04.1_Hormon-Rezeptoren_GPCR; RTK

• G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR)

• Rezeptortyrosinkinase-Rezeptoren (RTK)

• Rezeptor-Guanylatcyclasen

• Gesteuerte Ionenkanäle

• Kernrezeptoren

• ein externer Ligand bindet an den Rezeptor

  —> dadurch wird ein intrazelluläres GTP-bindendes Protein aktiviert —> reguliert ein Enzym

• das Enzym erzeugt dann einen intrazellulären Second Messenger

• 7 Transmembran-Helices („7TM-Proteine“)

• Cytosolische Seite bindet G-Protein

• „G-Protein“ = GTP bindendes Protein

  (meist Trimer mit α-, β- und γ Untereinheit, α-Untereinheit mit GDP / GTP)

• Bei Bindung eines Liganden am Rezeptor wird die α-Untereinheit freigesetzt

• Die freie α-Untereinheit des G-Proteins aktiviert (oder hemmt) ein Zielenzym

  • Zielenzyme produzieren sekundäre Botenstoffe

G-Proteine werden durch regulatorische Proteine (GAP/RGS/GEF) gesteuert:

• GAP: GTPase aktivierende Proteine (Effektoren)

  • beschleunigt die Inaktivierung des G-Proteins und begrenzt dadurch die Wirkdauer

• RGS: Regulators of G-protein signaling (binden häufig an GAP)

• GEF: Guanin nucleotid exchange factor ( kann Teil des GPCR oder mit GPCR assoziiert sein)

  • Durch die WW mit dem GEF kann GDP schneller gegen GTP ausgetauscht werden —> G-Protein schneller aktiviert

• Permanente Aktivierung des G-Proteins durch das Cholera-Toxin

• Permanente Aktivierung der Adenylatcyclase durch Hemmung der inhibitorischen G-Protein-UE

• Bindung der ADP-Ribose-Einheit an Arg der GsAlpha.Untereinheit.

  • keine Hydrolyse von GTP

  • permanente Aktivierung der Adenylatcyclase

• Anstieg der cAMP-Konzentration auf ca. das Hundertfache des Normalwertes:

  • Freisetzung großer Mengen von Verdauungsflüssigkeit aus den Darmepithelzellen durch cAMP-Wirkung auf Ionenkanäle

Petussis-Toxin (Bordetella pertussis):

• Katalysiert die Übertragung Ribosylrestes des ADP Ribosyl auf das GiAlpha Protein und stört damit die Hemmung der Adenylatcyclase

β2-adrenerge Rezeptoren:

• aktivieren den Adenylatcyclase/cAMP-Weg und führen zu einer Dilatation der glatten Muskelzellen in Bronchien und im Uterus und in Gefäßmuskelzellen.

α1-adrenerge Rezeptoren:

• aktivieren den PLC-Weg und den Ca2+-Calmodulinweg und führen zu einer Konstriktion der glatten Muskelzellen in Bronchien und im Uterus und in Gefäßmuskelzellen.

V1-Vasopressinrezeptoren:

• aktivieren den PLC-Weg und den Ca2+- Calmodulinweg und wirken wie α1-adrenerge Rezeptoren

V2-Vasopressinrezeptoren:

• aktivieren den Adenylatcyclase/cAMP-Weg und führen zum Einbau von Aquaporinen (Wasserkanälen in den Tubuluszellen der Niere und fördern die Wasserrückresorption)

H1-Histaminrezeptoren:

• aktivieren den PLC-Weg und führen aktivieren allergische Reaktionen

H2-Histaminrezeptoren:

• aktivieren den Adenylatcyclase/cAMP-Weg und führen zur Magensäureausschüttung.

