Слайд 1Рецепторы гормонов и передача сигналов: рецепторы клеточной поверхности,
внутриклеточные рецепторы
(Инсулин.
ГКС. Тиреоидные гормоны)
Доц., к.б.н И.В. Карнаухова ОрГМУ
Слайд 2
Рецепторы с ферментативной активностью: Взаимодействие внешнего домена рецептора с гормоном
усиливает ферментативную активность внутриклеточного каталитического домена, что вызывает фосфорилирование цитоплазматических
сигнальных молекул.
Рецепторы тирозинкиназы включают рецепторы для инсулина, инсулиноподобных факторов роста (IGF-1, IGF-2) и рецепторы для факторов роста (эпидермальный фактор роста - EGF, фактор роста, полученный из тромбоцитов - PDGF и т. Д.) и цитокинов.
Активация рецепторов предполагает димеризацию: субъединицы рецептора связывается в мембране.
После димеризации рецепторы активируются и приобретают активность фермента.:
активированный рецептор фосфорилирует свои собственные остатки тирозина (аутофосфорилирование).
затем активный / фосфорилированный рецептор (RTK) распознает остатки тирозина в целевых белках (зависимые от фосфорилирования тирозина белки) и использует АТФ для его фосфорилирования.
Конечными мишенями киназного каскада являются факторы транскрипции (TF).
Фосфорилирование TFs вызывает их активацию и связывание с ДНК, вызывая изменения в гене транскрипции.
Сигнализация через рецепторные тирозинкиназы (RTK)
Слайд 3Передача сигнала через рецепторы c активностью тирозинкиназы (RTK)
Инсулиновые рецепторы (IRs)
и их действие
IR представляет собой мембранный белок (четыре субъединицы, связанные
дисульфидными связями):
две α-субъединицы являются сайтами связывания для инсулина: внеклеточный домен
две β-субъединицы (трансмемранная локализация) обладают тирозинкиназной активностью
связывание инсулина с α-субъединицами активирует тирозинкиназную активность β-субъединиц (аутофосфорилирование).
После аутофосфорилирования IR связывается с
субстратами инсулинового рецептора (IRS-1, IRS-2, IRS-3, and IRS-4):
IRS-1 это белок-адаптер с сайтами связывания для SH2-содержащих белков (имеющих специализированный домен).
SH2-содержащие белки распознают и связываются с тирозинфосфорилированными сайтами на IRS-1.
они становятся фосфорилированными на остатках тирозина
Эти белки непосредственно участвуют в опосредовании различных эффектов инсулина.
Слайд 4
Инсулиновые рецепторы (IRs) и их действие
IRS-1 может передавать сигнал инсулина
по двум путям:
Ras-независимый путь, метаболический путь (Ras-independent pathway, metabolic pathway)
используется для «быстрых» эффектов инсулина (повышение поглощения глюкозы и стимуляция активности гликогенсинтазы).
Ras-зависимый путь, митогенный путь (Ras/MAP kinase pathway) регулирует экспрессию генов. Этот путь используется для долгосрочных эффектов инсулина таких как увеличение синтеза глюкокиназы.
Передача сигнала через рецепторы c активностью тирозинкиназы
Слайд 5Инсулиновые рецепторы, эффекты инсулина
Ras-independent pathway (PI3K)
Фосфорилированный IRS-1 взаимодействует с
фосфоинозитид-3-киназой (PI3-kinase, PI3K) через SH2-domain:
фермент фосфорилирует фосфоинозитид (мембранный фосфолипид) с
образованием фосфатидилинозитол-3,4-бисфосфата (PI2P) и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата (PIP3).
PIP3 (как вторичный посредник) активирует PIP3-зависимую киназу 1 (PDK1).
PDK1 активирует протеинкиназу B (PKB).
Активная PKB фосфорилирует и активипует белки которые оказывают стимулирующее влияние на поглощение и депонирование глюкозы:
PKB стимулирует индуцированное инсулином перемещение GLUT-4 из цитоплазмы к плазматическим мембранам мышечных и жировых клеток.
