Мембранные рецепторы

1. МЕМБРАННЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

2.

Суперсемейства мембранных рецепторов,
не обладающих ферментативной активностью
Сигнальный
каскад
Рецепторы,
сопряженные с Gбелками
Рецепторы, сопряженные с Gбелками
Адапторы/
Рецепторы, сопряженные с
адапторными белками
(рецепторы с доменом смерти,
рецепторы адипонектина и др.)
Рецепторы,
сопряженные с
адапторными белками с
доменом смерти (на
примере рецептора
TNFα)
Рецепторы
адипонектина
TRADD
G-белки
APPL1
Рецепторы,
сопряженные с
тирозинкиназами
Рецепторы, сопряженные с
тирозинкиназами класса Janus
(рецепторы цитокинов)
Тирозинкиназы класса Janus
Акцепторы сигнала
Пути передачи
сигнала
Аденилатциклаза
Фосфолипаза,
PI3K
Протеинкиназы, каспазы Протеинкиназы
Протеинкиназы
Низкомолекулярные цАМФ
внутриклеточные
посредники
Ca2+, ДАГ,
нет
нет
нет
Другие белковые
посредники и
активируемые
протеинкиназы
ПК-С, CaMK
FADD (каспазный
каскад),
Каскад MAP-киназ
Белки семейства STAT,
(MEK, ERK1/2, р38)
Каскад MAP-киназ,
ПК-А,
Каскад MAPкиназ (только в
некоторых
органах)
ИФ3, PIP3
TRAF (Каскад MAPкиназ),
RIP (активация NFkB,
каспазный каскад),
Дополнительные киназы
(PI3K, ACT, Rac)

3. Суперсемейства мембранных рецепторов, обладающих ферментативной активностью

Рецепторные тирозинкиназы
Рецепторные
серинтреонинкиназы
Рецепторные
гуанилатциклазы
Адапторы/
Акцепторы
сигнала
нет
нет
нет
нет
Пути передачи
сигнала
Адапторы/RASбелок
Фосфатидилинози
тол-3-киназа
(PI3K),
Фосфолипаза
Транскрипционные
факторы Smad
Протеинкиназы TAK-1
(гомолог MAPKKK)
-
Низкомолекулярные
внутриклеточные
посредники
нет
ФИФ3 (PIP3),
Ca2+,
ДАГ (DAG),
ИФ3 (IP3)
нет
цГМФ
Активируемые
протеинкиназы и
другие белковые
посредники
Каскад MAPкиназ,
(протеинкиназы
ERK и др.)
ПК-С
PI3K
•Транскрипционные
факторы Smad
•Протеинкиназы TAK-1
(гомолог MAPKKK)
цГМФ-зависимые
протеинкиназы

4. Общие свойства мембранных рецепторов

1. Гликозилированные белки
2. Трехдоменная структура (внеклеточный,
трансмембранный и внутриклеточный домены)
3. Мультирецепторный принцип действия
4. Интернализация после связывания с лигандом
5. Инициация метаболических и транскрипционных
эффектов
6. Доминирующие и дополнительные пути проведения
сигнала
7. Cross-talking

5.

H
R
Эффекты
R’
Десенситизация
Индуцируемые лигандом конформационные
изменения рецептора обеспечивают
параллельно проведение сигнала и
десенситизацию рецептора

6.

Интернализация рецепторов, сопряженных с G-белками
Связывание
лиганда
Фосфорилирование
рецептора
Взаимодействие
с b-аррестином
Взаимодействие
с покрытыми
клатрином
окаймленными
ямками
Зависимое от
динамина слияние
Эндоцитоз
Рециклизация
P P
Деградация
P P
P P
AP2
Клатрин
P P
P P
H – лиганд-агонист; ARR – β-аррестин; GRK - киназа рецепторов, сопряженных с G-белками (7
типов); AP2 – комплекс адаптинов; P – фосфатные группы
Гомоспецифическая регуляция:
сайт фосфорилирования образуется в результате связывания лиганда
Гетероспецифическая регуляция:
фосфорилирование не зависит от присутствия лиганда

7.

Функционирование β-аррестинов в качестве
«скаффолда=лесов» для каскадов MAP-киназ
Пролиферация
дифференцировка

8.

Кавеолы
осуществляют рецепторнезависимый эндоцитоз
и передачу сигнала
Скаффолд-домен

9.

Роль кавеолина в функциональной селективности
(смещенном агонизме =biased agonism)
Рецептор тромбина
Нарушение барьерной функции эндотелия
Поддержание барьерной функции эндотелия
Th -тромбин
АРС –активированный протеин С = сериновая протеаза

10.

