Lipidi in celično signaliziranje

Vance & Vance (Eds.): Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes (4th ed.), 2002

Elsevier Science B.V.

Lodish 4th ed.: 20.6

Voet 4th ed.: 19.4 in 25.7

Razdelitev poglavja

• Derivati glicerola: fosfoinozitidi, diacilglicerol, lizofosfolipidi, plazmalogeni

• Derivati sfingozina: ceramidi, sfingozin-1-fosfat

• Eikozanoidi: prostaglandini, levkotrieni …

• Derivati holesterola: steroidni hormoni

(Glicero)fosfolipidi (PL) in signalizacija

Derivati fosfatidilinozitola (PI)

Biosinteza fosfoinozitidov v sesalskih celicah

3D-struktura plekstrinu homologne (PH)

domene PLC-δ1 v kompleksu s PI-3,4,5-P3.

(veže tudi PI-4,5-P2)

PH/PX domain

Druge PI-vezavne domene v proteinih: FYVE, ENTH, PH-GRAM, FERM, GLUE

3D-struktura phagocytic oxidase ali

phox (PX) domene NADH oksidaze

v kompleksu s PI-3-P.

Fosfoinozitidi kot membranska sidra

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/1h6h.png

Celična razporeditev fosfoinozitidov

in encimov, ki jih modificirajo

PI-kinaze

PI-fosfataze

Vicinanza et al. (2008) EMBO J. 27, 2457.

Proteini, ki se vežejo

na fosfoinozitide,

in sodelujejo

pri membranskemu

transportu

Vicinanza et al. (2008) EMBO J. 27, 2457.

Derivati PL kot sekundarni prenašalci

Phosphoinositides

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/b/b9/Second_Messenger_System.jpg

13 sesalskih PLC je na osnovi strukture razvrščenih v

6 skupin (β, γ, δ, ε, ζ, η).

R lahko tudi RTK (PLCγ)

L = rasni faktor (NGF, PDGF …)

R = GPCR (PLCβ, PLCγ)

L = hormon (vazopresin, TSH, tromboksan A2, angiotenzin …)

Signalizacija preko GPCR–PIP2 sistema

Prenos signala, ki vključuje Gqα, stimulira PLCβ, tako da iz PIP2 nastaneta DAG

(koaktivator za PKC) in IP3 (odpre Ca2+-kanalčke v membrani ER).

PKC so udeležene pri nadzoru funkcij drugih proteinov preko fosforilacije

specifičnih Ser in Thr v teh proteinih. cPKC in nPKC se aktivirajo v enaki

signalni poti kot PLC.

PKC igrajo pomembno vlogo v več signalnih kaskadah.

vezava DAG

vezava DAG

SIGMA-ALDRICH

Prenos signala, ki vključuje RTK in PLCγ; nastajata DAG in IP3. Iz ER se sprosti v

citosol Ca2+, ta pa se veže na kalmodulin in citoskeletne proteine. Več efektov je

posledica delovanja od Ca2+/CaM-odvisnih protein kinaz (CaMK).

Signalizacija preko RTK–PIP2 sistema

Inzulinski receptor je tirozin-kinaza (RTK), ki fosforilira proteinske substrate v citosolu (IRS = Insulin

Receptor Substrate). Ti se vežejo na PI-3-kinazo, jo aktivirajo, da nastaja PIP3. PIP3 potem signal

prenese na druge znotrajcelične protein-kinaze.

Inzulinska signalizacija tudi poteka preko RTK–PIP2 sistema

Učinki inzulina na celico

PI3K

(transport, metabolizem)

MAPK

(DNA, RNA in proteinska sinteza)

Inositol Phosphates SIGMA-ALDRICH

Nekateri procesi, ki so posledica nastanka

IP3 in nato dviga [Ca2+]i

MCB, Lodish et al.

Derivati PL kot hormoni

Signalizacija z lizofosfatidno kislino (LPA)

LPA deluje z visoko-afinitetno vezavo na LPA (ali EDG = Endothelial

Differentiation G-protein-coupled ) receptorje (1-6 in 87), ki sodijo med GPCR.

Na podoben način poteka tudi signalizacija z LPC.

Aktivacijski faktor za trombocite (PAF)

ali tudi acetilglicerileter-fosforilholin (AGEPC)

PAF deluje z vezavo na PAF receptorje, ki sodijo med GPCR.

Sproži agregacijo trombocitov, degranulacijo celic, vnetni odziv in

anafilakso. Vplivajo tudi na propustnost žil, kemotakso levkocitov …

Koncentracijo PAF nadzira PAF-acetil hidrolaza (PAF-AH).

PAF spada med

plazmalogene

Integrini na levkocitih se aktivirajo po interakciji PAF s PAFR. Po aktivaciji se lahko

vežejo na ICAM, ki spadajo med CAM iz naddružine Ig.

(Monociti/makrofagi

Nevtrofilci

T-/B-limfociti)

PAF sodeluje npr. pri ekstravazaciji levkocitov

Nekateri procesi, ki jih PL regulirajo

kot hormoni

LPA je močan mitogen (proliferativni učinek na

celice).

LPC povzroča vnetne učinke (poveča sintezo

endotelijskih CAM, rasnih faktorjev, aktivira

makrofage).

PAF izločajo bazofilci in mastociti v reakcijah

takojšnje preobčutljivosti, makrofagi in nevtrofilci pa v

vnetnih reakcijah. Je močan bronhokonstriktor,

povzroča agregacijo trombocitov, vazodilatacijo,

vnetje in anafilaksijo.

Sfingozin in njegovi derivati v signalizaciji

Strukutre sfingozina (C18-aminoalkohol)

in ceramida ter njunih derivatov, sfingomielina in glikosfingolipidov.

