Samenvatting CEL 4 cel-celcommunicatie

CEL IV – CEL-CEL COMMUNICATIE
1 Algemeen overzicht van cel-cel communicatie
De basisprincipes van cel-cel communicatie zijn sterk geconserveerd! Ligand-receptor interacties
Quorum sensing
Quorum: minimum aantal leden dat aanwezig moet zijn om in een vergadering te kunnen besluiten
Lage densiteit (planktonisch) <-> hoge densiteit (symbiontisch)

1.1 Types van cel-cel communicati e
1.1.1 Via gespecialiseerde, directe verbindingen tussen cellen
Gap junctions: opgebouwd uit tientallen tot duizenden kanaaltjes in plasmamembraan cellen, die
directe verbinding tussen cytoplasma vormen
 Opgebouwd uit connexons (buisvormige eiwitverbindingen)
o Opgebouwd uit integrale membraaneiwitten, connexines
 Snelle uitwisseling kleine signaalmoleculen bv Ca 2+ en cAMP, glucose
o Celgroepen synchroon en snel reageren op stimulus

1.1.2 Via extracellulaire signaalmoleculen
Gesynthetiseerd en gesecreteerd door signalerende cel, herkend
door membraanreceptoren op doelwitcellen
 Type respons verschillend van cel tot cel: bepaald door
signaaltransductoren
o Beinvloeden doelwit-eiwitten
o Leidt tot gewijzigde functies in cytosol

Stappen communicatie via extracellulaire signalen
1. Synthese signaalmolecule
2. Secretie van signaalmolecule
3. Transport naar doelwitcel
4. Binding op een specifieke receptor, en activatie van deze
receptor
5. Activatie/synthese van signaaltransductie-eiwitten en
kleine moleculen
6. Activatie effector-eiwitten
7. Korte termijneffect (wijziging cellulaire functie,
metabolisme, motiliteit) of lange termijn effect
(wijziging genexpressie, ontwikkeling)
8. Uitdoven van signaal door negatieve feedback
9. Uitdoven van signaal door verwijdering ligand

1.2 Endocrien/Paracrien/Synapti sch/Autocrien/Direct
Endocrien: signaalmoleculen worden hormonen genoemd en worden
geproduceerd door gespecialiseerde cellen in endocriene organen (klieren)
 Transport naar verafgelegen doelwitcellen via bloedbaan

Paracrien: signalisatie beperkt door cellen in onmiddellijke omgeving
 Veroorzaakt door snelle opname, afbraak of immobilisatie
 Werking interferonen bij antivirale bescherming




1
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE

,Synaptische communicatie: gespecialiseerde vorm van paracrien
 Neurotransmitter gesecreteerd in synaptische spleet
 Overdracht elektrische impulsen tussen zenuwcellen
 Uiterst snel en gericht

Autocrien: type groeistimulatie dat vaak voorkomt bij cellen in
weefselkweek
 Liganden werken in op dezelfde cellen waardoor ze
gesecreteerd worden
 Groeifactoren werken op deze wijze
 Aberante autocriene stimulatie kan bijdragen tot
celtransformatie (kanker)

Direct/plasma-membraan verankerde liganden: signaalmolecule blijft membraangebonden
 Haematopoiese: groeistimulatie van stamcellen en vroege progenitoren via direct contact
met stromale cellen
 Rol tijdens de ontwikkeling organisme

1.3 Bindings- en eff ector-specifi citeit
Bindings-specificiteit
 Liganden binden op unieke, specifieke receptoren
 Moleculaire complementariteit: ionaiare-, Van der Waals-, hydrofobe interacties
 Niet absoluut: een ligand kan verschillende receptoren hebben, een receptor kan
verschillende liganden binden!

