Сфинголипиды и их рецепторы

1.

Варианты рецепции
с участием рецепторов, сопряженных с Gбелками

2.

Сфинголипиды и их рецепторы

3.

Основные группы сфинголипидов и их роль в
передаче сигнала
Сфинголипиды (соединения
сфингозина с жирными
кислотами)
Передача сигнала
Сфингозин-1-фосфат
Рецепторы, сопряженные с
G-белками, и вторичные
посредники
Сфингозин
Фермент-сенсор - Протеинкиназа
Церамид
Фермент-сенсор - Протеинфосфатаза
Церамид-1-фосфат
Фермент-сенсор - Фосфолипаза A2
•Сфингомиелин
•Гликосфинголипиды

4.

Рецепторы сфингозин-1-фосфата (S1P)
αi
αq
α12/13
Rho, Rac
эффекторы
βγ
PLCβ
эффекторы
Активность, подвижность,
пролиферация клеток
Участие рецепторов S1P в сокращении гладких мышц сосудов и желудка
стимул → образование S1P → активация рецепторов S1P1 и S1P2 → активация Gβγi и Gq → активация
PLCβ3 и PLCβ1 → аккумуляция I3P → активация I3PR
→ высвобождение Ca2+ из внутриклеточных депо → активация киназы легких цепей миозина
(MLCK) → фосфорилирование легких цепей миозина (MLC) → сокращение гладких мышц сосудов и
желудка

5.

Сфинголипиды как посредники эффектов
других сигнальных соединений

6.

Биосинтез сфинголипидов
Церамидкиназа
Цермид-1-фосфат
Церамидаза
Сфингозинкиназа (SphK)
Сфингозин-1-фосфат

7.

Регуляция
биосинтеза
сфингозин-1фосфата (S1P)

8.

Кооперация сфингозин-1-фосфата (S1P) и церамид-1фосфата (C1P) в индукции интерлейкином 1β (ИЛ-1β)
продукции простагландинов (PGE2)
Рц – рецептор; Sph – сфингозин; Cer – церамид; SphK – сфингозин-1-киназа; CerK – церамид-1-киназа; cPLA2
– цитозольная фосфолипаза A2; COX-2 – циклоксигеназа 2; AA – арахидоновая кислота.
ИЛ-1β
Рц ИЛ-1β
Рц S1P
1
сфингозин-1-киназа
SphK
Sph
S1P
2
церамид-1-киназа CerK
Cer
экспрессия и
стабильность
мРНК COX-2
COX-2
C1P
cPLA2
AA
цитозольная фосфолипаза A2
PGE2

9.

Мембранные
рецепторы
прогестерона.
Структурное
сходство с
щелочной
церамидазой
(AlkCer) и
проявление ее
активности

10.

Кудрявые (Frizzle) рецепторы

11. Лиганды кудрявых рецепторов

• Паракринные факторы семейства Wnt
• Паракринные факторы семейства R-спондинов
Функции:
Регуляция работы β-катенина (молекулы клеточной адгезии,
комплексирующейся с кадгеринами) , участвующего в
формировании клеточных пластов в эмбриогенезе, регенерации,
опухолевом росте и инвазии;
Стимуляция развития яичника (Wnt4, R-спондин), стимуляция
стероидогенеза
Нарушение экспрессии бета-катенина играет важную роль в
развитии опухолевых заболеваний.

12.

Паракринные регуляторы Wnt/кудрявые рецепторы Fz
регулируют локализацию Фламинго через β-катенин
Кадгерины Фламинго
локализуются на
противоположных концах
поляризующихся клеток,
обеспечивая однотипное
расположение клеток за
счет гомофильных
контактов

13. Особенности рецепции и проведения сигнала

• Потребность в вспомогательных рецепторах
(корецепторах):
Рецепторы, родственные рецепторам липопротеидов
низкой плотности (LRP)
• Модуляция эффектов секретируемыми белками,
родственными кудрявым рецепторам (sFRP)

14.

