(2015-2016) Sinyal İletim Mekanizmaları

Prof.Dr.HamdiÖĞÜŞ
[email protected]
YakınDoğuÜniversitesiTıpFakültesi
BiyokimyaAnabilimDalı,LeJoşa,KKTC
Dersplanı
1.  SinyalilePmi(signaltransducPon)nedir?
2.  SinyalilePminingenelözellikleri
Özgüllük,Duyarlılık,Çoğaltma,Duyarsızlaş6rmauyum,Bütünleşme
3.  SinyalilePmimekanizmaları–sınıflandırma
4.  Kapılıiyonkanalları
5.  G-protein-kenetlireseptörler
6.  Reseptörenzimler
7.  EnzimakPvitesiolmayanreseptörler
8.  Nükleerreseptörler
SinyalilePmi(signaltransduc?on)
•  Birhaberinkimyasalbirdeğişikliğeçevrilmesidir.
–  Yaşamiçintemeldir.
–  Yaşayanbütünhücrelerdeevrenselözelliklere
sahip?r.
•  Sinyal,özgülreseptörlertaraLndanalgılananbir
bilgidirvedaimakimyasalbirişlemikullanan
hücreselbiryanıtadönüştürülür.
Haberleşmenin
aşamaları
1.  Alma
Birincilhabercinin
reseptörebağlanması
2. TransducPon(Evirme?)
-İkincilhabercininoluşumu
-Ak?vasyonzinciri
3.  Yanıt
-  İyontransportu
-  Proteinmodifikasyonu
-  Geneekspresyonu
Hücrelerinyanıtverdiğibazısinyaller
• An?jenler
• Işık
• Gelişimsinyalleri
• Mekaniktemas
• Büyümefaktörleri
• NörotransmiWerler
• Hormonlar
• Besinmaddeleri
•  Ekstrasellülermatriks • Kokulumaddeler
bileşenleri
• Tatverenmaddeler • Feromonlar
• Hücreyüzeyiglikoproteinleri/oligosakkaridler
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
•  Özgüllük
Sinyalmolekülleriilereseptörlerarasındakesinbir
tamamlayıcılıkvardır(non-kovalanetkileşme)
•  Duyarlılık
Sinyalmolekülünekarşıreseptörleryüksekafinite
gösterirler.
•  Yükseltme(Amplifica?on)
Reseptöryanı6nşidde?ardışıkişlemlerlear6rılır.
•  Duyarsızlaşma–Uyarlama
•  Bütünleşme(Integra?on)
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Özgüllük(specificity)
Sinyalmolekülütamamlayıcı
reseptörünbağlanmabölgesine
tamuyumgösterir,diğer
molekülleruymaz.
Çokhücreliorganizmalardaekbir
özgüllükdahavardır,çünküsinyale
yanıtverenreseptöryadabirsinyal
yolağınınhücreiçihedefleriyalnız
belirlihücrelerdebulunur.
Reseptör
Etki
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Güçlendirme
(amplifica?on)
Enzimlerenzimleri
ak?vee`ğinde
etkilenenmolekül
sayısıgeometrik
olarakartar.
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Duyarsızlaşma-Uyarlama
(desensi?za?on-adapta?on)
Reseptörak?vasyonu,reseptörü
devredışıbırakanyadahücre
yüzeyindenkaldıranbirgeri
beslemedevresinite?kler.
Birsinyalsürekliolarakvarsa,
reseptörkapanır(desensiPzasyon).
Dahasonra,uyarıbelirlibireşiğin
al6naindiğindesöstemyeniden
duyarlıhalegeçer(adaptasyon).
Sinyal
Reseptör
Yanıt
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Bütünleşme(integra?on)
Sinyal 1 Sinyal 2
Birmetaboliközellik,
örneğinbirikincihaberci
Reseptör Reseptör
(X)yadazarpotansiyeli
1
2
(Vm)üzerindezıtetkiliiki
sinyalvarsa,düzenleyici
çıkışherikireseptöre
gelengirişsinyalinin
integrasyonuile
Yanıt
sonuçlanır.
Entegrasyon, sistemin çoklu sinyalleri alabilmesi ve
hücreningereksinmelerineuygunbirleş?rilmişbiryanıt
verebilmeyeteneğidir.