Пути передачи сигнала
• Активируемые преимущественно одним
надсемейством рецепторов (например,
аденилатциклазный путь)
• Активируемые через различные надсемейства
рецепторов:
MAP-киназный каскад,
обмен фосфатидилинозитидов и
фосфоинозитидов

11. Пути передачи сигнала, активируемые через различные надсемейства рецепторов

12. MAP-киназный путь

13. Касакад митогенактивирующих (МАР) киназ

Факторы роста
(рецепторные тирозинкиназы)
Инсулин, ИФР (рецепторные
тирозинкиназы)
малые ГТФ-азы:
RAS-белок,
Rho и др.
Лиганды рецепторов, сопряженных с
G-белками
Цитокины через рецепторы цитокинов
Протеинкиназы (MAPKKK) - Raf, MEKK, TAK1
Киназы, активирующие группу митогенактивирующих киназ
(MAPKK) – MEK, MKK и др.
Группа эффекторных MAP-киназ (MAPK)
ERK
Fos, AP-1 и др.
JNK
Jun, p53
Выживание,
дифференцировка,пролиферация клеток
p38
ANF2, Elk1
Индукция апоптоза

14.

Активность малых G-белков
MAPKKK
Ras/Rap/Ral
Rho
Rab
Arf/Sar
Экспрессия
генов
Реорганизация
цитоскелета и
экспрессия генов
Внутриклеточное
перемещение везикул
Ran
Ядерноцитоплазматический
транспорт

15.

2 типа функционирования малых G-белков
Ras, Rho,
Arf, Ran
Rab
Необходимость гидролиза ГТФ после
каждого цикла
пока G-белок находится в комплексе с ГТФ
эффекторы
Ras
перенос молекул
MAPKKK= Raf
MEK P
MAPK P
TFs
P
Экспрессия
генов

16. Обмен фосфатидилинозитидов

17. Обмен фосфатидилинозитидов

Фосфатидилинозитолкиназы (PIKs,
основная PIK1)
Фосфатидилинозитиды
(PIs)
Фосфатидилинозитолтрифосфаты
(PIP3, основной - PI-3,4,5-P)
Akt
(ПКВ)
Инозитолтрифосфаты
(ИФ3, IP3, основной I1,4,5-P
(1,4,5-инозитолтрифосфат
))
Диацилглицерол
(ДАГ, DAG)
ПК С
Фосфолипаза С
Са 2+

18.

Киназы фосфатидилинозитидов
Фосфатидилинозитол-3-киназы
(PI3K), классы I-III
PI3K I-III
PI → PI-3-P
PI3K II
PI-4-P → PI-3,4-P2
Фосфатидилинозитол-4,5-киназы
(PIPK), классы I, II
PIPKI – 4,5-киназы
Факторы роста
PIPKII – 4- киназы
(димеризация,
фосфорилирование)
PI3K IA
PI-5-P → PI-3,5-P2
PI3K IA
Факторы роста, Ras, β/γ
G-белков
PI3K IB
β/γ G-белков
PI-4,5-P2 → PI-3,4,5-P3
PI-4,5-P2 – предпочтительный субстрат

19. Фосфатидилинозитидный путь (Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3-киназу 1 (PI3K1))

Фосфатидилинозитидный путь
(Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3киназу 1 (PI3K1))
Факторы
роста
Лиганды рецепторов,
сопряженных с G-белками
Инсулин, ИФР
IRS
Ras-белки
Цитокины
p53
Βγ-субъединицы Gбелков
JAK1
ДАГ
PI3K1
PTEN
ФЛ
PI-4,5-P2
Ингибирующее фосфорилирование
проапоптозных белков FOXO, BAD,
каспазы 9
Ингибирование
апоптоза
ИФ3
PI-3,4,5-P3 (фосфатидилинозитол-3-фосфат)
Akt
ПКСγ , ПКСε
Выживание клеток
(фосфорилирование
IKK, NFkB, CREB)

20. Фосфоинозитидный путь проведения сигнала

ФЛ С
Gq-белки
Фосфатидилинозитиды
Βγ-субъединицы Gбелков
Диацилглицерол
Арахидоновая к-та
ПГ
ФЛ А2
ГЦ
ИФ3-чувствительные
кальциевые каналы
ИФ3
Са 2+
ПК С
СаМ
СаМ-ПК
Фосфорилирование
ПК С-зав. белков

21.

Ca2+
CAM
белокмишень
Кальций индуцирует изменение конформации кальмодулина,
обеспечивающее взаимодействие с мишенями

22.

Рецепторы,
сопряженные с G-белками

23.