Effectorspecificiteit
 Binding v eenzelfde ligand op eenzelfde receptor op verschillende centimes kan verschillende
effecten hebben op deze celtypes!
 Het resultaat v ligand/receptor activatie is afhankelijk v cel-specifieke intracellulaire
signaalmoleculen
 Sommige liganden hebben verschillende receptoren, die verschillende responsen (op
verschillende celtypes) uitlokken
 Redundantie= meerdere, verschillende ligand/receptor interacties op eenzelfde cel leiden tot
dezelfde cellulaire respons -> verklaren door gebruik dezelfde signaaltransductoren
 Pleiotropie = eenzelfde ligand-receptor interactie op verschillende cellen leiden tot
verschillende responses
Gecombineerd activeren van sets van receptoren bepaalt
de finale uitkomst

Signalen A,B en/of C zijn vereist voor overleving

Gecombineerd met signalen D en/of E leidt tot celdeling

Gecombineerd met F en/of G tot celdifferentiatie

Afwezigheid van signalen leidt tot apoptose


Liganden
o Geen verdere functie (buiten binding en activatie v receptoren)
o Ligand-afbraak: beëindigen v signalisatieproces


2
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE

,1.4 Algemene eigenschappen van ligand/receptor systemen
1.4.1 Classifi cati e van liganden
1.4.1.1 Lipofiele hormonen met intracellulaire receptoren
Kleine, lipofiele hormonen kunnen vrij doorheen plasmamembraan en nucleair membraan
diffunderen
 Interageren in cel met cytosolische of nucleaire receptoren
 Vb steroïden (cortisol, oestradiol, testosteron,..), thyroxine en retinoïne-zuur

1.4.1.2 Lipofiele hormonen met celmembraan-gebonden receptoren
Prostaglandines: 20-C bevattende eicosanoïd hormonen, afgeleid van arachidonzuur
 Kunnen niet doorheen plasmamembraan diffunderen
o Binden op specifieke membraan-gebonden receptoren

1.4.1.3 Wateroplosbare hormonen met celmembraan-gebonden receptoren
Zeer uitgebreide groep van kleine, geladen moleculen
 Bv adrenaline en histamine, peptide- en polypeptide hormonen (Glucagon, insuline,
groeifactoren, cytokines)

1.4.2 Classifi cati e van receptoren
1.4.2.1 Membraan-verankerde receptoren
1.4.2.1.1 Ion-kanaal gekoppelde receptoren
Ligand-binding leidt tot openen of sluiten van membraanporiën
 Specifieke ionen migreren door membraan
o Membraanpotentiaal gewijzigd
 Activatie door structuurwijziging receptor
 Vaak gebruikt bij neurotransmitters bv acetylcholine-receptor

1.4.2.1.2 G-eiwit gekoppelde receptoren
Ligand-binding leidt tot activatie van G-eiwitten
 -> Enzymes aan/afschakelen, die specifieke signalen sturen of Ion-kanalen aan- of
afschakelen
 Leidt tot wijziging membraanpotentiaal
 Liganden meestal klein
 Activatie door inductie van structuurwijziging




1.4.2.1.3 Receptor met enzymatische werking
 Receptoren hebben intrinsieke enzymatische activiteit of binden een enzyme
 ligand binding activeert het receptor(-geassocieerde) enzyme
 liganden zijn polypeptiden, bv. groeifactoren, cytokines, …
 activatie door wijziging in receptorclustering bv. dimerisatie
 meestal hebben de receptoren intrinsieke kinase activiteit, doch er zijn ook receptoren met
fosfatase, guanylaatcyclase en RNase activiteit




3
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE

, 4
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE

,1.4.2.1.4 Receptoren die “signaalplatformen” vormen
Geen intrinsieke enzymatische activiteit of rechtstreekse interactie met kinasen, maar adaptor-
eiwitten
 Vormen brug tussen receptor en kinasen
o Receptoren vormen oligomere clusters in celmembraan
 Dienen als platform voor aanmeren verschillende adaptoren, die de
verbinding met andere signaaleiwitten mediëren
o Pro-inflammatoire mediatoren bv TNF-alfa en IL1bèta
o Toll-like receptoren (TLRs): herkennen pathogeen-geassocieerde moleculen

1.4.2.2 Cytoplasmatische/nucleaire receptoren
Lipofiele hormonen kunnen doorheen plasma- en nucleaire migreren en rechtstreeks binden op
intracellulaire receptoren, voorkomen is zeer variabel

1.4.3 Karakterisati e van ligand/receptore binding
Bepalen van bindingsaffiniteit
Na secretie komen liganden vrij in bloedstroom of interstitieel vocht en worden sterk verdund
 bindingsaffiniteit tussen ligand en receptor moet zeer hoog zijn

De associatie tussen R en L is omkeerbaar:


dissociatie- en associatieconstante: (bij evenwicht)
KD en KA zijn karakteristiek voor elke ligand/receptor interactie!!!

