si nyal transd üksiyonu n i i hücreler arası İletişim 2 (sinyal İletimi 2)

Sinyal Transdüksiyonun II

Hücreler Arası İletişim 2(Sinyal İletimi 2)

Yrd. Doç. Dr. İzzet YELKOVANMart 2006

SİVAS

• MAPK Pathway’leri Yoluyla Sinyal Transdüksiyonu

• Protein- Protein Etkileşimleri

• Protein Kinaz Cascade’leri

Mitojenik Pathway’ler ÜzerindenSinyal Transdüksiyonu

• Organizmalardaki hücreler proliferasyon için hücre dışından (extrasellular) çeşitli uyarımlar alırlar.

• Sinyal transdüksiyonu extrasellüler uyarımların özgül hücresel yanıtlara dönüşmesini sağlayan

(protein-protein etkileşimleri ve foforilasyonlar) hücre içi olayların tümüdür.

• Mitojen-Aktiveli Protein Kinaz (MAPK) cascade’lerien iyi bilinen mitojenik pathway’dir ve mitojenik

uyarım ve strese yanıt sinyali oluşumuna katılırlar.

MAPK sinyal iletim pathway’leri

• RAS-aktiveli MAPK pathway:

RAS-RAF-MEK-MAPK

Hücre yüzeyindeki PTK reseptöründen nükleer transkripsiyona kadar tam bir sinyal ulaştırma cascade’indeki basamakların hepsinin yeri ve bileşenleri bilinmektedir.

• Büyüme uyarımlarının çoğu MAPK’ı aktive eden kinaz cascade’i üzerinde birleşirler.

ERK1 ve ERK2 de denir.(Extrasellular Sinyal-Regülasyonlu Kinaz 1 ve 2).

• MAPK aktive edildikten sonra çekirdeğe girer ve derhal erken genlerin transkripsiyonunu indükler (e.g. MYC).

MAPK sinyal iletim pathway’leri

• RAS-RAF-MEK-MAPK pathway’i “MAPK pathway” leri olarak bilinenlere sadece bir örnek olduğu unutulmamalıdır.

• Diğer iki memeli MAPK pathway’i (JNK1 ve p38), strese yanıt oluşumuna katılırlar.

MAPK sinyal iletim pathway’leri

RAS-RAF-MEK-MAPK

• Ligand reseptör PTK’ya bağlanır

• Ligand reseptör PTK’ya bağlanır

• Tirozinin otofosforilasyonu

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

• Ligand reseptör PTK’ya bağlanır

• Tirozinin otofosforilasyonu

• GRB2 (SH 2- ve SH 3- içeren protein) fosfotirozin reseptöre SH 2 domaini Y-V/L-N-X motifi aracılığı ile bağlanır.

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

SH2 SH

3

GRB2

SOS

• Ligand reseptör PTK’ya bağlanır

• Tirozinin otofosforilasyonu

• GRB 2 (SH 2- ve SH 3- içeren protein) fosfotirozin reseptöre SH 2 domaini Y-V/L-N-X motifi aracılığı ile bağlanır.

• GRB 2’nin SH 3’ü SOS’un prolince zengin C- terminal dizisine bağlanır.

SOS (RAS için guanin nükleotid değişim faktörü).

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS-RAF-MEK-MAPK

• Membrandaki RAS, SOS’a yaklaşır.

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GDP

RAS-RAF-MEK-MAPK

• RAS GDP’nin GTP’ye dönüşümü ile aktive edilir.

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

GDPGTPRAS

RAS-RAF-MEK-MAPK

• RAS-GTP, RAF’ın N-terminalinde yer alan regülatör bölgesi ile etkileşir, böylece RAF’ın membran yerleşimini ve konformasyonel değişimini sağlayarak çalıştırır.

RAF (serin/treonin protein kinaz),

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

• RAF’ın aktivasyonu

Membran yerleşimi ve konformasyon değişimi RAS-GTP tarafından yapılır.

RAF’ın fosforilasyonuna ve skaffold protein 14-3-3’e bağlanmasına neden olur.