Секретируемые белки, родственные кудрявым рецепторам
(sFRP)
Механизм действия sFRP
Результат
Конкуренция с Wnt за Fz рецептор
Конкуренция с Fz –рецептором
за Wnt
Препятствует работе β-катенина
Совместное с Wnt действие
Способствует работе β-катенина
Препятствует работе β-катенина

15.

Предполагаемый механизм проведения сигнала Wnt/R-спондинов с участием
рецепторов Fz и корецепторов LRP
SFRP
(растворимые
гомологи FZ)
Рецептор, родственный
рецепторам липопротеидов
низкой плотности (LRP)
LRP
Wnt
Go, Gq
[CKIε, Par1]
Fz
Dvl (dishevelled )= Dvl
взъерошенный
A
P
C
Аксин
GSK3
P
CKIγ
GSK = киназа
гликогенсинтазы
β-Катенин
A
P
C
Dvl
Аксин
P
CKI = казеинкиназа I
GSK3
β-Катенин
P
деградация
Ядро
Gro
Gro
Транскрипционный фактор Т-клеток
Обозначения: Dvl (dishevelled = взъерошенный);
GSK = гликогенсинтазы киназа; APC = adenomatosis
polyposis coli; CKI = казеинкиназа I. TCF = T-cell
factor; Gro = Groucho (брюзга)
TCF
β-Катенин
TCF
мРНК
Гены нейрогенеза, эмбриогенеза ряда
тканей, гены митогенных белков, гены
таламуса, препятствие ремиелинизации,
пролиферация β-клеток,

16.

Сигнализация паракринных
протеолипидных регуляторов
Hedgehog
через рецепторы Smo (приглаженные)

17. Паракринные протеолипидные регуляторы Hedgehog (hh)

Представители:
Сенсоры Hedgehog:
белки Patched (заплатанные) (Ptc),
ингибирующие рецепторы Smo без лиганда
Sonic hedgehog (Shh)
Indian hedgehog (Ihh)
Desert hedgehog (Dhh)
Рецепторы:
приглаженные рецепторы Smo
Функции:
Регуляция пространственной организации дифференцировки растущих
тканей за счет градиента концентрации
Почка
конечности
Shh
Кисть руки

18.

Биосинтез hedgehog
Сигнализирующий
домен
Полипептидный предшественник
С
G
С
Сигнальный Сигнализирующий Процессинговый
пептид
домен
домен
O
С
G
O
Ацилтрансфераза Skn
(Skinny – обтягивающая)
O
O
Пальмитат
N C
H
G
O
Холестерин
Пальмитат
Холестерин

19.

Сенсор Patched (семейство мембранных белков-транспортеров)
Способен обеспечивать секрецию клетками холестерина и снижение уровня холестерина в
клетке. Ингибирование этой функции Patched в результате интернализации под действием hedgehog
ведет к аккумуляции холестерина в клетке, что является необходимым условием для прекращения
интернализации Smo и его локализации в ворсинках поверхности клетки (стадия 1 активации Smo)
Топология
Patched
Сенсорный
домен
стеринов
hh
Ptc
Ptc
Smo
Smo
холестерин
транскрипция
1
1447
транскрипция
Ptc
Smo
Smo
эндосома
эндосома

20.

Циклопамин
Сигнализация hedgehog
Липидный ингибитор (витамин D3 ?)
Липидный активатор (оксистерины ?)
hedgehog
Ptc
Smo
Ptc
Рецептор
неактивен
Ptc = Patched (заплатанный)
Smo
Рецептор
активен
Smo = Smoothened (приглаженный)
Gαi -?
Sgg = Shaggy (косматый)
CkI –казеинкиназа I
Cos2 – Costal 2 (реберный)
Gli – ассоциированный с глиомой
Киназы
ПК-A,Sgg,
CkIα
Smo
Киназа Fu
Cos2
Gli155
Gli155 – ассоциированный с
глиомой транскрипционный
фактор, предшественник
Gli75
Smo
P
Cos2
Протеасома
P
Gli75
Эффекторные гены
(репрессия)
Gli155
Эффекторные гены
(активация)

21.

