Траєкторія сигналу, спричинена фактором росту
Продовження від Ras:(Ras активація - див. попередню лекцію)
Додатки: Сос має базову активність - тому ви можете активувати її відразу, коли наблизитесь до Рас. Значення активації Ras:
Роль Рас
Шлях сигналу від мембрани до мембрани - Ras як таймер працює, активується шляхом зв'язування GTP, потім гідролізує GTP з білками GAP (до ВВП та неорганічного фосфату) за кілька хвилин, а потім вимикає його. Часовий хід траєкторії сигналу зростання визначається Ras.
Структура Ras
Ефекторний домен, область зв'язування ВВП/GTP розсіяна в білку Ras, існує мембранна послідовність націлювання (ковалентно зв'язується з мембраною шляхом зв'язування жирних кислот - за її відсутності вона повністю втрачає свою біологічну активність).
В результаті зв'язування з GTP шлях зв'язування ефекторного білка з ефекторним білком продовжується.
Ефекторні білки Ras
Найважливіші: Raf серин-треонінкіназа та PI3-кіназа 110 кДа субодиниця.
Каскад розпочав Раф: Каскад кіназ MAP. Шлях: Raf - MEK - MAP кіназа.
Raf зв’язується з GTP-зв’язаним, локалізованим мембраною ефекторним доменом Ras, і пов’язаний з білком медсестри Hsp90 (активація не з’ясована повністю). Активований Raf потрапляє в цитозоль, фосфорилюючи МЕК, який у вигляді змішаної кінази фосфорилює треонін і тирозин, близькі до MAP кінази. Деякі MAP-кінази фосфорилюють рибосомну субодиницю S-6 і посилюють транскрипцію білка, а при вступі в ядро фосфорилюють фактори транскрипції, що, в свою чергу, запускає процеси транскрипції.
MAP-кіназа-фосфорильований транскрипційний фактор (SRE) складається з трьох одиниць: 2 SRF (коефіцієнт відповіді сироватки крові), третя частина: TCF (потрійний комплексний фактор). Фосфорилюючи, вони активують транскрипцію цільового гена.
Значення Рафа
Його механізм активації не з’ясований до кінця - але його роль помітна: тут часто відкриваються сигнальні шляхи.
Вони працюють з рецептором, який не має активності тирозинкінази, але сигнальний шлях пов'язаний з активністю тирозинкінази.
Цитокіни загалом
Для факторів росту вони схожі за своєю функцією, але це обманюється. вони діють на різні клітини-мішені, і їх рецептори не мають незалежної активності тирозинкінази, але вони призводять до активації розчинної ТЗ (взаємозв'язок рецептор-ТЗ відрізняється).
Сигнальний шлях цитокінів
Ліганд (відповідний цитокін) - специфічна рецепторна субодиниця + загальна рецепторна субодиниця (кілька специфічних рецепторних субодиниць можуть зв’язуватися з нею, визначаючи зв'язування ліганду), з якою зв'язується розчинний ТЗ, який при активації фосфорилює (і зазвичай активує) фактор транскрипції.
JAK тирозинкінази: Кіназа з обличчям до Януса (домен кінази + псевдокіназа - нефункціональний, "кіназоподібний" домен, домен SH2, домен FERM - область, що з'єднується з плазматичною мембраною та цитоскелетом)
СТАТ білки: перетворювачі сигналу та активатори транскрипції - вони несуть шлях сигналу і діють як фактор транскрипції. Зв'язування ДНК, SH2, трансактивуючий домен. Після активації інший домен SH2 зв'язується з фосфатом домену трансактивації і делокалізується до димерного ядра.
Сигнальний шлях ІЛ-4
IL-4 зв'язується з димером рецептора, зв'язується з обома - активація JAK1 (JAK3), фосфорилювання STAT6, димеризація, транслокація ядер.
Специфічність сигнальних шляхів забезпечується білками IL і STAT, прив'язаними до даного сигнального шляху, а фактори транскрипції мають специфічні консенсусні послідовності для зв'язування ДНК.
Інсулін є одним з найважливіших регуляторних гормонів у загальному обміні речовин, а також важливий фактор росту.
Приклад: Фетальна мати з високим рівнем цукру в крові реагує на підвищену секрецію плоду інсуліну - високий рівень інсуліну разом з інсуліноподібним фактором росту спричиняють величезне збільшення.