Molekülermekanizmalar
Kapılı iyon kanalı
Yılansı reseptör
Sinyal ligandına (S) ya da zar
Reseptöre (R ) bağlanan
potansiyeline yanıt olarak açılır ligand, ikincil haberci olan
ya da kapanır.
bir X molekülünü oluşturacak enzimi regüle eden
hücreiçi bir GTP-bağlayıcı
proteini aktive eder.
Enzim aktivitesi olmayan reseptör
Bir gen düzenleyici proteini (doğrudan ya
da bir protein kinaz zinciri yoluyla) aktive
ederek gen ekspresyonunu değiştiren
sitozolik bir protein kinazla etkileşir.
İyon
Plazma
zarı
Reseptör enzim
Ligandın ekstrasellüler bölgesine
bağlanmasıyla hücre içindeki kısımda yer alan enzim aktivitesi uyarılır.
Çekirdek
zarı
Steroid reseptörü
Steroid bir nükleer
reseptör proteinine
bağlanır ve reseptörün özgül genlerin
ekspresyonuna izin
verir.
Yapışma
Kinaz reseptörü
zinciri Ekstrasellüler
matrikste molekülleri bağlar,
konformasyon
değişikliğine
uğrar, hücre
iskeletiyle olan
etkileşmeler
değişir.
Lipidadacıklarınınönemi
•  Plazmazarındaküçük
Nature Reviews Neuroscience 8, 128–
140 (February 2007)
yapılarhalindebulunan
lipidadacık-larındasinyal
ile?mproteinleri
toplanmış6r.
•  Böyleceetkileşmelerive
sinyalile?midahaetkinbir
biçimdegerçekleşir.
•  Lipidadacıklarınınyapısı
kolesterolün
uzaklaş6rılmasıile
bozulursa,birçok
haberleşmeyolağıişlevsiz
halegelir.
Molekülermekanizmalar
•  Kapılı (gated) iyon kanalları
•  G protein-kenetli reseptörler
•  Reseptör enzimler
•  Enzim aktivitesi olmayan reseptörler
•  Nükleer reseptörler
KapılıİyonKanalları
Kapılıiyonkanallarısinyaliikişekildeile?lir:
•  Dahasonrabirikincilhaberciolarakgörevalacak
biriyonun(Ca2+gibi)sitoplazmadakiderişimi
değişPrilir.
•  Zaraşırı(transmembrane)elektrikpotansiyelini
değişPrilirvezarpotansiyelineduyarlıproteinler
etkilenir
Asetilkolin(Ach)reseptörü
•  Achreseptörü,Achiçinikiyüksekafinitelibağlamayeri
olanbirallosterikproteindir.
•  Ligand-reseptörbağlanmasında,pozi?fkoopera?fbir
etkileşmesözkonusudur.Na+yadaCa2+iyonlarının
içeriakmasızarıdepolarizeeder.
Asetilkolin(Ach)reseptörü
AsePlkolin(Ach)
UyarılmışbirnörontaraLndansalınanAchbirkaç
mikrometre genişliğinde olan sinap?k yarığı
diffüzyonlageçerek,yarığınöbürtaraLndakipostsinap?k nörona ya da nöromüsküler plaktaki
miyosite ulaşır. Postsinap?k hücredeki Ach
reseptörü ile etkileşir ve elektriksel uyarıyı
(depolarizasyon)te?kler.
Asetilkolin(Ach)reseptörü
Asetilkolin(Ach)reseptörü
•  Achsinap?karalıkta
asePlkolinesteraz(AChE)
enzimitaraLndanhızla
ortadankaldırılır.
•  Ach’ninyüksekderişimde
kaldığıbirkaçmilisaniyelik
süredereseptör
duyarsızlaşır.
•  Ach’ninyavaşbirşekilde
reseptördenayrılmasıile
reseptöryenidendinlenme
durumunageçer.
GProtein-kenetlireseptörler
•  Plazmazarıreseptörlerizarıyedikez
geçenhelikalbölgeleresahip?r
(GPCR,7TM,SerpenPn).
•  GPCRailesininyaklaşık1000üyesi
vardır.İlaçlarınyaklaşık%60’ınınhedefi
buproteinailesidir.
•  Reseptörünsitoplazmikparçasıbir
guaninnükleoPdibağlayanprotein(G
proteini)ileetkileşir.