 Kd-waarde: ligandconcentratie waarbij helft receptoren gebonden ligand bevatten
 Bij endocrien hormoon: liganden die na secretie verdund worden in het bloed of interstitieel
vocht hebben over het algemeen een hoge affiniteit voor hun receptor (K D: 10-8- 10-10 M)
 Bij paracriene processen: neurotransmitters die worden geconcentreerd in de synaptische
spleet hebben een lage affiniteit voor hun receptor (K D 10-4- 10-6) -> neurotransmitters die
weg diffunderen worden sterk verdund waardoor ze ver af gelegen receptor onvoldoende
bezetten
 Detectie van receptoren op cellen gebeurt bij middel van radioactief gemerkte liganden ->
saturatie bindingscurve bekomen: onderscheid maken tussen specifieke, hoog-affiene
binding en niet-specifieke
 Overmaat niet-gemerkt ligand toe te voegen detecteren we alleen niet-specifieke
 Scatchard plot: vanuit saturatiecurve zowel aantal receptoren als bindingsaffiniteit
o Formule:
 als we (HR)/(H) uitzetten t.o.v
(HR) bekomen we rechte
 Rico is -Ka
 Snijpunt x-as is totaal
aantal receptoren R0


1.5 Algemene eigenschappen van signaaltransductoren
Signaaltransductie proces: ter hoogte van cytoplasmatische deel van receptoren, waarbij zowel
kleine metbolieten en ionen als complexe eiwitsystemen aan deelnemen
 Hoogte van cytoplasmatische deel receptoren




5
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE

, 1.5.1 Rol van signaaleiwitt en
Eiwitkinasen
 activatie → fosforylatie-patroon cytosolische eiwitten
 2 types op basis van substraat-specificiteit: Tyr kinasen & Ser/Thr kinasen
o Katalytische plaatsen vergelijkbaar
 Duale activiteit: overdracht fosfaat vervult schakelfunctie: aanwezigheid P bepaalt werking
substraateiwit
 Farmacologische interventies: belangrijke therapeutische doelwitten voor kanker bv
leukemie
 Western blotting: eiwitten op basis van grootte gescheiden op acrulamide gel
o Replica eiwitten op gel overgebracht naar membraan
 Geprobed met antilichamen die fosfaat herkennen
o Fosforylatie van eiwitten volgen
 Nagaan welke AZ gefosforyleerd worden in eiwit → antilichamen die specifiek P- AZ
herkennen
o Synthetische peptide van 15 AZ -> AZ van interesse dat gefosforyleerd werd
o Antilichamen maken door immunizatie peptide
 Geslecteerd door kruisreactie met niet-P peptide
o antilichaam zal niet alleen P-AZ herkennen, maar ook omringende

GTP-bindende eiwitten
 komen voor in associatie met GTP of GDP -> signalen leiden
tot GTP ↔ GDP uitwisseling-> activatie eiwit
 Uitschakeling door intrinsieke (vb G eiwitten) of extrinsieke
(vb Ras) GTPase activiteit
 GEFs en GAPs regelen GTP/GDP uitwisseling
 fosfaat heeft schakelfunctie

Adaptor eiwitten
 bezitten zelf geen katalytische activiteit doch vervullen een brugfunctie tussen verschillende
receptoreiwitten
 bezitten vaak geconserveerde domeinen die instaan voor intermoleculaire interacties: SH2,
SH3, PH,…

“Scaffold” eiwitten of skeleteiwitten
 brengen groepen eiwitten op een geordende manier samen zodat ze hun specifieke functie
efficiënter kunnen uitvoeren

1.5.2 Rol van secundaire boodschappers
 kleine moleculen met korte levensduur
 ligand/receptor interactie leidt tot wijziging in de intracellulaire concentratie van deze
tweede boodschappers
 de tweede boodschappers moduleren op hun beurt de activiteit van signaaleiwitten
 ‘primaire boodschappers’ zijn de liganden




6
CEL IV – MOBI – CEL-CEL COMMUNICATIE