FGF- und IGF-Signaltransduktion

• Enzym-gekoppelt -> Rezeptortyrosinkinasen

Fibroblast Growth Factor

23 in 6 große Unterfamilien

• FGF1 = saures FGF

• FGF2 = basisches FGF

• saueres FGF

• reifes FGF besteht aus 155 AS

• hat kein Signalpeptid -> wird nicht ins ER synthetisiert und damit auch nicht glykosyliert

• bildet in Zelle über Disulfidbrücke ein Dimer, welches mit Membranproteinen interagirt und von diesem Komplex über Zellmembran gebracht wird

• im extrazellulärem Raum löst sich Disulfidbrücke, sodass FGF1 als Monomer vorliegt

• basisches FGF

• bindet als Dimer

• reifes FGF2 besthet ebenfalls aus 155 AS

• FGF2 Gen hat 4 unterschiedliche Start-Codons, welche N-Terminus von FGF2 verlängern können

• entscheidend für Dimer-Bindung von FGF-Liganden an ihre Rezeptoren

• Bildung eines ternären Komplexes aus 2 Fgf-Liganden + 2 Molekülen Heparansulfat + 2 Rezeptoren

  -> intrazelluläre Tyrosinkinasedomänen der Rezeptoren können sich gegenseitig kreuzphosphorylieren und aktivieren

• Heparansulfat besteht aus langen Ketten von Disacchariden, die man oft als membranständiges Protein konjugiert

• erhöht Bindungsaffinität an Rezeptor deutlich -> Liganden werden durch Bindung an Heparansulfat in Nähe der Membran gehalten und Rezeptor präsentiert

• kann entweder als sezerniertes Glykoprotein (Perlecane) oder als integrales membranprotein (Syndecane) vorliegen

FGF15/19

• statt Syndecanen und Perlecanen fungieren Transmembranproteine alpha und beta Klotho als Korezeptoren

• jeweils 2 Klotho und 2 Rezeptoren bilden gemeinsam Rezeptorkomplex

• reguliert FgfR untypische Signalwege

• alpha Klotho auch in löslicher, frei diffusibler Form im extrazellulärem Raum -> secret Klotho

• secret Klotho fungiert als Hormon und interagiert va mit Ionenkanälen und regelt deren Aktivität in Aufnahme und Freisetzung unterschiedlicher Ionen

  -> Dieser Interaktionen zielen vor allem auf die Aufrecterhaltung zellulärer Funktionen ab, das Gleichgewicht der physiologischen Körperfunktionen = Homöostase

Unterexpression von Klotho: schnellerer Alterungsprozess

Überexpression: verlangsamte Alterung

• Wnt

• Insulin-Grwoth-Factor-like (IGF)

Liganden gebundene, aktivierte Fgf-Rezeptoren übertragen Signal intrazellulär auf 4 verschiedene Signalwege:

• Ras-Raf-MAPK

• PI3K

• PLCgamma

• Jak-Stat

Beginnen alle damit, dass aktivierter Fgf-Rezeptor als Tyrosinkinase seine UE kreuzphosphoryliert.

-> Phosphotyrosine stellen Interaktionsdomänen für Protein-Protein-Wechselwirkungen dar

1. Grb2 bindet an rezeptor

2. rekrutiert Sos

3. Sos aktivitert G-Protein Raf an Membran

4. GTP-gebundenes Raf aktiviert Kskade aus 3 Kinasen: MAPKKK (Raf) - MAPKK (Mek) - MAPK (Erk)

5. aktivierte MAPK Erk1/2 verlagert in Zellkern, phosphoryliert TF, die Expression aktivieren

• Signalpeptid

• extrazelluläre Domäne weist 3 Immunglobulin-ähnliche Domänen auf -> bestimmen Spezifität der Ligand-Rezeptor-WW

• Fgf-Ligand bindet zsm mit Heparansulfatproteoglykan (HSPG) in Nähe der membran an Rezeptor

