS té 2 dominis SH3).
LA TRANSCRIPCIÓ Factor de transcripció: conjunt de proteïnes requerides per la iniciació i/o regulació de la transcripció en eucariotes. És un terme general que inclou factors de transcripció generals i proteïnes reguladores específiques (una gran família de proteïnes).
El mecanisme de transcripció i la seva regulació és el procés cel·lular més complex.
8 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo Transcripció: procés dut a terme per tal de passar d’un codi desoxiribonucleic a ribonucleic per tal de poder fer la traducció. Es transcriu la cadena que no te sentit (l’antisentit, el no codificant) → és l’antisentit perquè al posar la cadena complementaria de ribonucleòtids acaba quedant la cadena sentit (però amb U en comptes de T).
Hi ha una sèrie d’enzims (3 polimerases) que participen en el procés de transcripció. La RNA polimerasa II és la polimerasa que transcriu la majoria de proteïnes.
La RNA polimerasa II s’enganxa a la zona a la que se li dona l’ordre de transcriure’s. Pel davant de la zona codificant per la proteïna se situen es promotors. La majoria de gens tenen la caixa TATA. La TATA box està situada a una distància precisa del gen (25 nucleòtids): és la distància exacta que permet que la proteïna que s’hi enganxa posi la seva “boca de transcripció” al primer nucleòtid a transcriure.
Per tal que la RNA polimerasa II s’uneixi a DNA, s’han d’unir, a la TATA box, un seguit de factors de transcripció. Els factors de transcripció (FdT) s’enganxen al promotor i indiquen a la polimerasa on s’ha d’enganxar, com i quan: TFIID té un domini TBP (TATA binding protein). És una proteïna amb 2 braços, és a dir, és una proteïna dimèrica. Els dos braços són necessaris per unir-se als dos brins de DNA (ha de fer com de pinça). TFIID s’uneix a la TATA box pel domini TBP. Això fa que TFIIB també es pugui unir.
A continuació es poden unir altres factors de transcripció així com la pròpia RNA polimerasa II.
TFIIH és una proteïna quinasa. S’enganxa als nucleòtids del DNA desfent la doble hèlix i exposant la zona d’inici de transcripció. TFIIH fosforila el domini C-terminal de la RNA polimerasa II. Aquest fet permet que la transcripció s’iniciï → la polimerasa II canvia conformacionalment, es desenganxa dels factors de transcripció i es pot anar desplaçant i transcrivint.
Per tenir lloc la transcripció, poden enganxar-se fins a 18 factors de transcripció.
9 Regulació metabòlica – Tema 2.2 i Tema 2.3 - Sònia Vivo - GENS DE RESPOSTA PRIMÀRIA: Són gens (uns 40) els quals es poden induir sense que es produeixi síntesi proteica i els quals requereixen, només, de la modificació de moduladors transcripcionals preexistents (ja existents). Aquesta modulació és provocada per diversos senyals en un ampli ventall de respostes biològiques.
C-FOS és el gen que posa en marxa el cicle cel·lular.
Diferents senyals, a diferència del que s’esperaria, poden induir els mateixos gens (esperaríem que diferents senyals induïssin diferents gens).
Què codifiquen aquests gens? Aquests gens codifiquen per gens de resposta secundaria. Els de resposta primària són, quasi tots, factors de creixement. Aquests gens, doncs, transcriuran proteïnes reguladores de grans processos metabòlics de la cèl·lula.
TRANSDUCCIÓ DEL SENYAL VIA JAK/STAT Aquesta via la inicien receptors 1TM (receptors amb activitat quinasa o associats a quinases).
Les proteïnes JAK es fosforilen mútuament (transfosforilació). Un cop JAK està fosforilat, fosforila el receptor 1TM i permet que STAT s’hi uneixi. JAK, quan STAT ja està unit al receptor, el fosforila i l’STAT fosforilat pot dimeritzar i anar cap a nucli.
STAT fosforilat i dimeritzat s’uneix al DNA (a l’interferó) i promou la transcripció del gen. Les proteïnes STAT són, doncs, factors de transcripció (actua en el sistema immunològic del cos).
10 ...