PKB способствует синтезу гликогена путем фосфорилирования и ингибирования киназы-3 гликогенсинтазы (GSK-3).
PDK1 фосфорилирует изофермент протеинкиназу C (PKCλ/ζ), который фосфорилирует внутриклеточные везикулы с GLUT-4, что приводит к их миграции и слиянию с плазматической мембраной.
Слайд 6Инсулиновые рецепторы, эффекты инсулина
Ras-independent pathway(PI3K)
Инсулин а также инсулиноподобные факторы роста,
IGF-1 и IGF-2) модулируют транскрипцию генов, участвующих в росте и
дифференцировке клеток.
Наиболее хорошо изученным процессом является стимуляция синтеза белка::
инсулин активирует киназу-мишень (mTOR) через PKB.
Активированный mTOR приводит к фосфорилированию и активации киназы p70S6 (p70S6K или S6K).
p70S6K увеличивает инициацию синтеза белка (протеинфосфатаза - 1, PP-1).
PP1 дефосфорилирует гликогенфосфорилазу (она превращается в неактивную форму) и гликогенсинтазу (превращается в ее активную форму).
Результатом является синтез гликогена (гликогенез)
.
Слайд 8Инсулиновые рецепторы, эффекты инсулина
Ras-independent pathwa (PI3K)
Активация PKB/Akt приводит к фосфорилированию
и активации sterol-regulated element-binding protein (SREBP), который:
Повышает (включает) экспрессию генов
glucokinase, г л и к о л и з
pyruvate kinase (PK),
lipoprotein lipase (LPL),
fatty acid synthase (FAS), синтез ВЖК, ТАГ
and acetyl-CoA carboxylase (ACC).
Снижает (выключает)экспрессию генов
G-6-Pase, ГНГ
F-1,6-Bpase
PEPCK (ФЭП-карбоксикиназа)
Инсулин увеличивает скорость гликолиза
и синтеза гликогена
Apoptosis inhibition
Слайд 9Инсулиновые рецепторы, эффекты инсулина
Ras-independent pathwa (PI3K)
На уровне липидного гомеостаза инсулин
ингибирует липолиз и активирует липогенез :
Инсулин в адипоцитах
1. активирует ФДЭ
(фосфодиэстеразу)
2. снижается уровнь цАМФ
3. снижается ПKA-опосредованное фосфорилирование ферментов:
активность гормоночувствительной липазы снижается → снижается липолиз
В печени, жировой ткани и скелетных мышцах
активация ФДЭ инсулином
снижает ПKA-опосредованное ингибирование (фосфорилирование)
ацетил-КоА – карбоксилазы (ACC),
ГМГ-CoA-редуктазы и
3. способствует синтезу ЖК и холестерина.
Инсулин увеличивает скорость синтеза жирных кислот / холестерина и TAG.
Apoptosis inhibition
Слайд 10Insulin receptors, IR and insulin action
Ras-зависимый путь (Ras/MAPK pathway):
Фосфорилированный IRS-1
распознается и связывается с рецептор-связывающим белком фактора роста 2 (GRB-2),
инициируя активацию RAS и каскада MAPK (митоген-активируемый протеинкиназный каскад).
Результатом является фосфорилирование ядерных белков, которые увеличивают транскрипцию белков (глюкокиназа)
Ras-зависимый путь (Ras/MAPK pathway)
Ras-независимый
путь (PI3K pathway)
Слайд 11Insulin receptors, IR and insulin action
Ras-зависимый путь (Ras/MAPK pathway):
Ras-белки –
мономерные G-белков (более 100 различных белков);
похожи на тримерные G-белки.
Ras
неактивен в присутствии GDP и активен при связывании с GTP.
Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF, SOS) активирует Ras путем обмена GDP на GTP.
GTPase-активирующий белок (GAP) стимулирует внутреннюю активность GTPase Ras, возвращая его в неактивное состояние, связанное с GDP
Слайд 12Insulin receptors, IR and insulin action
Ras-зависимый путь (Ras/MAPK pathway):
Чрезмерная передача
сигналов от мутированных или сверхэкспрессированных рецепторов с тирозинкиназной активностью (RTKs)
связана с раком человека.
