Monomern

1
Monomerní G proteiny
Alice Skoumalová
2

• Opakování
• Chemický prenos signálu (obecná charakteristika,
  typy dle vzdálenosti místa ovlivnení, typy
  receptoru)
• Príklady signálních látek
• Iontový kanál
• Receptor s kinázovou aktivitou
• Receptor spražený s G-proteiny

3
Prenos signálu
4
Typy membránových receptoru 1. Iontový kanál
5
Typy membránových receptoru 2. Receptor s
kinázovou aktivitou
6
Typy membránových receptoru 3. Receptory
spražené s G-proteiny
7

• G proteiny proteiny vázající GTP
• v aktivním stavu váží GTP
• regulují mnoho signálních drah a bunecných procesu

• Monomerní G proteiny
• malé G proteiny nebo malé GTPázy
• aktivita závisí na vázání GTP (aktivní GTP
  konformace, interakce s efektorem, bunecná
  odpoved)
• katalyzují hydrolýzu terminální fosfátové
  skupiny (inaktivní GDP-proteiny)

• Heterotrimerní G proteiny
• spražené s receptory
• 3 podjednotky (a, ß, ?)
• a-pojednotka váže GTP,disociace a interakce
  s efektorem

GTP
8

• Malé GTPázy
• GDP/GTP-regulované molekulární prepínace (stav
  vypnuto a zapnuto)
• dva konformacní stavy, zásadní pro jejich
  biologickou funkci

GTP-protein zapnuto
GDP-protein vypnuto

• Regulacní proteiny
• GEFs (guanine nucleotide exchange factors)
• urychlují výmenu nukleotidu
• GAPs (GTPase-activating proteins)
• urychlují GTP hydrolýzu
• GDIs (guanine nucleotide dissociation
  inhibitors)
• inhibují výmenu nukleotidu

9

• Klasifikace malých GTPáz
• Známo pres 150 proteinu
• Ras nadrodina príbuzných proteinu, rodiny malých
  GTPáz
• Ras, Rab, Rho, Arf, Rad, Ran, Rheb, Rit

10
(No Transcript)
11
Lipidová posttranslacní modifikace malých GTPáz
(prenylace)

1. Farnesyltransferasa (Ras) kovalentní navázání
   C-15 farnesyl isoprenoidu (F) na cystein motivu
   CAAX
2. Geranylgeranyltransferasa I (Rho) kovalentní
   navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na
   cystein motivu CAAX
3. Geranylgeranyltransferasa II (Rab) kovalentní
   navázání C-20 geranylgeranyl isoprenoidu na
   cystein motivu CC, CXC, CCX, CCXXX

12

• Guanine nucleotide exchange factors (GEFs)
• Regulují aktivaci malých GTPáz a návaznou
  bunecnou odpoved
• Usnadnují výmenu volného GTP za vázaný GDP

13
Ruzné extracelulární signály aktivují Ras pomocí
aktivace odlišných Ras GEFs

• Všechny Ras GEFs mají CDC25 homologickou doménu,
  která katalyzuje výmenu nukleotidu
• Ruzné Ras GEFs jsou aktivovány odlišne

14

• GTPase activating proteins (GAPs)
• Urychlují hydrolýzu malých GTPáz
• Obsahují katalytickou doménu a prídavné domény
  duležité pro regulaci

• Mutované Ras proteiny u lidských karcinomu
  (substituce glycinu 12 nebo glutaminu 61) -
  nereagují na GAPs stimulaci - pretrvává
  konformace zapnuto - deregulace bunecných deju

15
Struktura malých GTPáz Funkcní domény H-Ras

1. G doména 4 sekvence, odpovedná za vázání GTP a
   GTPázovou aktivitu
2. Motiv CAAX Ras a Rho
3. Efektorová doména vazba s efektorem
4. Switch I a II odpovedné za zmenu konformace mezi
   GDP a GTP- proteinem
5. RHO sekvence

16

• Ruzné funkce malých GTPáz
• Rozdílné spektrum bunecných funkcí
• 1. Ruzné GEFs a GAPs, které jsou aktivovány
  primárním signálem
• 2. Ruzné efektory, které vyústí v mnoho
  odlišných bunecných odpovedí