пальмитат
N
1
2
C C
3 4
P
N
D
W
RD
Y
NN
N
C C
C
C
C
C
1
N
2
5
6
7
P WP N
PY
C
N
C
C C
3
P
W W
5
P
6
Рецепторы биогенных аминов (адренергические, серотонина, дофамина, мускариновые,
гистамина)
Рецепторы холецистокинина, тахикинина, нейропептида Y, тиролиберина,
нейротензина, бомбезина, соматолиберина, опсинов позвоночных
Рецепторы опсинов беспозвоночных и брадикинина
Рецепторы аденозина, каннабиноида, меланокортина и обонятельные рецепторы
Рецепторы хемокинов, N-формил-метионил-лейцил-фенилаланина, комплемента C5A,
гонадолиберина, эйкозаноидов, лейкотриенов, ФСГ, ЛГ, ТТГ, галанина, нуклеотидов,
опиоидов, окситоцина, вазопрессина, соматостатина, рецепторы, активируемые
протеазами
Рецепторы мелатонина
Рецепторы кальцитонина, пептида, связанного с геном кальцитонина, кортиколиберина
Рецепторы паратгормона и пептида, родственного паратгормону
Рецепторы глюкагона, глюкагоноподобного пептида, гастроингибирующего пептида,
гонадолиберина, пептида гипофиза, активирующего аденилатциклазу, вазоактивного
интестинального пептида, секретина
Рецепторы латротоксина
7
P
C
N
1
TP
P
P
2
C
3
S
P
C
4
5
6
P
K
N EA
P
Метаботропные рецепторы глутамата
Метаботропные рецепторы гамма-аминомасляной кислоты
Рецепторы кальция
Вомероназальные рецепторы феромонов
Вкусовые рецепторы
7
P
K
C

24.

N
C
Взаимная ориентация трансмембранных
доменов рецепторов, сопряженных с Gбелками. Вид снаружи клетки

25.

Высокомолекулярные
лиганды связываются с
N-концом и
внеклеточными петлями
Низкомолекулярные
лиганды связываются в
щели между
трансмембранными
доменами
α β γ
Специфичность связывания
G-белков определяется
3-й цитоплазматической
петлей
G-белки связываются с 2-й
и 3-й цитоплазматическими
петлями [и проксимальной
областью C-конца]
Лиганд может стимулировать
гомо/гетеродимеризацию
рецепторов, небходимую для
проведения сигнала, его
усиления и/или десенситизации
Сигнал

26.

Структурные детерминанты,
определяющие активность агонистов и антагонистов

27.

Активация PAR4 тромбином
Тромбин
PAPR
Привязанный
лиганд
PAPRGYPGQV
N’
N
VQGPYGV
S-S
S-S
C
C
Сигнал
Активация PAR4 тромбином

28. Функциональная селективность (смещенный агонизм =biased agonism)

Разные лиганды – один рецептор – разные сигнальные
пути
Причины:
1. Индуцированные лигандом различные конформации
активного рецептора
2. Особенности расположения рецепторов в кавеолах,
осуществляющих рецептор-независимый эндоцитоз и
передачу сигнала

29.

Функциональная селективность (смещенный
агонизм =biased agonism)
Рецептор тромбина
Нарушение барьерной функции эндотелия
Поддержание барьерной функции эндотелия
Th -тромбин
АРС –активированный протеин С= сериновая протеаза

30.

G-белки

31.

Активация G-белка сопровождается
высвобождением областей контакта Gα и Gβγ
Активированый рецептор как фактор
обмена гуаниновых нуклеотидов
ГДФ
Gα
Gβ Gγ
ГТФ
Gα
Gβ Gγ
ГТФ>>ГДФ
Gα: 15 членов, 4 семейства:
Gs, Gi, Gq/G11, G12
Gβ: 5 членов
Gγ: 11 членов
Собственная активность βγ-димера
возникает в результате открытия
областей, оккупированных αсубъединицей

32.

Роль G-белков и основные пути проведения сигналов
рецепторами, сопряженными с G-белками
Г
Г
b
ГТФазная
активность
i
Независимые
от G-белков
эффекты
b
Аденилатциклазы
ионные каналы
фосфодиэстеразы
фосфолипазы
b
q
s
Ионные каналы
PI3K , PLCb
аденилатциклазы
12
PLC Аденилат- RhoGEFs
DAG циклазы
Rho
2+
Ca
PKC
Факторы
транскрипции
экспрессия
генов
A – агонист; ромб – ГДФ; шестиугольник – ГТФ; PLC – фосфолипаза C; DAG – диацилглицерол; PKC
– протеинкиназа C; PI3K – фосфоинозитид-3-киназа; GEF – гуаниннуклеотид-обменивающий фактор;
Rho – ГТФаза семейства Rho

33.