Мутантные формы Ras или его GEFs и GAPs вызывают широкий спектр раковых заболеваний человека:
30-50% случаев рака легких и толстой кишки и почти 90% случаев рака поджелудочной железы связаны с активацией точечных мутаций в Ras.
Мутации уменьшают внутреннюю активность GTPase (мутация GAP) Ras и блокируют ее в положении «включено» (состояние, связанное с GTP). Увеличение роста клеток.
Нейрофиброматоз - это рост опухолей из нервной ткани, вызванный инактивирующей мутацией в гене нейрофибромина (NF-1), который кодирует белок, активирующий GTPase (GAP) для Ras.
Отсутствие NF-1 позволяет Ras бесконтрольно активировать пути, которые способствуют росту нервной ткани.
Слайд 13При присоединении гормона
1) α-субъединица изменяет свою конформацию,
2) это
приводит к появлению тирозинкиназной активности у β-субъединицы
3) после чего запускается
разветвлённая цепь реакций по активации ферментов, которая начинается с самофосфорилирования рецептора и
4) далее фосфорилируются остатки тирозина специального белка, названного субстратом инсулинового рецептора IRS-1.
5) Сигнал передается дальше посредством каскадных реакций.
Каскад ферментов (киназ и фосфатаз) приводит к усилению или ингибированию активности ферментов путем фосфорилирования или дефосфорилирования,
6) а также происходит изменение скорости синтеза ферментов на уровне транскрипции и трансляции.
Слайд 14Инсулин активирует использование клетками глюкозы путем:
1. Активирования ключевых ферментов гликолиза (глюкокиназы,
фосфофруктокиназы, пируваткиназы);
2. Увеличения включения глюкозы в ПФЦ (активирование глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и
6 - фосфоглюконатдегидрогеназы)
3. Повышения синтеза гликогена (активирование гликогенсинтазы и одновременное ингибирование гликогенфосфорилазы);
Торможения активности ключевых ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируваткарбоксилазы, фруктозо-1,6-бисфофатазы и глюкозо - 6 - фосфатазы)
Влияние на обмен липидов и белков:
1. Активирует биосинтез ТАГ и синтез жирных кислот;
2. Ингибирует распад жирных кислот в процессе β-окисления и синтез ТАГ;
3. Снижает биосинтез кетоновых тел.
4. Усиливает биосинтез белков в клетках.
Слайд 18Сахарный диабет развивается при нарушении функции инсулина
Выделяют два типа сахарного
диабета:
Тип I – инсулинзависимый (у 10% больных) – вызывается разрушением
β-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе. При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается;
Тип II – инсулиннезависимый (у 90% больных) – развивается вследствие снижения чувствительности рецепторов к инсулину, повышенной скорости распада инсулина, нарушения регуляции секреции инсулина. При этом уровень инсулина в крови в норме. При введении инсулина уровень глюкозы в крови не снижается.
Факторы риска заболевания сахарным диабетом:
генетическая предрасположенность,
ожирение,
гиподинамия,
стресс.
Симптомы сахарного диабета:
гипергликемия – повышение концентрации глюкозы в крови выше нормы (3,3–6,4 мМ/л);
глюкозурия – выведение глюкозы с мочой при достижении почечного порога (10 мМ глюкозы в крови);
кетонемия – повышение концентрации кетоновых тел в крови;
кетонурия – выведение кетоновых тел с мочой;
полиурия – увеличение суточного диуреза (до 3–4 л/сут).
Слайд 28Внутриклеточные рецепторы
Гормон / сигнал проникает через мембрану и активирует транскрипцию
генов.