• extrazellulärer N-Terminus ist von 1 einzigen Transmembrandomäne gefolgt

• intrazellulärer C-Terminus kodiert für Tyrosinkinase

• 4 Rezeptorgene, aber alternatives Splicen führt zu 48 Isoformen

können an mehrere Rezeptoren binden

• Förderung der Proliferation von Zellen

1. Fgf-Rezeptor aktivert PI3_kinase

2. Phosphorylierung von PI(4,5)P2 zu PI(3,4,5)P2

3. aktiviert die PDPK1

4. PDPK1 und mTORC-Kinase müssen beide an membranlokalisierte Akt-Kinase phosphorylieren

5. Akt inhibiert GSK3ß (WW mit Wnt), sodass der proliferationsfördernde TF Myc (Onkogen) akkumulieren kann + TF werden aktiviert, welche Zellmigration und Adhäsion vermittel

1. PLCgamma löt IP3 von Membran und setzt DAG frei

2. IP3 öffnet Ca2+ Kanäle

3. erhöhte Ca2+ Konzentration und DAG aktivieren Protein Kinase C

4. Protein Kinase C phosphoryliert und inhibiert GSK3ß (Wnt) und fördert Zelldifferenzierung

5. erhöhte Ca2+ Konzentration aktiviert Ca2+ Regulierte Proteine wie Calmodulin und CaM-Kinase II -> vermittelt Umbau des Zytoskeletts

1. aktivierter Fgf-Rezeptor rekrutiert Janus-Kinase (JAK) als Rezeptor-gekoppelte Tyrosinkinase

2. JAK phosphoryliert intrazelluläre Rezeptordomäne

3. Stat kann binden und wird selbst phosphoryliert

4. aktivierte phosphorylierte Stat-Proteine bilden Homo-und Heterodimere und translozieren in Kern

5. wirken dort als DNA-bindende TF und exprimieren

Überleben von Zellen, Zellteilung von Blutzellen, stimuliert Inflammation, Zelldifferenzieruung

• Wacstum von knochen

• Auswachsen der Gliedmaßen

• Regulierung der Bildung von Synapsen

• Differenzierung von dopaminergen Neuronen

• Austreiben von Axonen

• Regeneration

• IGF1 agiert NICHT bevorzugt lokal (FGF schon), sondern wirkt als Hormon

• IGF1 von AS Sequenz und Struktur sehr ähnlich zu Insulin, kann daher auch Insulinrezeptor binden

• es gibt nur IGF1 und IGF2

• IGF1 wird sehr stark reguliert durch Bindung

• GHRH Hormon wird vom Hypthalamus freigesetzt und stimuliert Hypophyse zur Freisetzung von GH Hormon

• Gh gelangt über Blutkreisauf in Leber (Hauptsyntheseort von IGF1)

• wirkt endokrin als Hormon

• IGF-1R (höchste Affinität)

• IGF-2R

• Insulin-Rezeptor (niedrige Affinität)

• wird als lange durchgängige Peptidkette synthetisiert

• extrazelluläre Domäne wird dann proteolytiisch gespalten

• am Ende 2 Peptidketten, die über Disulfidbrücke verknüpft sind

• 2 der Transmembranmoleküle bilden dann ein homodimer, dass auch über Disulfidbrücken stabilisiert wird

• intrazelluläre Domäne ist Tyrosinkinase

• intrazelluläre Tyrosinkinasedomäne braucht Autophosphorylierung, um stärker aktiv zu sein

• im Ruhezustand ww die extrazellulären Domänen der beiden IGF1R Moleküle, sodass L1 und Fn2 Domänen Kontakt haben

• diese Interaktion hält Tyrosinkinasedomänen auf Abstand, sodass Kreuzphosphorylierung vemieden wird

• bei Entfernung der L1 Domäne erhält man konstitutiv aktiven rezeptor

1. IGF1 Ligand bindet asymmetrisch am L1-Domäne des Rezeptors, so dass WW mit L1-Fn2 aufgehoben wird

2. Kreuzphosphorylierung und Aktivierung

mehrere Möglichkeiten:

• aktiviert Ras-raf Signalweg

• starker Aktivator für Akt-Kinase -> Unterdrückt Apoptose

• Stimulation des zentralen Körperwachstums (anabole Wirkung)

• Unterdrückung von Apoptose

• vermehrte Zellproliferation