α1-adrenerge Rezeptoren:

• hemmen die Adenylatcyclase oder stimulieren die PLC

α2-adrenerge Rezeptoren:

• hemmen die Adenylatcyclase und in bestimmten Zellen die Calzium-Ionen-Freisetzung

β-adrenerge Rezeptoren:

• stimulieren die Adenylatcyclase

Relaxation glatter Muskelzellen durch Adrenalin:

• Kaffee wirkt bei Astma entspannend auf die Bronchialmuskulatur

Rezeptor-Tyrosin-Kinase:

• Ligandenbindung löst durch Autophosphorylierung die Aktivität der Tyrosin-Kinase aus

• es gibt eine Vielzahl von RTL-Typen

• üblicherweise monomere Transmembranproteine mit vielen unterschiedlichen Domänen

• bei Ligandenbindung lagern sich die Monomere zu Dimeren zusammen

• bei Dimerisierung werden die intrazellulären Tyrosinkinasedomänen durch Autophosphorylierung aktiviert

• Ausnahme: Der Insulinrezeptor ist eine RTK, die schon dimerisiert vorliegt!

• RTKs aktivieren Zielproteine durch Phosphorylierung

• Zielproteine binden über SH2-Domänen an die phosphorylierten Tyrosinreste der intrazellulären Domänen und werden durch Phosphorylierung aktiviert

RTK-aktivierte Signalwege:

• Phospholipase C (PLCy)-Weg

• Phosphoinositolphosphat-Kinase (PI3K)-Weg

• Mitogen-aktivierte Protein Kinase (MAPK)-Weg

RTK-aktivierte Adaptormoleküle:

• RTK-aktivierte Signalkaskaden werden teilweise über Adaptormoleküle aktiviert, die das Signal weiterleiten

• Adaptormoleküle verfügen dabei über besondere Bindungsdomänen:

  • Proteine mit SH2-Domänen (Beispiel: PLCy):

    Binden an phosphorylierte Tyrosinreste

  • Proteine mit PTB-Domänen (Beispiel: IRS-1):

    Binden an phosphorylierte Tyrosinreste

  • Proteine mit SH3-Domänen (Beispiel: Grb2)

    Binden an Prolin-reiche Sequenzen

  • GEF-Proteine (Beispiel: SOS): Bindet an G-Proteine

  • Besondere G-Proteine (Beispiel: Ras):

    Aktivieren weitere Effektoren 35 (Beispiel: Raf)

Insulin-Rezeptor-Substat 1(IRS-1)vermittelt die Insulinwirkung:

• IRS-1 besitzt eine Region mit verschiedenen Effektorbindestellen (effector binding sites)

• Je nachdem, welcher Effektor in der betreffenden Zelle vorhanden ist, können verschiedene Signalwege aktiviert (Grb2; PI3K) oder gehemmt (SHP2) werden.

—> je nach Zelle passieren bei Insulin-Bindung unterschiedliche Dinge

PIK3K = Phosphoinositolphosphat-Kinase

• Die PKB oder AKT ist eine Schlüsselpunkt-Kinase, die bei einer Vielzahl von Signalwegen eine zentrale Rolle spielt

Beispiel PKB (AKT) Wirkung in Hepatozyten:

• Aktivierung der Glykogensynthese und Einbau neuer Insulin abhängiger Glukosetransporter (Glut4) in die Membran

• Hemmung der Glukagonwirkung (Freisetzung von Glukose durch Aktivierung des Adenylatcylase/cAMP-Weges) zugunsten der Insulinwirkung

3 Effekte von Insulin:

1. Fördert Glycogensynthese

2. stellt cAMP-Signal ab

3. Bewirkt Einbau von GLUT4 Transportern in die Membran

• Rab ist ein kleines G-Protein in der Vesikelmembran

• AS 160 ist ein GAP-Protein, dass die Inaktivierung von Ra beschleunigt

PKB (AKT)-Signaling:

• Beispiele für die komlexe Schlüsselfunktion von AKT

• PKB (AKT)-Signalwege besitzen Regulationsmechanismen, die eine andauernde Aktivierung verhindern

• Ein andauernde PKB (AKT)-Aktivierung fördert die Tumorgenese.