Функционирование β-аррестинов в качестве
«скаффолда=лесов» для каскадов MAP-киназ
Пролиферация
дифференцировка

34. Аденилатциклазный путь

АЦ
αs
ГДФ
ГДФ
ГТФ
АТФ
цАМФ
Гидролиз
ГТФ до ГДФ
ПК А
ГДФ
ГДФ
Фосфорилирование ПК А-зав.
эффекторных белков
P-CREB

35.

Регуляторы аденилатциклаз (AC)
Регуляторы
Группа 1
AC1
Позитивные
Негативные
Группа 2
AC8
αs
AC3
G-белки
αs
Протеинкиназы
PKCα
Кальций
CaM
G-белки
αi, αz, αo, βγ
βγ
βγ
Протеинкиназы
CaMK IV
CaMK II
CaM
AC2
αs
αs
βγ
PKCα
PKCα
Группа 3
AC4
αs
βγ
AC7
AC5
αs
βγ
αs
βγ
PKCα
PKCα,ζ
AC6
αs
βγ
M2 C2a C2b
PKCα
M1 C1a C1b
αs
αi, αz
PKA
PKA
PKCδ,ε
PKC
Ca2+
Ca2+
Кальцинейрин
M2 C2a C2b
βγ
AC1, AC5
AC1, AC8
M1 C1a C1b
M2 C2a C2b
M1 C1a C1b
αi
M2 C2a C2b
CaM
AC2
M1 C1a C1b
M2 C2a C2b
HCO3sAC
βγ
αs
αi, αz
AC1
M1 C1a C1b
AC9
CaM
Кальций
Все AC
Группа 4
Ca2+
Активация
сперматозоидов

36.

Регуляторы фосфодиэстераз циклических нуклеотидов
Регуляторы
PDE1
PDE 2
PDE 3
PDE 4
PDE 5
PDE 6
Позитивные
CaM
цГМФ
PKA
PKB
PA*
цГМФ
PKA
цГМФ
Негативные
*PA- фосфатидная кислота
цГМФ
Виагра
PDE 7
PDE 8
PDE 9
PDE
10
PDE
11
цГМФ
цГМФ

37.

Фосфатидилинозитидный путь
проведения сигнала

38. Фосфатидилинозитидный путь (Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3-киназу 1 (PI3K1))

Фосфатидилинозитидный путь
(Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3киназу 1 (PI3K1))
Лиганды рецепторов,
сопряженных с G-белками
Βγ-субъединицы
G-белков
p53
ДАГ
PI3K1
PTEN
ФЛ
PI-4,5-P2
Фосфорилирование FOXO,
BAD, каспазы 9
(ингибирование функций)
Ингибирование
апоптоза
ИФ3
PI-3,4,5-P3 (фосфатидилинозитол-3-фосфат)
Akt
ПКСγ
ПКСε
Выживание клеток
(фосфорилирование
IKK, NFkB, CREB)

39.

Фосфоинозитидный путь
проведения сигнала

40. Типы фосфолипаз

1. Фосфолипаза-бета (активируется βγсубъединицами G-белка и белками Gq)
2. Фосфолипаза С-дельта (активируется
белками Gq)
3. Фосфолипаза С-гамма (активируется рецепторамитирозинкиназами)
4. Фосфолипаза А2 (активируется ионами кальция)

41. Фосфоинозитольный путь проведения сигнала

ФЛ С-бета
Фосфатидилинозиды
αq
Диацилглицерол
ГДФ
ГДФ
Арахидоновая к-та
простагландины
ГТФ
ФЛ А2
ГЦ
ИФ3-чувствительные
кальциевые каналы
ИФ3
Са 2+
ПК С
СаМ
СаМ-ПК
Фосфорилирование
ПК С-зав. белков,

42. MAP-киназный путь

Лиганды рецепторов,
сопряженных с
Gα12-белками
малые ГТФ-азы:
Rho
Протеинкиназы (MAPKKK) - Raf, MEKK, TAK1
Киназы, активирующие группу митогенактивирующих киназ
(MAPKK) – MEK, MKK и др.
Группа эффекторных MAP-киназ (MAPK)
ERK
Fos, AP-1 и др.
JNK
Jun, p53
Выживание,
дифференцировка,пролиферация клеток
p38
ANF2, Elk1
Индукция апоптоза

43.