Рецепторы, сопряженные с G-белками,
активируемые протеолизом
PAPR
Тромбин
Привязанный
лиганд
PAPRGYPGQV
N
N’
VQGPYG
S-S
Активация PAR4 тромбином
S-S
C
Необратимость активации!
C
Сигнал

22.

Суперсемейства мембранных рецепторов, не обладающих ферментативной активностью
Рецепторы, сопряженные с адапторными белками
Участники
сигнальных
каскадов
Рецепторы,
сопряженные с G-белками
Рецепторы, сопряженные с Gбелками
Адапторы
Эффекторы
Рецепторы,
сопряженные с адапторными белками
(рецепторы с доменом смерти, рецепторы
адипонектина и др.)
Рецепторы с доменом
смерти, (на примере
рецептора TNFα)
APPL1
TRADD
G-белки
Аденилатциклаза
Рецепторы
адипонектина
Рецепторы,
сопряженные с
тирозинкиназами
Рецепторы, сопряженные с
тирозинкиназами класса Janus
(рецепторы цитокинов)
нет
Фосфолипаза,
PI3K
Протеинкиназы, каспазы Протеинкиназы
Тирозинкиназы класса Janus
Низкомолекулярн цАМФ
ые
внутриклеточные
посредники
Ca2+, ДАГ,
нет
нет
иногда Ca2+, ДАГ, ИФ3
Другие белковые
посредники и
активируемые
протеинкиназы
ПК-С, CaMK
FADD (каспазный
каскад),
Каскад MAP-киназ
Белки семейства STAT,
(MEK, ERK1/2)
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)

23.

Рецепторы, сопряженные с
адапторными белками

24.

Рецепторы
с доменом смерти

25.

Стрессорный (внутренний) путь,
активируемый внутриклеточными сигналами
BH3
Принятие
решения
FasL, TNF , TRAIL
Рецепторы смерти
Bax
Bcl2
Получение
поддержки
Bid
Путь (внешний) через рецепторы смерти
Поврежденные
митохондрии
Cyt c
Apaf1
Omi
Diablo
FADD
Исполнение
апоптосома
Каспаза-8
Каспаза-9
IAP
Каспазы-3,7
Апоптоз
Каспаза-3
Апоптоз
Основные пути, ведущие к апоптозу
FADD - ассоциированный с Fas белок с доменом смерти;
Bcl2 – белок 2 B-клеточной лимфомы; Apaf1 – фактор 1, активирующий апоптотическую протеазу; Cyt c – цитохром c; IAP -ингибитор
апоптотических белков; Diablo - белок с низким pI, прямо связывающий IAP; Omi - один из белков, специфически взаимодействующих с
Mxi2; Bax – ассоциированный с Bcl2 белок X;
Bid –агонист смерти, взаимодействующий с доменом BH3 (BH3 interacting domain death agonist); BH3 – белок семейства BH3-only (BH3)

26.

Рецепторы
TNF-RI
N
22
TNF-RI (раств. лиганд)
Лиганды
TNF
Cys
TNF-RII (мембр. лиганд)
TNF-RIII
Fas
NGF-RI
CD27
CD30
CD40
OX40
4-1BB
DR3
DR4
DR6
RANK
OPG
GITR TNFRSF19
Cys
Cys
Cys
175
TM
адаптор
317
NSD
DD
SODD –434
сайленсер доменов
смерти
FAN
TRADD
Домен
смерти
C
эффектор
нейрональная
сфингомиелиназа
факторы
транскрипции
NF-κB
AP-1
каспаза-8
LT- ,
лиганды (L)
антигенов:
FasL
CD27L
CD30L
CD40L
OX40L
4-1BBL
Apo-3L
Apo-2L
RANKL
GITRL
LIGHT
APRIL
BAFF
VEGI
TNFSF20
NGF
TNF-R1
AP-1
?
NF-κB
Антиапоптоз
Каспазы
Апоптоз
Заякоренный лиганд C
N
Растворимый
лиганд
Протеолиз или альтернативный
сплайсинг

27.