рецепторы стероидных гормонов (рецепторы глюкокортикоидов (кортизол) - GR, рецепторы минералокортикоидов
(альдостерон) - MR, рецепторы эстрогена, рецепторы прогестерона, рецепторы ретиноевой кислоты (RAR, RXR)
receptors for Vitamin D
thyroid hormone receptors
Рецепторы I типа (цитоплазматические) представляют собой белки, которые образуют гомодимеры и специфически связываются с элементами ответа на стероидный гормон (HRE) только в присутствии их лиганда / гормона (SHR).T
Рецепторы II типа (ядерные) рецепторы включают R гормонов щитовидной железы, витамина D и рецепторы ретиноевой кислоты
Гормоны транспортируются в крови с помощью специфических связывающих белков:
Они отделяются от транспортного белка, проникают через мембрану и находят свои рецепторы..
Слайд 29Внутриклеточные рецепторы
Связывание гормона с рецептором изменяет конформацию и приобретает способность
связываться с конкретными последовательностями ДНК в ядре.
Транскрипция начинается, когда рецепторы
связывают гормон.
Когда димер рецептора в своей активной конформации связывается с ДНК, он может увеличивать или уменьшать транскрипцию определенных генов.
Измененный уровень продуцируемой мРНК затем приводит к измененному уровню синтеза специфических белков и, следовательно, к изменению клеточных свойств.
Слайд 30Внутриклеточные рецепторы являются регуляторами транскрипции генов.
Все рецепторы имеют схожие структуры::
ligand binding domain ( for hormone)
DNA binding domain
- ДНК-связывающая область всегда содержит высоко консервативные область цинкового пальца, который, если мутирует, приводит к потере рецепторной функции.
Домен изменения транскрипции транскрипционные активаторы или репрессоры
В своем неактивном состоянии рецептор не может связывать ДНК, поскольку белок-ингибитор занимает сайт связывания.
Когда гормон связывается с лиганд-связывающим доменом конформационные изменения ингибитор высвобождается и сайт связывания ДНК обнажается
Затем рецептор связывается с определенной нуклеотидной последовательностью в ДНК (hormone response element, HRE or specific response element, SRE).
Гормон-рецепторный комплекс функционирует как специфичный для последовательности фактор транскрипции, и связывание с HRE приводит к активации промотора и инициации транскрипции или, в некоторых случаях, к репрессии транскрипции.
HRE
Внутриклеточные рецепторы
Слайд 34Глюкокортикоиды
Надпочечники человека скретируют глюкокортикоиды: кортизол (гидрокортизон), кортизон и кортикостерон.
Ткани-мишени: печень,
почки, лимфоидная, соединительная и жировая ткани, мышцы.
Секреция глюкокортикоидов находится под
контролем АКТГ. Скорость синтеза и секреции гормонов стимулируются в ответ на стресс, травму, инфекцию, понижение уровня глюкозы в крови.
Биологическое действие
Влияние глюкокортикоидов на метаболизм связано с их способностью координированно воздействовать на разные ткани и разные процессы как анаболические (в печени), так и катаболические (в других тканях-мишенях).
Слайд 35Влияние на углеводный обмен:
1. в печени стимулируют синтез гликогена и
глюконеогенез (синтез глюкозы из аминокислот);
2. в почках стимулируют глюконеогенез;
3. в
периферических тканях тормозят потребление глюкозы и гликолиз.
Влияние на обмен липидов:
1. активируют синтез триацилглицеролов в печени;
2. стимулируют распад жира на конечностях и отложение жира в других частях тела (лицо, туловище). При избытке глюкокортикоидов развивается «паукообразное» ожирение;
3. образующийся при распаде жира глицерол используется в глюконеогенезе, а жирные кислоты – для синтеза кетоновых тел.
Влияние на обмен белков и нуклеиновых кислот:
1. в печени глюкокортикоиды стимулируют синтез белков и нуклеиновых кислот;
2. в мышцах, лимфоидной и жировой ткани, коже и костях тормозят синтез белков, РНК и ДНК, стимулируют распад РНК и белков.
Слайд 37Внутриклеточные рецепторы являются регуляторами транскрипции генов.
Все рецепторы имеют схожие структуры::
ligand binding domain ( for hormone)
DNA binding domain
- ДНК-связывающая область всегда содержит высоко консервативные область цинкового пальца, который, если мутирует, приводит к потере рецепторной функции.
