a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP

az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A KALCIUM JEL

az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Berki Tímea és Boldizsár Ferenc

Jelátvitel

A Ca ²⁺ fiziológiás szerepe I.

• S. Ringer: Ca ²⁺ jelenlétében a békaszív órákig megtartja aktivitását

• Locke: a Ca ²⁺ eltávolítása gátolja a neuromuszkuláris transzmissziót

• Kamada és Kimoshita (1943): Ca ²⁺ bevitele az izom rostokba a rostok összehúzódását

eredményezi

• Otto Loewi: “Ca ²⁺ ist alles.” (A Ca ²⁺ minden.)

• Ca ²⁺ -a “második” másodlagos messenger

A Ca ²⁺ fiziológiás szerepe II.

• 3 formában található a szervezetben:

– Szabad – Kötött

– Komplexek részeként (hidroxiapatit a kalcifikálódott szövetekben pl.

csontok, fogak)

• Hiperkalcémia: csökken a neuromuszkuláris átvezetés, szívizom diszfunkció, letargia

• Hipokalcémia: a membránok ingerelékenysége ↑, tetániás rohamok, halál

[Ca ²⁺ ] [Mg ²⁺ ] Plazma, extracelluláris folyadék 1-2mM 1mM

Intracelluláris citoplazmatikus 50-100nM 0,5-1mM

Intracelluláris raktár 30-300mM

Citoplazmatikus Ca ²⁺ alacsonyan tartása

• Ca ²⁺ -ATPázok

– Plazma membrán – ER (SERCA)

• Na ⁺ /Ca ²⁺ kicserélő – Plazma membrán

• Ionofórok:

– lipid-oldékony, membrán-permeábilis ionhordozók

– pl. A23187 (524kDa), ionomycin (709kDa) Streptomyces-

ből izolálták

Az intracelluláris Ca ²⁺ mérése

• Ca ²⁺ -szenzitív fotofehérjék: Aequorin (Aequoria victoria) – Ca ²⁺ -kötés esetén kék fényt emittál

– Előbb célsejtbe kell mikroinjektálni (pl. óriás tintahal axon)

• Fluoreszcens indikátorok : Quin-2, Fura-2 (UV); Fluo-3 (látható fény)

– Sejtszuszpenzió esetén használható – a kapott jel az

egyedi szinkronizálatlan események összességét mutatja – Egy sejt vizsgálata – fluoreszcens/konfokális mikroszkóp

• Genetikailag tervezett indikátorok:

– Aequorin- transzfektált sejtek

– Kalmodulin- miozin könnyű lánc kináz-GFP

Ca ²⁺ -csatornák az ER-ben

• Rianoidin receptor (RyR): 4x560kDa

– Ingerelhető sejtekben (váz -és szívizom)

– Modulátorok: Ca ²⁺ , ATP, kalmodulin, FKBP12 (immunofilin)

• IP ₃ receptor (IP ₃ R): 4x310kDa

Ca ²⁺ -beáramlás plazma membrán csatornákon keresztül

• Feszültség-függő csatornák (VOCC) – Ideg- és izomsejtek

– Depolarizáció hatására kinyílnak – L, N, P/Q, R és T típusú

• Receptor-függő csatornák (pl. Glutamát NMDA rec.)

• TRPM2 csatornák

– ADP-ribóz aktiválja

– Oxidatív stressz

Az intra/extracelluláris Ca ²⁺ - jelátvitel kompartmentjei, Ca ²⁺ -csatornák

ER csatorna

SERCA pumpa Ca²⁺-csatorna

(ligand-függő)

Szolubilis Ca²⁺-szenzor fehérjék

NCX

Belső Ca²⁺ készlet (~100 nM)

Sejtmag Ca²⁺ -csatorna

(feszültség-függő)

Ca²⁺

Ca²⁺ -csatorna (Ca²⁺-raktár

kiürülése szabályozza)

Ca²⁺

Külső Ca²⁺

készlet (mM)

Ca²⁺

MNCX

Mitokondrium Uniporter

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Endoplazmatikus retikulum

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Raktár-függő Ca ²⁺ -belépés (SOCE)

Raktár-függő Ca ²⁺ -belépés = kapacitatív Ca ²⁺ belépés (1986.)