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

RAS-RAF-MEK-MAPK

• RAF’ın aktivasyonu

Membran yerleşimi ve konformasyon değişimi RAS-GTP tarafından yapılır.

RAF’ın fosforilasyonuna ve skaffold protein 14-3-3’e bağlanmasına neden olur.

14-3-3

• Aktif RAF MEK’i aktive eder.

MEK’e MAPK kinaz da denir;ikili özgüllüğü olan

kinazdırİki serininden fosforlanır P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

• Aktif RAF MEK’i aktive eder.

MEK’e MAPK kinaz da denir;ikili özgüllüğü olan

kinazdırİki serininden fosforlanır

14-3-3

• Aktif MEK de MAPK’ı aktive eder

MAPK bir serin /treonin protein kinazdır Treonin ve tirosin amino asitlerinden fosforlanır

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

• Aktif MEK de MAPK’ı aktive eder

MAPK bir serin /treonin protein kinazdır Treonin ve tirosin amino asitlerinden fosforlanır

14-3-3

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P PSubstratlar

Substratlar

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

•Aktif MAPK ayrıca nüklear transkripsiyon faktörleri fosforladığı çekirdeğe girer;

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

Substratlar

RAS-RAF-MEK-MAPK

MAPK

P P

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

Substratlar

RAS-RAF-MEK-MAPK

MAPK

P P

MAPK

P P

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

•Aktif MAPK ayrıca nüklear transkripsiyon faktörleri fosforladığı çekirdeğe girer;

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

Substratlar

RAS-RAF-MEK-MAPK

MAPK

P P

MAPK

P P

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

•Aktif MAPK ayrıca nüklear transkripsiyon faktörleri fosforladığı çekirdeğe girer;

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

Substratlar

RAS-RAF-MEK-MAPK

MAPK

P P

MAPK

P P

P

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

•Aktif MAPK ayrıca nüklear transkripsiyon faktörleri fosforladığı çekirdeğe girer;

14-3-3

• Aktif MAPK hücre zarı ve sitoplazmadaki substratlarını fosforlar;

•Aktif MAPK ayrıca nüklear transkripsiyon faktörleri fosforladığı çekirdeğe girer;

Hücre proliferasyonunda önemli genlerin transkripsiyonu

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

SubstratlarMAPK

P P

MAPK

P P

P

14-3-3

• Bileşenlerin ayrıntılı bilgileri

P

P

P

P SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

Substratlar P

MAPK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

GRB224 kDa’luk adaptör molekül.

İki SH 3 domaini arasında bir SH 2 domaini bulunur.

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

GRB2• GRB2’nin SH2’i çok sayıda PTK reseptörünün fosfotirozinine bağlanır: EGFPDGFCSF-1 koloni-stimüle faktörü-1SCF stem hücre faktörü

Hepsi de RAS pathway’nin aktivasyonuna yol açarlar.

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

P

P

P

P

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

SOS• 180 kDa’luk bir protein

- RAS için guanin nukleotid değişim faktörü;- GTP-bağlı aktif RAS’ın oluşumunu stimüle eder.

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

SOS• DBL onkogen ailesindendir

(14 üyeli)

Çoğu, hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesine (reorganizasyon) katılan RHO ailesi proteinleri aktive eder.

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

SOS

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

RAS• 21 kDa’luk bir GTPaz proteini.

• Özel bir G protein monomeri

• GTP-bağlı formu: aktif GDP-bağlı formu: inaktif

• İlk kez bazı retroviruslarda (rat sacroma) onkogen olarak tanımlanmıştır

• Çeşitli insan tümörlerinde aktive edilmiş haldedirler.

• Onkogenik formlarıda sık sık nokta mutasyonlarına raslanır.

P

P

P

P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

RAF• RAF serin/treonin protein

kinaz

• RAF MAPK kinaz kinaz (MAPKKK)

• Aktivitesindeki değişmeler (artış) hücreleri transforme edebilir.

• Fosforlanmış Ser621 aracılığı ile skaffold protein 14-3-3 ailesi ile etkileşirler.