Домен изменения транскрипции транскрипционные активаторы или репрессоры
В своем неактивном состоянии рецептор не может связывать ДНК, поскольку белок-ингибитор занимает сайт связывания.
Когда гормон связывается с лиганд-связывающим доменом конформационные изменения ингибитор высвобождается и сайт связывания ДНК обнажается
Затем рецептор связывается с определенной нуклеотидной последовательностью в ДНК (hormone response element, HRE or specific response element, SRE).
Гормон-рецепторный комплекс функционирует как специфичный для последовательности фактор транскрипции, и связывание с HRE приводит к активации промотора и инициации транскрипции или, в некоторых случаях, к репрессии транскрипции.
HRE
Внутриклеточные рецепторы
Слайд 38Стероидные рецепторы - Глюкокортикоидный рецептор (GR) обнаружен в цитоплазме
связывается с
шаперонами Hsp-90 (ингибитор) в отсутствие гормона.
Глюкокортикоид диффундирует через клеточную мембрану
и проникает в цитоплазму
G связывается с GR → комплекс гормон/рецептор (HR димер) изменение конформации отщепление Hsp-90.
Комплекс выставляет ДНК-связывающий сайт на GR.
Комплекс переносится в ядро.
GR-димер соединяется с GRE (мотив цинкового пальца в стероидных рецепторах связывается с HRE в ДНК) и действует вместе с ко-активатором (histone acetyltransferase, HAT)
Белки цинкового пальца распознают и связываются с короткими палиндромными последовательности ДНК.
Палиндромы представляют собой последовательности ДНК, которые читаются одинаково (с 5'до 3') на антипараллельных цепях (5'-GGATCC-3 ', который читает ту же самую последовательность с 5' до 3‘ на комплементарной цепи).
Димеризация рецептора и распознавание идентичных последовательностей на противоположных цепях усиливают взаимодействие между рецептором и ДНК и, таким образом, повышают специфичность распознавания HRE.
Внутриклеточные рецепторы
Слайд 39Цинковый палец (англ. zinc finger) — тип белковой структуры, небольшой
белковый мотив, стабилизированный одним или двумя ионами цинка, связанными координационными
связями с аминокислотными остатками белка. Как правило, цинковый палец включает около 20 аминокислот, ион цинка связывает 2 гистидина и 2 цистеина.
Цинковые пальцы являются белковыми модулями, взаимодействующими с ДНК, РНК, другими белками или небольшими молекулами.
Основными группами белков с цинковыми пальцами являются ДНК-связывающие факторы транскрипции
Слайд 42Органы-мишени:
Печень АНАБОЛИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
Мышцы
Кожа
КАТАБОЛИЧЕСКОЕ
Жировая ткань ДЕЙСТВИЕ
Лимфатическая ткань,
Соединительная ткань
Данные гормоны оказывают разностороннее действие:
в печени – анаболическое,
в других тканях – катаболическое.
Слайд 44Результативные эффекты
1. Уровень глюкозы повышен
2. Синтез белков снижен
3. Снижение биосинтеза
γ-глобулинов приводит к снижению иммунитета в организме человека
4. В соединительной
и костной тканях ГК тормозят биосинтез коллагена и фибронектина, что является причиной сморщивания кожи и одной из причин усиления резорбции кости – остеопороза
5.Кортикостероиды обладают противовоспалительным действием
Слайд 46Результативные эффекты
1. Биосинтез ТАГ в жировых депо снижен
2. Концентрация жирных
кислот в крови увеличивается
3. Увеличивается окисление жирных кислот
4. Увеличивается
синтез кетоновых тел в печени и выход их в кровь
5. В конечностях человека активируется липолиз
6. В верхней части туловища и на лице активируется липогенез
7. Уровень глюкозы повышен
8. Синтез белков снижен
9. Снижение биосинтеза γ-глобулинов приводит к снижению иммунитета в организме человека.