Сигнальний шлях інсуліну
Рецептор інсуліну має чотири одиночних - 2 альфа-ланцюга, наприклад, 2 трансмембранні домени бета-ланцюга. Рецептор також утворює гетеротетрамер в основному стані, подальше зв'язування рецептора не потрібно. Бета-ланцюги перехресно фосфорилюють один одного на бічних ланцюгах тирозину, щоб зв’язати інсулін. Білки можуть зв'язуватися з фосфотирозинами, але біологічний ефект є білки субстрату рецептора інсуліну в основному беруть участь - рецептори фосфорилює білок IRS-1 (субстрат рецептора інсуліну). Фосфорильований IRS-1 стикує різні білки (стикування білка - "Порт", на відміну від каркасного білка, може зв'язуватися лише після фосфорилювання на тирозині).
За відсутності IRS траєкторія сигналу не працює або лише дуже погано працює. У експерименті з нокаутом (дефіцитом генів) на мишах після знищення гена IRS-1 миші втрачають вагу, толерантність до глюкози знижується, а інсулінорезистентність розвивається пізніше - симптоми вказують на діабет. Життєздатність мишей можна пояснити наявністю ізоформ IRS-2 та IRS-3 та деяким ступенем компенсаторного ефекту.
Регулювання транспортера GLUT4
Ліпідні продукти PI3-кінази (PI-3,4,5 trisP) з’являються в ендоплазматичній сітці, активуючи тим самим PDK1, а потім PKCλ. Транспортери GLUT4 сидять у мембрані Гольджі, поруч з якими є інгібуючі речовини, що належать до дрібних мономерних білків G. Rab4 білок виявлений - він фосфорилюється PKCλ, фосфорилювання розщеплює Rab4, інгібуючий ефект зникає, везикули прикріплюються, транспортери GLUT4 потрапляють у мембрану. Коли інсуліновий сигнал розпадається, рецептори рециркулюють.
Регуляція синтезу глікогену
Глюкоза, що надходить у клітину печінки, активується до UDP-глюкози, яка може вбудовуватися в глікоген за допомогою глікоген-синтетази. Глікогенфосфорилаза розщеплює глікоген до глюкози-1-Р.
Активність ферментів визначається співвідношенням інсулін/глюкагон - глюкагон підвищує рівень цАМФ, він активує фермент, фосфорилюючи глікогенсинтетазу PKA - GSK3 він вже може фосфорилювати попередньо фосфорильовану глікогенсинтетазу (глікогенсинтетаза кіназа 3 активна, але дефосфорильована GS не є субстратом), подвійний фосфорильований GS вже є субстратом для фосфорилази. PP1G розщеплює два фосфати, таким чином повністю дезактивуючи.
Активність інсуліну: Ліпідні продукти PI3-кінази також містяться в клітинній мембрані - PDK1 зв’язується з мембраною, активує зв’язаний з мембраною PKB, що призводить до фосфорилювання GSK3, який інгібує цей фермент - отже, він не фосфорилює активну глікоген-синтетазу, таким чином він не інактивований. Інгібітори GSK3 можуть покращити стан пацієнта при цукровому діабеті, оскільки такий інгібітор знижує рівень цукру в крові.
Цукровий діабет
"Солодка сеча" - це захворювання, яке характеризується відносною або абсолютною нестачею інсуліну. Відомі два типи: тип I («неповнолітній»), стан, що підтримується інсулінотерапією, тип II. тип («старість») - лікується дієтою, фізичними вправами, пероральними антидіабетиками та, зрештою, інсуліном.
Діабет, викликаний вагітністю: гормональні зміни порушують вуглеводний обмін, післяпологові захворювання.
Зниження толерантності до глюкози: передпокій діабету.
Точні причини інсулінорезистентності невідомі - навіть за наявності інсуліну вживання глюкози чутливими до інсуліну тканинами (м’язовою та жировою тканинами) обмежене. Причинами можуть бути: генетичний фон, ожиріння - кількість рецепторів інсуліну жирової тканини різко зростає (залишається пропорційним), посилення деградації IRS
Тест на толерантність до глюкози
Фізіологічний рівень глюкози в крові: 3,5-5,5 мМ
Пацієнт має 100 г або 1 г/кг глюкози - через дві години початковий рівень цукру в крові повинен повернутися, і навіть розвивається легка гіпоглікемія, яка незабаром повертається до початкового рівня. У разі зниження толерантності до глюкози пацієнт починає з нормального рівня цукру в крові, але через дві години рівень цукру в крові залишається вищим (7-8 мМ). Дослідження починається з більш високого рівня голодування при цукровому діабеті та дуже високого рівня цукру в крові через дві години.
Концепція інсулінорезистентності
Рівень IRS-1 підвищується у резистентних до інсуліну пацієнтів - тим самим зменшуючи передачу сигналів про інсулін.