• Aktivasyonu için hem 14-3-3 hem de RAS gereklidir

P

P

P

P

SOS

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3

SH2 SH

3

GRB2

RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK

P P

P

P

P

P

SOS

RAF• RAS, RAF’ı membrana çeker.

• RAF’ın membranı hedeflemesi tam aktivasyonu için gereklidir.

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3RAS GTP

RAF

MEK

P P

MEK• MAPK kinaz (MAPKK) olarak da bilinir.• Aktive RAF, Ser218 ve Ser222 pozisyonlarından fosforile eder.• Bu serin pozisyonlarında yer değiştirme (glutamik asit ya da aspartik asit) ile sonuçlanan bir mutasyon olursa MAPK aktivasyonu mitogenitehücresel transformasyon.

PP

P SH2 SH

3

GRB2P

SOS

MAPK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3RAS GTP

RAF

MEK

P P

PP

P SH2 SH

3

GRB2P

SOS

MAPK

P P

MEK• Keşfedilen ilk gerçek ikili özgül kinazdır (dual-

specificity).

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3RAS GTP

RAF

MEK

P P

MAPK• ERK’in 5 izoformu tanımlanmıştır, ancak ERK1 ve ERK2 en çok çalışılanlardır. PP

P SH2 SH

3

GRB2P

SOS

MAPK

P P

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3RAS GTP

RAF

MEK

P P

PP

P SH2 SH

3

GRB2P

SOS

MAPK

P P

MAPK• MAPK aktivasyonu bifaziktir: 5-10 dk içinde bir geçici pik ve birkaç saat süren güçlü bir yapar.

• Farklı aktivasyon kinetikleri Farklı hücresel yanıt

RAS-RAF-MEK-MAPK

14-3-3RAS GTP

RAF

MEK

P P

PP

P SH2 SH

3

GRB2P

SOS

MAPK

P P

MAPK• İnaktivasyonu birkaç fosfataz tarafından yapılır:

- PP2A serin/treonin fosfataz- MKP1 İkili özgül fosfataz

(PAC ile ilişkili)- PTP1 (tirosin fosfataz feedback’inde işe karışır

RAS-RAF-MEK-MAPK

MKP1: MAPK fosfataz 1

• P-X-S/T-P motifini fosforile eder.

• Sitoplazmada, negatif feedback loop’undaki upstream bileşenlerini fosforlar.

• SOS, RAF ve MEK’i fosforlar MAP kinaz pathway’i inhibe olur.

• Çekirdekte, çok sayıda transkripsiyonel faktörü fosforile eder (ör; Elk1) transkripsiyon artar (c-Fos mRNA).

• MAPK’nın bilinmeyen birçok substratının olduğu sanılıyor.

MAPK’ın Substratları:

JNK Pathway’i

Generikpathway

ERK/MAPkinaz pathway

JNK/SAPKpathway

p38pathway

Generikpathway

ERK/MAPkinase pathway

JNK/SAPKpathway

p38pathway

Stres yanıtlarıProliferasyon/farklılaşma

Generikpathway

MAPKKK

MAPKK

MAPK

ERK/MAPkinase pathway

RAF1

MEK1,2

ERK1,2

RAS

GRB2/SOS

Reseptör PTK

JNK/SAPKpathway

RAC/CDC42

MEKK1-3

MEK4

JNK/SAPK

TAK

MEK3,6

p38

p38pathway

PAK

Proliferasyon/farklılaşma Stres yanıtları

JNK pathway’i

• Siklohekzimid tedavisi, UV ışınları, ısı şoku, ya da TNF- tedavisi gibi hücre dışı streslere karşı yanıtta, JNK’lar olarak bilinen MAPK benzeri bir aile aktive olur.

•JNK’lara Stres-Aktiveli Protein Kinaz SAPK da denir.

JNK pathway’i

• RAC1 ve CDC42 RHO ailesinin (GTP-bağlayan proteinler) iki üyesidir.

RAC1/CDC42 GTP

• RAC1 ayrıca RAS tarafından aktive edilebilir (zira PTK reseptörü bazen JNK’nın aktive edilmesine katkı sağlar (minor pathway).

