Zhrnutie na Hormonálne signálne dráhy a G-proteíny

## Úvod Signálne dráhy G-proteínov a povrchové hormóny sú základom rýchlej bunkovej komunikácie. Tieto mechanizmy sprostredkúvajú odpoveď na hydrofilné hormóny a ďalšie ligandy, ktoré neprenikajú cez bunkovú membránu. Štúdium zahŕňa štruktúru receptorov, druhé posly a následné kaskády vedúce k fyziologickým efektom alebo patológiám. > Definícia: G-proteín je heterotrimérny proteín zložený z podjednotiek **α**, **β** a **γ**, ktorý prenáša signál z aktivovaného receptoru k intracelulárnym efektorom za spotreby GTP. ## Základné časti signalizácie na povrchu buniek ### Receptory a hormóny - Hormóny, ktoré sa viažu na povrchové receptory, sú väčšinou hydrofilné a zahŕňajú peptidové hormóny, glykoproteíny a malé médiátory. - Receptory sú transmembránové proteíny spojené s G-proteínmi (G-protein coupled receptors, GPCR). > Definícia: Povrchový receptor je membránový proteín, ktorý viaže vonkajší ligand a iniciauje intracelulárnu signálnu kaskádu. ### G-proteín – cyklus aktivácie 1. Neaktivovaný stav: G-proteín vo forme α-GDP + βγ asociovaný s receptorom. 2. Aktivácia: Ligand viaže receptor → receptor funguje ako GEF (guanín nukleotid exchange factor) → výmena GDP za GTP v α podjednotke → tvorba α-GTP a oddelenie od βγ. 3. Efektorová fáza: α-GTP alebo βγ viažu a regulujú efektory (enzýmy alebo iónové kanály). 4. Inaktivácia: α podjednotka hydrolyzuje GTP na GDP → reasimilácia do heterotriméru a príprava na nový cyklus. > Definícia: Efektor je molekula (často enzým alebo iónový kanál), ktorú priamo regulujú aktivované podjednotky G-proteínu a ktorá generuje druhého posla. ## Typy Gα podjednotiek a ich mechanizmy Použite nasledujúcu tabuľku na rýchle porovnanie. | Typ Gα | Hlavný efektor | Príklady mediátorov | Dôsledok na intracelulárne druhé posly | |---|---:|---|---| | Gαs | adenylátcykláza | ACTH, ADH, PTH, FSH, MSH, LH, glukagon, katecholamíny (β) | ↑ cAMP → aktivácia PKA | | Gαi | adenylátcykláza (inhibícia) | Ach (niektoré), angiotenzín II, somatostatin, katecholamíny (α2) | ↓ cAMP | | Gαq | fosfolipáza C (PLC) | oxytocin, vazopresín, gastrin, CCK, TRH, GnRH, katecholamíny (α1) | PLC → IP3 + DAG → ↑ Ca^{2+} a aktivácia PKC | | Gk (βγ) | iónové kanály (napr. K⁺) | muskarínový receptor v srdci (ACh) | otvorenie K⁺ kanálov → hyperpolarizácia | ### Mechanizmy druhých poslov - cAMP: vytvára ho adenylátcykláza z ATP; cAMP aktivuje proteínkinázu A (PKA), ktorá fosforyluje cieľové proteíny. - cGMP: tvorí ho guanylatcykláza z GTP; cGMP aktivuje PKG. - IP3 a DAG: vznikajú štiepením PIP2 fosfolipázou C; IP3 uvoľňuje Ca^{2+} z ER, DAG aktivuje PKC. > Definícia: Druhý posol je malá intracelulárna molekula (napr. cAMP, cGMP, IP3, DAG, Ca^{2+}), ktorá sprostredkúva signál od membránového receptora k cieľovým enzýmom. ## Proces aktivácie PKA cez Gαs a cAMP 1. Aktivovaný Gαs-GTP stimuluje adenylátcyklázu. 2. Adenylátcykláza premieňa ATP na cAMP. 3. cAMP sa viaže na regulačné podjednotky PKA, tie sa oddelia od katalytických podjednotiek. 4. Voľné katalytické podjednotky PKA fosforylujú cieľové proteíny → bunková odpoveď. ## Poruchy spojené s ADP-ribozyláciou Gα podjednotiek - Niektoré bakteriálne exotoxíny ADP-ribozylujú Gα podjednotky a spôsobujú ich trvalú aktiváciu alebo inaktiváciu. - Príklady toxínov: Vibrio cholerae (cholera toxín), Bordetella pertussis (pertussis toxín), Pseudomonas aeruginosa, C3 toxín z Clostridium botulinum. - Mechanizmus (Cholera): ADP-ribozylácia Gαs zabraňuje GTPázovej aktivite → α-GTP zostáva v aktivovanom stave → trvalá stimulácia adenylátcyklázy → nadprodukcia cAMP → zvýšené vylučovanie vody a iónov z epitelových buniek tenkého čreva → dehydratácia a hnačka. > Definícia: ADP-ribozylácia je posttranslačná modifikácia, pri ktorej sa ADP-ribóza prenesie na cieľovú bielkovinu, čo môže zmeniť jej funkciu. Fun fact: Niektoré baktérie využívajú ADP-ribozyláciu G-proteínov ako efektívnu stratégiu na manipuláciu so solným a vodným transportom hostiteľa, čo spôsobuje masívne hnačky a umožňuje ich šírenie. ## I