RTK
GPCR
Cav
GPCR
Rap
Ras
b
Src
Shc
b
Grb2
Sos
Raf1
BRaf
PYK2
q
Ca2+
PLCb
b
o
PI3K
i
Rap
GAPII
MEK
PKA
Ras
GRF
PKC
EPAC
s
i
MAPK
цАМФ
Факторы
транскрипции
Пути активации каскадов MAP-киназ рецепторами, сопряженными с G-белками.
Обозначения: Cav – кальциевые каналы; RTK – рецепторы-тирозинкиназы; PLC – фосфолипаза С;
PI3K – фосфоинозитид-3-киназа; PYK2 – богатая пролином тирозинкиназа 2; PKC и PKA – протеинкиназы C и A;
GAP – белок, активирующий ГТФазу; GRF – фактор, высвобождающий гуаниновые нуклеотиды;
MAPK – активируемая митогенами протеинкиназа; MEK = киназа MAPK; EPAC – активируемый цАМФ белок
обмена; Shc – фактор с гомологией киназам Src и коллагену; Grb2 – фактор 2, связанный с рецепторами ростовых
факторов; Sos – фактор, ассоциированный с рецепторами, отличными от GPCRs (= son of sevenless)

44. Альтернативный сплайсинг рецептора 1 кортиколиберина (CRH-R1)

полная активность рецептора
Прорецептор, замедленный эндоцитоз
Ускоренный эндоцитоз

45.

Передача сигнала и фосфорилирование как первый этап
десенситизации и терминации рецепторного цикла
Гомологичная десенситизация
Смена типа G-белка и
сигнализации
пути передачи сигнала,
изменение селективности Гетерологичная десенситизация
ответа клетки
(предотвращение сигнализации
через рецептор)

46.

Патологии,
связанные с системой рецепторов,
сопряженных с G-белками

47.

Примеры мутаций различных компонентов передачи сигнала с
рецепторов, сопряженных с G-белками,
ведущих к активации сигнальных каскадов в отсутствие гормона
Компонент сигнального каскада с
активирующей мутацией
Провоцируемые заболевания,
Опухоли, несущие мутации
Рецептор тиреотропного гормона
Соматическая мутация тиреоцитов:
Гиперфункциональная неиммунная аденома щитовидной
железы
Наследуемая мутация:
Семейный неиммунный гипертиреоз
Рецептор лютеинизирующего
гормона
Врожденная мутация:
Преждевременное половое осзревание
-субъединица Gs белка
Соматические мутации тиреоцитов:
Узелковая токсическая аденома щитовидной железы
Дифференцированная аденосаркома щитовидной железы
Соматические мутации надпочечников:
Феохромоцитома
Альдостеронома
Соматические мутации клеток гипофиза:
Аденома соматотрофов (акромегалия)
Аденома кортикотрофов (гиперкортицизм )

48.

Примеры соматических мутаций G-белков,
ведущих к активации сигнальных каскадов в
отсутствие гормона
Мутантный ген
G-белков
Опухоли, несущие мутации, провоцируемые
заболевания
Gs
Акромегалия (Аденома соматотрофов гипофиза)
Аденома щитовидной железы
Опухоли клеток Лейдига семенников
Синдром МакКуна-Олбрайта * (токсический зоб
щитовидной железы, аденома соматотрофов
гипофиза, множественная фиброзная
остеодисплазия, гиперпигментация,
гиперплазия надпочечников)
Gi2
Аденома гипофиза
Опухоли коры надпочеников
Опухоли яичников
*соматическая мутация на ранней стадии развития

49. Механизм стимуляции секреции СТГ соматотрофами гипофиза при аденоме стоматотрофов гипофиза

СТГ-РГ гипоталамуса
Рецепторы СТГ-РГ
соматотрофов
Комплекс СТГ-РГрецептор
ГормонНЕзависимая активная конформация мутантного Gs-белка
↑↑↑↑↑↑ цАМФ
↑↑↑↑↑ секреции СТГ
Активация
пролиферативного каскада,
опосредуемого RAS-белком
Пролиферация
соматотрофов

50.

Некоторые инактивирующие мутации
компонентов сигнальных каскадов и их
манифестация
Инактивирующие мутации
компонентов сигнальных
каскадов
Провоцируемые заболевания, опухоли,
несущие мутации
V2-рецептор вазопрессина
Врожденная мутация:
Х-хромосомзависимый несахарный диабет
Рецептор АКТГ
Врожденная мутация:
Семейная недостаточность глюкокортикоидов
Рецептор паратгормона
Врожденная мутация:
Псевдогипопаратиреоз (синдром Олбрайта)
Альфа-субъединица Gбелка
Врожденная мутация:
Псевдогипопаратиреоз (синдром Олбрайта)