10.Кортикостероиды обладают противовоспалительным действием
Слайд 47При высокой концентрации глюкокортикоиды оказывают следующие эффекты:
1.В лимфоидной ткани подавляют
иммунные реакции, вызывая гибель лимфоцитов и инволюцию лимфоидной ткани;
2. Уменьшают
состояние сенсибилизации (повышенной чувствительности) к чужеродным веществам, препятствуют развитию последующих аллергических реакций;
3. Подавляют воспалительную реакцию, уменьшая число лейкоцитов и снижая синтез медиаторов воспаления (простагландинов и лейкотриенов);
4. Вызывают торможение роста и деления фибробластов, синтеза коллагена в соединительной ткани.
Глюкокортикоиды участвуют в физиологическом ответе на стресс, связанный с травмой, инфекцией или хирургическим вмешательством. В этом ответе в первую очередь участвуют катехоламины, и для проявления их максимальной активности необходимо участие глюкокортикоидов.
Слайд 48Поражение
гипофиза
Опухоль
надпочечников или
Длительный прием
ГК
Гиперкортицизм
Слайд 49Гиперкортицизм
Встречается гиперкортицизм, сопровождающейся избыточной секрецией преимущественно минералкортикоидов (альдостерона) –гиперальдостеронизм, или
болезнь Конна.
При этом заболевании наблюдаются симптомы нарушения водно-солевого обмена:
отеки, повышение артериального давления, повышенная возбудимость миокарда.
Слайд 56Этапы биосинтеза тиреоидных гормонов
I. Поступение «йода» (иодид-ионы) из крови в
ЩЖ
II. Окисление иодид-ионов под действием пероскидазной системы (активирование
йода)
III. Йодироваие тиреоглобулина (ТГ) – органификация йода
Стадия конденсации ДИТ и ДИТ или ДИТ и МИТ
Стадия поступления коллоида в фолликулярные клетки и высвобождение Т3 и Т4 из ТГ (протеолиз ТГ).
Секреция гормонов в кровь
Слайд 62
Траспорт тиреоидных гормонов:
ТСГ- тиреоид связывающий глобулин
ТСПА - тиреосвязывающий преальбумин
Слайд 65Рецепторы гормонов щитовидной железы - TR (и RAR также) находятся
в ядре и связываются с ДНК (по мотивам цинкового пальца)
даже без гормонов.
Они активируются, чтобы начать транскрипцию, когда они связывают гормон.
В отсутствие гормона ТР связан с ко-репрессорным комплексом (HDAC).
Нет транскрипции генов-мишеней
Связывание гормонов, заменяет ко-репрессор на ко-активатор (HAT).
Транскрипция активирована.
Внутриклеточные рецепторы тиреоидных гормонов
Слайд 66Метаболические эффекты
Т3
В ядре
↑транскрипцию и трансляцию белков – ферментов ОВР
В костной
ткани активирует синтез коллагена
Т4 (Т2)
В мтх
↑потребление О2 за счет
↑б/с ферментов ЦТК, окисления ВЖК, ПВК,
↑скорость БО,
↑Образование АТФ,
↑температура тела
- Увеличение биосинтеза белка
- Увеличение потребления кислорода
-Калоригенный эффект (повышение
теплопродукции)
Слайд 67 Гормон Т2
Рецепторы для этого гормона находятся в митохондриях.
По
силе своего биологического действия этот гормон не уступает Т3, но
скорость его действия значительно выше.
Т2 образуется из Т3 при дейодировании последнего в периферических клетках.
Т2 увеличивает скорость β-окисления высших жирных кислот,
повышает активность ферментов дыхательных цепей: цитохрома с, цитохромоксидазы,
Повышает активность ключевого фермента пентозофосфатного пути – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы,
Т2 стимулирует секрецию гормона роста,
активирует фермент малатдегидрогеназу.
Слайд 72Пути коррекции йоддефицитных состояний
Областная программа «Профилактика эндемического зоба и других
йоддефицитных заболеваний на 1999 - 2000 годы». Постановление Законодательного Собрания
Оренбургской области от 27.04.1999 N 235/44-ПЗС
Слайд 73Hormone signaling/Signal transduction