• RAC1 ve CDC42 çoğunlukla activated by stres ile aktive olur, RAS’dan bağımsızdır.

STRES

JNK pathway’i

• RAC1 ve CDC42’nin GTP-bağlı formları;serin/treonin protein kinaz, PAK,PKN,PtdIns kinazlarına bağlanır ve aktive eder.

RAC1/CDC42 GTP

STRES

PAK

PAK: p21-aktiveli protein kinazPKN: protein kinaz NPtdIns kinaz: fosfatidilinositol kinaz

JNK pathway’i STRES

PAK

RAC1/CDC42 GTP

• RAC1 ve CDC42’nin GTP-bağlı formları;serin/treonin protein kinaz, PAK,PKN,PtdIns kinazlarına bağlanır ve aktive eder.

PAK: p21-aktiveli protein kinazPKN: protein kinaz NPtdIns kinaz: fosfatidilinositol kinaz

JNK pathway’i

• Bu kinazlar MEKK1-3 fosforile ve aktive ederler.

STRES

PAK

MEKK1-3P P

RAC1/CDC42 GTP

JNK pathway’i STRES

PAK

MEKK1-3P P

RAC1/CDC42 GTP

• Bu kinazlar MEKK1-3 fosforile ve aktive ederler.

JNK pathway’i STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

RAC1/CDC42 GTP

• MEKK1-3 ise MEK4’ü fosforile ve aktive eder(JNKK da denir).

JNK pathway’i STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

RAC1/CDC42 GTP

• MEKK1-3 ise MEK4’ü fosforile ve aktive eder(JNKK da denir).

JNK pathway’i

• MEK4 JNK’yı ERK’dekine benzer şekilde iki yerden fosforlar.

T-P-Y amino asit dizisi

STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

JNKP P

RAC1/CDC42 GTP

JNK pathway’i STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

JNKP P

RAC1/CDC42 GTP

• MEK4 JNK’yı ERK’dekine benzer şekilde iki yerden fosforlar.

T-P-Y amino asit dizisi

JNK pathway’i

• JNK çekirdeğe transloke olur transkripsiyonel faktör c-JUN N-terminalinden (Ser63 ve Ser73) fosforilasyon

STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

JNKP P

c-JUNP

RAC1/CDC42 GTP

JNK pathway’i

• JNK çekirdeğe transloke olur transkripsiyonel faktör c-JUN N-terminalinden (Ser63 ve Ser73) fosforilasyon

c-JUN tarafından transkripsiyonun aktivasyonu

Rac1/Cdc42 GTP

STRES

PAK

MEKK1-3P P

MEK4P P

JNKP P

c-JUNP

Rac1/Cdc42 GTP

STRES

PAKMEKK1-3P P

14-3-3P

P

P

P SH2 SH

3

Grb2

Sos

Ras GTP

Raf

MEK4P P

MEK

P P

JNKP P

MAPK

P P

MAP kinaz pathway’lerinin Özgüllüğü

• Hücrelere mitojenik ajanlar uygulandığında (GF gibi),MAPK (ERK) güçlü bir şekilde aktive olur, fakat JNK aktivasyonu zayıftır.

• Hücreler strese uğradıklarında, JNK akrive olur, ancak MAPK (ERK) sadece zayıf bir şekilde aktive olur.

• Yani JNK ve MAPK pathway’leri biyolojik olarak farklıdır. Ancak bazı ortak noktalar ve ilintilendirilmiş işlevleri vardır.

• Memeli hücrelerinde en azından 5 paralel MAP kinase pathway’i vardır.

• Skaffold proteinler ile çalışırlar.

MAP kinaz pathway’lerinin Özgüllüğü

MAPKKK

MAPKK

MAPK

Skaffold protein A

MAPKKK

MAPK

MAPKKSkaffold protein B

MAP kinaz pathway’lerinin Özgüllüğü

İzzet YELKOVANDepartment of Medical BiologyFaculty of Medicine inCumhuriyet UniversitySİVASTURKIYE

yelkovan@cumhuriyet.edu.tr