Sfingozin-1-fosfat (S1P)

S1P se sprošča ob aktivaciji trombocitov, kjer se tudi sintetizira (+ monociti, mastociti).

Vpliva na proliferacijo, diferenciacijo, prepustnost žil, angiogenezo, apoptozo.

EDGR: endothelial differentiation

G-protein-coupled receptors

(also bind lysoPL) (S1PR)

Lipids in Cell Signaling SIGMA-ALDRICH Eikozanoidi in signalizacija

Sproščanje arahidonske kisline s hidrolizo PL.

Mesta delovanja fosfolipaz A2 (PLA2) in

fosfolipaz C (PLC) na PL.

Poti sproščanja arahidonske kisline

s hidrolizo fosfolipidov

“Ciklična pot” metabolizma AA

Sinteza prostanoidov

“Linearna pot” metabolizma AA

Eikozanoidi delujejo kot hormoni

Trenutno je znanih 9 GPCR, na katere se vežejo eikozanoidi.

Poleg tega nekateri eikozanoidi aktivirajo tudi nekatere jedrne

receptorje, ki potem z regulirajo izražanje specifičnih genov. Na ta način

sodelujejo pri nadzoru razvoja, homeostaze in metabolizma organizma.

Kristalna struktura jedrnega receptorja

PPAR-γ v kompleksu z DNA

Eiko-

zanoid Glavna mesta nastanka Glavne biološke aktivnosti

PGD2 mastociti inhibira agregacijo trombocitov in levkocitov; zmanjša proliferacijo T-celic, migracijo limfocitov ter

izločanje IL-1a in IL-2; inducira vazodilatacijo in tvorbo cAMP

PGE2 ledvica, vranica, srce

inducira vazodilatacijo in tvorbo cAMP; pospeši učinke bradikinina in histamina; inducira krčenje

maternice in agregacijo trombocitov; vzdržuje odprto fetalno arterijo (ductus arteriosus); zmanjša

proliferacijo T-celic, migracijo limfocitov ter izločanje IL-1a in IL-2

PGF2a ledvica, vranica, srce inducira vazokonstrikcijo, bronhokonstrikcijo in kontrakcijo gladkih mišic

PGH2 - prekurzor tromboksanov A2 in B2; inducira agregacijo trombocitov in vazokonstrikcijo

PGI2 srce, žilne endotelijske celice inhibira agregacijo trombocitov in levkocitov; zmanjša proliferacijo T-celic, migracijo limfocitov ter

izločanje IL-1a in IL-2; inducira vazodilatacijo in tvorbo cAMP

TXA2 trombociti inducira agregacijo trombocitov, vazokonstrikcijo, proliferacijo limfocitov in bronhokonstrikcijo

TXB2 trombociti inducira vazokonstrikcijo

LTB4 monociti, bazofilci, nevtrofilci,

eosinofilci, mastociti, epitelijske celice

inducira kemotakso in agregacijo levkocitov, pervodnost žil, proliferacijo T-celic in izločanje INF- g, IL-

1 in IL-2

LTC4

monociti in alveolarni makrofagi,

bazofilci, eosinofilci, mastociti,

epitelijske celice

komponenta SRS-A (Slow-Reacting Substance of Anaphylaxis); inducira vazodilatacijo, pervodnost

žil in bronhokonstrikcijo ter izločanje INF- g

LTD4 monociti in alveolarni makrofagi,

eosinofilci, mastociti, epitelijske celice

glavna komponenta SRS-A; inducira vazodilatacijo, pervodnost žil in bronhokonstrikcijo ter izločanje

INF- g

LTE4 mastociti in bazofilci komponenta SRS-A; inducira vazodilatacijo in bronhokonstrikcijo

Nekateri procesi, ki jih regulirajo eikozanoidi

Corticosteroids

(NSAID)

Kristalna struktura ovčje PGH sintaze (tudi COX) v kompleksu z NSAID flurbiprofenom.

PGHS je homodimerni monotopni membranski protein v membrani ER.

Inhibicija PGHS (COX-I ali COX-II) z aspirinom (NSAID).

Prostaglandin-sintaza je

ne-transmembranski integralni m.p.

Steroidni hormoni - derivati holesterola

in signalizacija

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Steroidogenesis.svg

Prehajanje malih hidrofobnih hormonov skozi membrane do znotrajceličnih receptorjev.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Nuclear_receptor_action.png

Nekateri procesi, ki jih regulirajo

steroidni hormoni

Progestogeni: vzdržujejo nosečnost, prisotni v progestacijski,

pa tudi v drugih fazah menstrualnega cikla.

Androgeni: stimulirajo ali nadzorujejo razvoj in vzdrževanje

moških lastnosti pri vretenčarjih (aktivnost moških spolnih organov,

razvoj sekundarnih moških spolnih znakov).

Estrogeni: poglavitni ženski spolni hormoni.

Glukokortikoidi: regulirajo metabolizem glukoze, zavirajo imunsko aktivnost

(blažijo vnetje, alergijo, astmo, avtoimune bolezni in sepso; zavirajo razvoj raka).

Mineralokortikoidi: vplivajo na ravnotežje soli in vode v organizmu

(aktivna reabsorbcija Na+, izločanje K+ in H+, pasivna absorbcija vode).

Osnovna in dodatna literatura

Lodish 4th ed.: 20.6

Voet 4th ed.: 19.4 in 25.7

Vance & Vance (Eds.): Biochemistry of lipids, lipoproteins

and membranes (4th ed.), 2002 Elsevier Science B.V.

Vicinanza, M. in sod. (2008): Function and dysfunction of the PI system in membrane trafficking. EMBO J. 27, 2457-2470.

Musille, P.M. in sod. (2013): Phospholipid-driven gene regulation. FEBS Letters 587, 1238-1246.