Cell signaling

• Signalmoleküle sind Liganden (=Stoff, der spezifisch an einen Rezeptor bindet), die an spezifische Rezeptormoleküle binden
• Rezeptoren sind auf oder in der Zielzelle und werden von ihr bei Bedarf exprimiert
• Struktur der Signalsubstanzen in PFlanzen- und Säugerzellen sind sehr unterschiedlich

1. Reception / Erkennung
   1. Zelle erkennte Signalstoff in ihrer Umgebung.
      1. erfolgt duch Bindung an ein spezifisches Rezeptorprotein
2. Transduction / Übertragung
   1. Bindung des Signalmoleküls bewirkt eine strukturelle VEränderung des Rezeptors, was eine Signal-Übertragung bewirkt
      1. i.d.R. eine gaze Kaskade von Veränderungen => Signalübertragungsweg
      2. einzelne Moleküle des Signalübertragungsweges werden Überträgermoleküle genannt
3. Response / Antwort
   1. Signal löst spezifische Zell-Antwort aus
      1. Bsp:
         1. Katalyse eines Stoffwechselprozesses durch ein Enzym
         2. Umbau des Cytoskeletts
         3. Aktivierung oder Abschaltung bestimmter Gene

Endokrine Signalübertragung

• geht von Endokrinen Zellen (Drüsenzellen) aus => "Hormondrüsen"
• Signalsubstanzen sind Hormone, die über die Blutbahn zu den Zielzellen irgendwo im Körper verteilt werden
  • Abgabe direkt ins Blut, ohne Ausführungsgang
• Bsp:
  • Schilddrüse
  • Eierstöcke
  • Hoden
  • Pankreas
  • usw

Parakrine Signalübertragung

• Signalübertragung wirken lokal (lokaler MEdiator) über ECM
• Produziert von einer ZElle; Wirkungsort: Nachbarzellen
• Hormone gelangen nicht ns Blut
• Bsp:
  • Wachstumsfaktoren
  • Leydig-Zellen in den Hoden
  • usw

Autokrine Sekretion

• Signalsubstanzen werden von einer Zelle produziert, die sich damit selbst stimuliert
• wichtig zur INgangsetzung des Immunsystems
• Bsp:
  • T-Lymphozyten werden durch Ag-Stimulation zur Expression von Interleuk-2 angeregt, das Selbst-Proliferation stimuliert
  • unkontrolliertes Wachstum von Krebszellen

KOntakt-abhängige Signalübertragung

• Wechselwirkung von zwei benachbarten Zellen oder der Zelle und der ECM => Zellen stehen in Kontakt zueinander
• wichtig in der Regulation von Säugergeweben

• Hormon aktiviert Signaltransduktion
  • viele Schritte
• Schneeballprinzip
  • ein Molekül aktiviert mehrere andere, die ihrerseits wieder andere aktivieren...

• Signalmoleküle für Rezeptoren an der Zelloberfläche
  • wasserlöslich
  • induzieren Signalkaskaden im Zytoplasma
  • Bsp: Peptidhormone, Wachstumsfaktoren
• Signalmoleküle für intrazelliläre Rezeptoren
  • klein
  • hydrophob
  • können durch Membran diffundieren
  • brauchen Carrier für den Transport im Blut
  • Bsp: Steroidhormone

• Ligand bindet an G-Protein gekoppelter Rezeptor an der Zellmembran
• G-Protein (Guanin nucleotide bindung protein) wird durch Rezeptor aktiviert
  • 3 Untereinheiten (alpha, beta, gamma)
  • alpha-Unit hat ein GDP gebunden
  • Aktivierung durch KOnformationsänderung: GDP dissoziert und GTP kann binden
• GTP bewirkt KOnformationsänderung an G-Protein
• G-Protein kann nun die Aktivität von Target-PRoteine regulieren
• Target-Proteine aktivieren weitere Schritte der Signalkaskade
• alpha-Unit hydrolisiert GTP zu GDP und inaktiviert sich so
  • wird manchmald durch Regulator G-PRotein Signalling (RGS)
• inaktivierte alpha-Unit bindet wieder an beta/gamma-Unit
• Rezeptor kann immer wieder G-Protein neu stimulieren, so lange dieser aktiviert ist
  • nach langer Aktivierung wird Rezeptor durch Rezeptor-Thyrosinkinase (GRK) inaktiviert durch Phosphorilierung, selbst wenn noch Ligand gebunden ist
  • Phosphorilierter Rezeptor bindt an Arrestin, welche Bindungstelle von g-PRotein blockiert und so Rezeptor inaktiviert
• https://moodle.zhaw.ch/pluginfile.php/623752/mod_resource/content/1/ZellBio%2006d%20G-Protein%20Signaling.mp4

• vermitteln Signal von der Zelloberfläche ins ZEllinnere durch KOnformationsänderung oder Aggregation
• Signalmoleküle sind oft Wasserunlöslich und gross und daher nicht membrangägngig
• sind meist in der Plasmamembran

• phosphorilieren das Proteinsubstrat an Tyrosinrest
• Rezeptoren für die meisten Wachstumsfaktoren
• kontrolliert Zellwachstum, Zellzyklus und Zelldifferenzierung
• Aufbau:
  • extrazelluläre Ligandendomäne => N-Terminal
  • monomere transmembrane alpha-Helix
  • im Cytosol: C-terminale Domäne mit Proteintyrosinkinaseaktivität
  • Ausnahme: Insulinrezeptor besteht aus 2 alpha- und 2 beta-Ketten
• Aktivierung:
  • Liganden binden an 2 Rezeptoren => Dimerisierung der Rezeptoren
  • Dimerisierung führt zu Autophosphorilierung des Rezeptors
    • regulatorische Funktion: Erhöhung der Rezeptor-Protein-Kinase-Aktivität => wird noch aktiver
    • erzeugt neue spezifische Bindungsstellen zur intrazellulären Signalübertragung
  • Aktivierung der Downstream-Signalmoleküle über SH2-Domäne
    • Proteindomäne, die spezifische Proteininteraktionen vermittelt
  •  

-Synthese des Signalmoleküls => Bsp: Epinephrin, Wachstumshormone

-Sekretion des Signalmoleküls

-Transport des Signalmoleküls zur Zielzelle

-Binden des Signalmoleküls an einen spezifischen Rezeptor der Zielzelle

-Aktivierung eines oder mehrerer Signaltransduktions-pathways durch den aktivierten Rezeptor

-spezifische Veränderung der zellulären Funktionen, Metabolismus, oder Differenzierungsschritte während der Entwicklung

-Affinitätschromatographie: Insulin an Matrix gebunden. Zellinhalte mit Rezeptoren werden zugegeben. Dann wird geschaut was bindet

c) endokrin

a)

b)