• Ha az intracelluláris raktárok készlete csökken, a plazma membrán Ca ²⁺

-csatornái kinyílnak

– TRP (tranziens receptor potenciál) fehérjék

– CRAC (Ca ²⁺ felszabadulás aktiválta Ca ²⁺ -áram) csatornák pl. Orai 1 (33kDa)

– STIM1 (77kDa): ER transzmembrán fehérjéje, Ca ²⁺ - szenzor 3 potenciális mechanizmus ami STIM1 aktivációhoz vezet:

• Direkt interakció az ER és a plazma membrán között

• STIM1 mozgása az ER-ból a plazma membránba

• Szolubilis mediátor: CIF (Ca ²⁺ -influx faktor) (1993.)

Foszfolipáz C (PLC)

Hormon

Receptor Plazma membrán

Citoplazma

IP3 megnyitja a Ca

- csatornát

Simaizom endoplazmatikus retikulum lumene

IP3R

DAG PKC

PTI

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

IP

IP

GTP

b g a

G-fehérje

GTP

a

PLC

A Ca ²⁺ -jel számos útvonal része

NFAT MEF2

CBP p300 P HDAC Ca²⁺

RAS

IP3

Src

DAG Acetilkolin,

Glutamát, Szerotonin,

ATP

Ligand- függő csatorna Depolarizáció/

Feszültség Feszültség

függő csatorna DHPR

CRAC

Növekedési faktorok

RTK GPCR

Hormonok, Neurotranszmitterek

Hormonok, Neurotranszmitterek, Növekedési faktorok,

Ozmolaritás Fény, Szag, Íz

molekulák TRPC

TRPA TRPV

PMCA NCX CNG

Hipertrófia Gén expresszió

BCR TCR GPCR

ADP-ribóz, Arachidonsav,

Szfingozin

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

PIP2

PLCb PLCe

b g G14/15

Gq/11

cAMP ATP

AC

GTP cGMP

GC

GC Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

IP3R IP3R

IP3R

PMR1 RyR

RyR RyR

Ca²⁺

Na⁺/H⁺ cserélő

PTP Mitokondriális uniporter SERCA

Calm CamK-IV

Cain Ca²⁺

NAADP

GI/0

Gs,Golf, Gt

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

Ca²⁺

cADPR Sph

Ca²⁺

Ca²⁺

Antigén Antigén

CREB PKC

Ca²⁺

Na⁺

PIP2 PIP2 PIP2

DAG DAG DAG

PLCg PLCd

Ca ²⁺ által szabályozott cél fehérjék I.

Kalmodulin-függő:

• CaM kinázok

• EF2 kináz

• Foszforiláz kináz

• MLCK

• Kalcineurin→NFAT

• Plazma membrán Ca ²⁺ ATPázok

• Adenilát cikláz

• Ciklikus nukleotid foszfodiészteráz

• MAP-2

• Tau

• Fodrin

• Neuromodulin

• NOS

Ca ²⁺ által szabályozott célfehérjék I.

Kalmodulin-független:

• Kalpain (Ca ²⁺ -aktivált Cys proteáz)

• Szinaptotagmin – exocitózis

• DAG kináz – DAG inaktivációja

• Ras neuronális Ca ²⁺ szenzorok

• GEFek és GAPek

• Citoszkeletális fehérjék a-aktinin, gelszolin

A Ca ²⁺ - jelátvitel effektor mechanizmusai

Kalmodulin

Ciklikus nukleotid metabolizmus

Adenilát cikláz Ciklikus nukleotid

foszfodiészteráz

Ca

transzport

Plazma membrán Ca²⁺ ATPáz

Fehérje

defoszforiláció

Kalcineurin

Citoszkeleton

MAP-2 Tau Fodrin Neuromodulin

Nitrogén-monoxid képződés Fehérje

foszforiláció

Foszforiláz kináz Miozin könnyű lánc kináz

Ca

Ca ²⁺ a fototranszdukcióban

Plazma membrán

Citoplazma

Rodopszin Rodopszin*

Na⁺

cGMP

Ca²⁺

Ca²⁺

K⁺ 4 Na⁺

Ca²⁺

1 K⁺

cGMP-függő csatorna

Csatorna záródása Transzducin Transzducin*

PDE PDE*

Foton

Rodopszin*

P

ATP RK

Na⁺ pumpához

cGMP GTP

Guanilát cikláz

Na⁺, Ca²⁺, K⁺ kicserélő

5’GTP cGMP