Активация рецептора 1 TNFальфа и ее последствия
Связывание с тримером TNFальфа обеспечивает:
• образование межмолекулярных дисульфидных связей внеклеточных доменов и тримеризацию рецепторов
•отделение SODD от TNF-R1 и олигомеризацию доменов DD рецептора и
• взаимодействие с ними адаптора TRADD (ассоциированный с рецептором TNF домен смерти)
•взаимодействие с TRADD других эффекторных молекул:
FADD (ассоциированный с Fas адапторный белок, содержащий домен смерти)
TRAF (ассоциированный с рецептором TNF фактор) - каскад MAP-киназ – АР-1, активация
RIP (взаимодействующий с рецептором белок – тирозинкиназа, содержащая домен смерти) –
активация NFkB (выживание), активация каспаз (апоптоз)
TNF
TNF-RI
RIP
TNF-RI
RIP-белок,
взаимодействующий
с рецептором
SODD –
сайленсер доменов
SODD SODD
смерти
TRADD ассоциированный с
рецептором TNF
домен смерти
FADD - ассоциированный с Fas
адапторный белок, содержащий домен
смерти
FADD
Активация
прокаспазы
TRAF2 - ассоциированный с
рецептором TNF фактор 2
Каскад МАР-киназ (АР-1),
активация NFkB

28.

TNF-RI
DD
DD – домены смерти; TRADD, TRAF2, FADD –
адапторные белки;
ASK1 – киназа 1, регулирующая
сигнал апоптоза; MAPK – активируемая митогенами
протеинкиназа; MEK – MAPK/ERK-киназа; JNK –
киназа N-конца Jun; c-Jun – субъединица
транскрипционного фактора AP-1; NIK – киназа,
индуцирующая ядерный фактор NF-κB; IKK –
киназа I-κB; I-kB – ингибитор транскрипционного
фактора NF-κB
RIP
DD DD DD DD DD
Пути проведения сигнала рецептором 1
фактора некроза опухолей альфа (TNF-RI).
RIP-белок,
взаимодействующий с
рецептором
ASK1 – киназа 1,
регулирующая сигнал
апоптоза
NIK
каскад MEK
(MAPK)
NIK-киназа,
индуцирующая ядерный
фактор NF-κB
IKK
IKK –
киназа I-κB
Активация JNK (киназа N-конца Jun)
NF- B
I- B
I-kB – ингибитор
транскрипционного
фактора NF-κB
фосфорилирование
c-Jun
активация
AP-1
Выживание
каспазный
каскад
активация
NF- B
апоптоз

29.

Взаимодействующий с рецептором белок RIP
DD – домен смерти; TyrKc – протеинкиназный домен
17
1
289
324
TyrKc
TyrKc – протеинкиназный
домен
583
669
DD
сайт протеолитического
расщепления
671

30.

Активация NF-κB с участием RIP
в качестве киназы
P
TRADD/RIP
NIK
NIK-киназа,
индуцирующая
ядерный фактор
NF-κB
P
IKK
IKK –
киназа I-κB
P
I-κB/NF-κB
I-kB – ингибитор
транскрипционного
фактора NF-κB
I-κB
NF-kB

31.

Активация АР-1 с участием RIP
в качестве киназы
P
TRADD/RIP
MEKK1
P
MEK
P
JNK
P
AP-1

32.