•  Gproteini;α,β,veγaltbirimlerinden
oluşanbirheterotrimerproteindir.
G-PROTEİNLERİNİNORTAKÖZELLİKLERİ
a)  Hücreiçininperiferalzarproteinleridir.
b)  Guaninnükleo?dlerini(GTP,GDP)bağlarlar.
c)  Uyarılmıştransmembranreseptörlerceak?ve
edilirler.
d)  Birefektörproteine/enzimekenetlenirler.
e)  BakteriyeltoksinlerleADP-ribozillenirler
(Kolera,Boğmaca,Dineri).
f)  HidrolizedilemeyenGTPanaloglarıve
AlF4-ileak?veolurlar.
GProtein-kenetlireseptörler
GProtein-kenetlireseptördöngüsü
GProtein-kenetlireseptördöngüsü
cAMP
•  1958yılındaSutherlandve
RalltaraLndanbulundu.
•  1960-Katekolaminlerin
etkisiilecAMPar6şıve
fosforilazak?vasyonu
ATP
Adenilat
siklaz
3’,5’-cAMP
PDE
3’,5’-cAMP5’-AMP
Gproteinlerinindeğişikα-altbirimleribulunur
Heterotrimerik(α-,β-,veγ-altbirimleri)yapıdakiG
proteinleri,yerleşimveişlevineuygunolarakfarklıαaltbirimiiçerir.Bualtbirimler,yapılarıveişlevleriaçısından
önemlifarklılıklargösterir.
Başlıcatürleri;
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
6) 
7) 
Gsα
Adenililsiklazıak?veeder.
Giα
Adenililsiklazıinhibeeder.
Gqα
FosfolipazC’yi(PLC)ak?veeder.
Ggust
Adenililsiklazıak?veeder(Tatreseptörü,tatlı).
Golf
PLC’yi(1)veAdenililsiklazı(2)ak?veeder(Koku).
Gt(Transdusin)PDE’yiinhibeeder(Rodopsin>görme).
12αve13αHücreiskele?(ak?n)yapımısinyali
Gproteinlerinindeğişikα-altbirimleribulunur
G proteinlerindeki bu heterojenite, alfa- dışında beta- ve gamaaltbirimlerindedebulunur.Aslında,insanlarda21farklıalfa,6farklıbeta
ve12farklıgamaaltbirimibulunmuştur.Bunlarınbazılarıyaygınolarak
ve bol miktarda sentezlenirken, bazıları ise özel hücrelerde ve kısıtlı
olaraksentezlenirler.
GPROTEİNİα-ALTBİRİMLERİNİNYAPIve
ÖZELLİKLERİ
Gs
Sinyal
dedektörü
Efektör pr.
Etki
Molekül α
Ağırlığı β
(kDa)
γ
Toksinlere
duyarlılığı
Yerleşim
Gi
β-Adrenerjik α2-Adrenerjik
reseptör
reseptör
Go
Transdusin (Gt)
?
Rodopsin
(reseptör)
A. Siklaz
A. Siklaz
?
cGMP-PDE
Stimülasyon
İnhibisyon
?
Stimülasyon
44, 45, 46
35, 36
8
41
35, 36
8
39
35, 36
8
39
36
8
Kolera
Boğmaca
Boğmaca
Boğmaca
Kolera
Hücrelerin
çoğunda
Hücrelerin
çoğunda
Beyin
Retinal rod
GörmeolayındasinyalilePmi
Rodopsin
birGprotein-
kenetliışık
reseptörüdür.
Busistemdeki
Gproteini
transdusindir.