Prehled funkcí nekterých malých GTPáz Ras
bunecná proliferace a diferenciace Rab, Arf, Sar
membránový transport (sekrece, endocytosa) Ran
regulátor nukleocytoplasmatického transportu Rho
cytoskelet (regulace metabolismu aktinu), bunecná
morfologie, bunecný pohyb
17

• Ras GTPázy
• Funkce bunecná proliferace a diferenciace
• Casté mutace Ras proteinu u nádoru (nejvíce
  studovány)

• Mutace, které blokují GAPs a hydrolysu GTP,
  udržují Ras proteiny v poloze zapnuto (nalezeny
  u ruzných tumoru)

18
Efektory Ras proteinu
Ras funguje jako signální uzel
1. Konvergují v nem ruzné signály Rustové
faktory (epidermální rustový faktor,
destickový rustový faktor) Hormony
(insulin) Cytokiny (interleukin-1) Proteiny
extracelulární matrix (pres integriny)
2. Aktivuje rozdílné efektory a bunecné
deje Raf serin/threonin kináza (aktivuje
Raf/Mek/Erk kinázovou kaskádu regulace
bunecného rustu) Fosfatidylinositol 3 kináza
(tvorba PIP3 regulace ruzných
drah) Fosfolipáza Ce (tvorba druhých poslu DAG a
Ca2) GEFs jiných GTPáz (kaskády malých GTPáz
Ral, Rac, Rab)
19

• Rab GTPázy
• (Ras homologue from brain)
• Funkce membránový transport
• Nejvetší rodina malých GTPáz (minimálne 60
  proteinu)
• Lokalizovány v organelách zapojených do sekrecní
  a endocytické kaskády

20
Bunecná lokalizace Rab GTPas
21

• Rab proteiny a nemoci
• Mutace Rab genu-poruchy membránového
  transportu-onemocnení
• Griscelli syndrom (AR)
• Pigmentové defekty (albinismus), porucha imunity,
  neurologická dysfunkce
• Mutace genu Rab27a (reguluje transport melonosomu
  do periferie melanocytu a sekreci lytických
  granul v T-lymfocytech) zpusobí ztrátu pigmentace
  a nekontrolovanou aktivaci T-lymfocytu
• Choroideremie (X vázaná)
• Degenerace pigmentového epitelu oka
• Defekt REP-1 genu (geranylgeranyl transferasa
  zodpovedná za prenylaci Rab27a v retinálním
  pigmentovém epitelu) vede k deficitu
  melanosomového transportu v pigmentovém epitelu a
  ztráta ochrany pred svetlem

22

• Rho GTPázy
• Rodina proteinu regulující metabolismus aktinu
• Funkce Regulace aktinového cytoskeletu (bunecný
  tvar a pohyb)
• Modulace nejruznejších bunecných deju
• 1. Bunecná migrace regulace metabolismu aktinu,
  koordinace aktivace mnoha Rho proteinu
• 2. Sekrece a endocytosa transport vesikulu
• 3. Proliferace a transformace úloha je zkoumána,
  invaze nádorových bunek

23

• Rho GTPázy Efektory Funkce v bunecné biologii
• RhoA, B, C ROCK I, II Aktin-myosinová
  kontraktilita,
• bunecná migrace
• Rac1, 2, 3 IRSp53 Polymerizace aktinu, tvorba
  lamelipodií, hybná síla bunecné migrace
• Cdc42 WASP/N-WASP Polymerizace aktinu, tvorba
  filopodií, sensorická úloha v bunecné migraci

24
Model Rho GTPasové aktivace efektoru Cdc42
navozená WASP aktivace a tvorba filopodií
25

• Otázky
• Princip funkce malých GTPáz, jejich cyklus,
  regulace, aktivace
• Nejznámejší rodiny malých GTPáz (funkce)
• Princip lipidové posttranslacní modifikace
• Struktura malých GTPáz
• Dusledek mutací Ras proteinu u lidských karcinomu
• Funkce Rab a Rho proteinu