Взаимодействующий с рецептором белок RIP
DD – домен смерти; TyrKc – протеинкиназный домен
Аутофосфорилирование и
протеолиз RIP подавляют
проведение сигнала на NF-κB
RIP
TyrKc
P P
P
Каспаза-8
TRADD
RIP
CARDD
Прокаспаза-2
TRADD
RIP
DD
Прокаспаза-8
DED
NF-κB
RIP служит адаптором для
убиквитинлигазы ZIN
RIP
ZIN
NF-κB
RIP служит адаптором для рекрутирования и
активации каспаз
Апоптоз
Домены
RING
DED
CARD
Апоптоз
Апоптоз

33.

Смена путей проведения сигнала TNF-RI во времени
Первоначальный короткий период - активация NFkB– выживание
Длительная действие – инактивация NFkB - апоптоз
Первоначальный короткий период – активация JNK – выживание
Длительная постоянная активация JNK – активация каспаз – апоптоз
(ингибирование ASK1 (киназы 1, регулирующей сигнал апоптоза) белком AIP1)

34.

Пути проведения сигнала
рецептором FAS

35.

TNF-RII
Пути проведения сигнала рецептором 2
фактора некроза опухолей альфа (TNF-RII).
TANK – ассоциированный с TRAF активатор NFκB; TBK1 – связывающая TANK киназа 1
каскад MEK
(MAPK)
активация
JNK
?
апоптоз
фосфорилирование
c-Jun
активация
AP-1
IKK
NF- B
I- B
активация
NF- B

36.

Мембранные рецепторы
адипонектина и прогестинов

37. Структура мембранных рецепторов адипонектина-прогестинов (PAQRs)

Структура мембранных рецепторов адипонектинапрогестинов (PAQRs)
• Мембранные рецепторы, имеющие 7 трансмембранных
доменов, гомологичные по структуре
• Филогенетически и структурно отличаются от рецепторов,
сопряженных с G-белками
• Мембранные рецепторы адипонектина и прогестинов
отличаются по топологии:
рецепторы адипонектина – внеклеточный домен -С-конец
Мембранные рецепторы прогестинов – внеклеточный домен – N-конец

38.

Рецептор адипонектина и проведение сигнала
Ангиотензин
Норадреналин
Адипонектин
Нейротрофины
ЭФР
C
N
N
ARβ
C
AT1/2-R
C
AdipoR1/2
N
Gs
Gq
PKA
PKC
APPL1
Src
Rap1
TrkA
Ras
Raf
MEK
ERK1/2
Рост
APPL1
EGFR

39.

Тканеспецифичные эффекты адипонектина реализуются с участием адаптора
APPL1 и активируемой
АМФ протеинкиназы AMPK
Адипонектин
Мышца
Rab5 PKB
GLUT4
APPL1
AMPK
p38MAPK
Повышение
захвата
глюкозы
PKB
GLUT4
Сосуд
PPARα
ACC
MCD
Усиление βокисления
жирных
кислот
PKB
Печень
APPL1
AMPK
Подавление
воспаления
eNOS
Вазодилатация
Подавление
атерогенеза
APPL1?
AMPK
Подавление
глюконеогенеза
Усиление βокисления
жирных
кислот
Адипоциты
Кость
Гипоталамус
APPL1?
AMPK
APPL1?
AMPK
APPL1
AMPK
Аккумуляция
триглицеридов
Подавление
остеокластов
Стимуляция
остеобластов
Повышение
потребления
пищи
PPARα
Снижение
энергозатрат

40.

Мембранные рецепторы прогестинов
?
mPRα
G olf -G-белок
обонятельных луковиц
G olf
проводит сигнал с
рецепторов феромонов
Аденилатциклаза
Гиперподвижность
сперматозоидов
Иммуносупрессия
mPRα
αi
Gi
βγ
PI3K
Аденилатциклаза
PIP3
Фосфодиэстераза
↓цАМФ
Мейотическое
созревание ооцита [рыбы,
амфибии]
Сократительная
активность миометрия

41.

Мембранные
рецепторы
прогестерона.
Структурное
сходство с
щелочной
церамидазой
(AlkCer) и
проявление ее
активности