AdenililsiklazaetkiedenGαproteinleri
Gsα
sPmulatör
Giα
inhibitör
BirGPCRprotoPpi:β-adrenerjikreseptör
E
İkincilhabercisicAMPolanbazısinyaller
ACTHsalgılaqrıcıhormon Melanosituyarıcıhormon
(CRH)
(MSH)
Folliküluyarıcıhormon
(FSH)
Dopamin[D1,D2]
Kokular(birçok)
Parathormon
Epinefrin(β-adrenerjik)
ProtaglandinlerE1veE2
KorPkotropin(ACTH)
Serotonin[5-HT-1a,5-HT-2]
Glukagon
SomatostaPn
Histamin[H2]
Tadvericiler(tatlı,acı)
LüteinleşPricihormon
Tiroiduyarıcıhormon(TSH)
AdenililsiklazısPmüle Adenililsiklazıinhibe
edenhormonlar(Hs) edenhormonlar(Hi)
ACTH
hCG
AsePlkolin
ADH
LH
α2-Adrenerjikler
Glukagon
LPH
AngiotensinII
Kalsitonin
MSH
SomatostaPn
CRH
PTH
FSH
TSH
β-Adrenerjikler
Yağhücrelerindedepolanannötralyağların(TAG)
hormonaletkiylemobilizasyonu
Sinyalingüçlendirilmesi
•  Epinefrinhiperglisemikbir
hormondur.
•  Kanglukozunu,glikojen
yıkımınıuyararakyüksel?r.
•  Glikojen,glikojen
fosforilazlayıkılır.
•  Glikojenfosforilazise
fosforilasyonyoluyla
ak?fleşir.
•  Epinefrin,fosforilasyon/
defosforilasyonzincirini
te?klervesinyalzincirin
herbasamağındadaha
dagüçlenir.
Dominoetkisi➭Sinyalgüçlendirme
İkincilHaberciKriterleri(Sutherland,1971)
1- Fizyolojikderişimdeadenilatsiklazak?vasyonu(intakt
hücreveyazarpreperatlarında)
2- Ak?vasyonsadecebiyolojikcevapoluşturabilen
hormonlaraözgülolmalı.
3- HormoncAMPderişiminiarwrmalıdır.İnak?veedilen
hormonaynıetkiyesahipolmamalı.
4- HormonderişimiilecAMPsentezivebiyolojikcevap
arasındailişkiolmalıdır.
5- Biyolojikcevap;fosfodiesterazenzimleritaraLndan
önlenmeli,fosfodiesterazinhibitörlerincearwrılmalıdır.
6- cAMPanaloglarıhormonaletkiyitaklitetmelidir.
7- cAMPderişiminebağlıolarakproteinkinazak?vasyonuve
sonradaproteinfosforilasyonugerçekleşmelidir.
Sinyalinsonaerdirilmesi
β-Adrenerjikreseptöründuyarsızlaşwrılması
GPCRakPvitesiileilgilihastalıklar
Örnek:KoleratoksiniGsα’yıkovalanolarakdeğişPrir
GPCRakPvitesiileilgilihastalıklar
•  Kolera toksiniyle kalıcı olarak ak?fleşen Gs bağırsak epitel
• 
• 
• 
• 
hücrelerindeadenililsiklazısürekliolarakak?veeder.
SürekliolarakcAMPüre?lirvePKAak?vasyonudasüreklidir.
PKA klorür iyon kanalını (CFTR) fosforile eder ve bağırsak
lümeninesürekliklorüriyonusalgılanır.
Klorürlebirliktediğeriyonlar
vedoğalolaraksukaybısöz
konusudur.
Sonuçolarakdehidratasyon
veelektrolitkaybıkoleradaki
başlıcapatolojikbulgular
olarakortayaçıkar.
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
Gqa
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
Kalsiyum
•  NormalolaraksitozolikCa2+çokdüşükderişimlerde
(10-7M)tutulur.BunuCa2+pompalarısağlar.
•  FarklıuyarılarCa2+kanallarıüzerindensitoplazmaya
Ca2+girişinenedenolur.
Ca2+;
–  Nöronveendokrinhücrelerdeekzositoz,
–  Kaskasılması,
–  Kanpıh6laşması,
–  Kanpıh6laşması,
–  Hücreiskele?düzenlenmesi,ve
–  Kalmodülinibağlama→Ca2+-kalmodlin-bağımlı
enzimler
–  Konularındagörevalır.
Ca2+-Kalmodülinkompleksi
•  CaM(kalmodülin),kendiadını
verdiğibirenzimailesinin(Ca2+CaM-bağımlıproteinkinaz,
CaMkinaz,CAMK)integralbir
birimidir.
•  HücreiçindeCa2+arwğında,
CaMkalsiyumubağlarvebir
konformasyondeğişikliğine
uğrar.
•  Ca2+-CaMkompleksiCaM
kinaz’abağlanarakenzimi
ak?veeder.