Les 8: Celgroei en nutriëntenstress
• 1 miljard jaar geleden…
o 2 mogelijkheden als ééncellig organisme:
▪ Anabolisme versus Katabolisme
➢ 2 verschillende kinases bepalen deze keuze
ANABOLE signaalwegen geactiveerd KATABOLE signaalwegen geactiveerd
- Groei - recyclage van niet-essentiële
- Eiwitsynthese/lipidesynthese macromoleculen en organellen
- Celdivisie om nutriënten en energie te
- Opslagen van bouwstenen leveren
(glycogeen, triglyceriden…) vrijstellen van ATP
ATP wordt geïnvesteerd
• Inhoudstabel les 8:
o Mechanismen van nutrient sensing
▪ Aminozuur sensing: GCN2 en het mTOR systeem
➢ mTOR coördineert anabole signaalwegen in de cel
▪ Energie sensing: AMPK
➢ AMPK coördineert katabole signaalwegen in de cel
▪ Oxygen sensing: prolyl hydroxylase domain protein (PHD): zie les 9
Nutrient-sensing mechanismen
• Unicellulaire organismen direct blootgesteld aan omgeving, direct in contact met
voedingsstoffen
• Multicellulaire organismen geen direct contact - homeostatische mechanismen werkzaam
om te proberen bepaalde nutrienten zoals glucose binnen zeer nauwe range te houden
• Sensoren kunnen ofwel direct binden met bepaalde nutrienten ofwel indirect via een
surrogaat molecule (bv. insulin als signaal dat er veel glucose is in het bloed)
• Sensoren bestaan voor lipiden, glucose, aminozuren, zuurstof…
• We bekijken de werking van AMPK, GCN2, mTOR en aminozuursensoren, PHD…
1
,Aminozuur sensing
• Eiwitsynthese energetisch erg hoge kost
o Aminozuur specifieke aminoacyl tRNA synthetases (aaRS) zijn verantwoordelijk voor
laden van aminozuren op hun respectievelijke tRNA molecule
▪ Om aminoacyl-tRNA te krijgen, moeten hoge energie esterbond gevormd
worden tussen tRNA en aminozuur
➢ Daarvoor wordt het aminozuur eerst gekoppeld aan adenosine
➢ Dit vereist 1 ATP (per aminozuur)
• Cel wil ten alle prijze vermijden dat tijdens ribosomale synthese alles stil valt omdat bepaalde
aminozuren ontbreken
• Daarom dat aminozuur levels moeten gemonitored worden vooraleer eiwitsynthese start
• Hoe?
GCN2 detecteert lege tRNAs en fosforyleert eIF2a (eukaryotic initiaion factor)
• GCN2 detecteert afwezigheid van elk aminozuur, maar niet direct
o Wanneer er slechts lage niveaus zijn van een bepaald aminozuur kan het
overeenkomstige aminoacyl transfer RNA synthetase (aaRS) het tRNA niet laden
▪ Het lege tRNA wordt gedetecteerd door GCN2
➢ Activatie van GCN2 door lege tRNAs leidt tot een conformationele
verandering en activatie van zijn kinase domein
2
, • Actief GCN2 fosforyleert eIF2a
o Wat leidt tot een algemene inhibitie van protein synthese (links)
o Sommige mRNAs (o aAtf4) worden nog wel vertaald, wat leidt tot een verschuiving in
eiwitsynthese naar essentiële eiwitten (rechts) (zie ook UPR en ISR in les 9)
▪ Een aantal van die nieuw aangemaakte eiwitten zorgt voor de aanmaak van
nieuwe aminozuren
mTOR
De ontdekking van mTOR
• mTOR = mechanistic target of rapamycin
o rapamycin = anti-schimmel component geïsoleerd uit Streptomyces bacterie die
gevonden werd op Rapa Nui (Paaseiland)
o forward genetic screens leidden tot identificatie target of rapamycin
➢ fungi die resistent waren tegen rapamycin hadden mutaties in
mTOR1 en 2 en in FKBP eiwit
o rapamycine brengt eiwit (KFBP12) bij mTOR en blokkeert zo mTOR
• potent als anti-kanker middel (cytostatisch, niet cytotoxisch: maw enkel blokkeren van groei,
niet doden)
• potent als immunosuppressant bij transplantatie
3
• 1 miljard jaar geleden…
o 2 mogelijkheden als ééncellig organisme:
▪ Anabolisme versus Katabolisme
➢ 2 verschillende kinases bepalen deze keuze
ANABOLE signaalwegen geactiveerd KATABOLE signaalwegen geactiveerd
- Groei - recyclage van niet-essentiële
- Eiwitsynthese/lipidesynthese macromoleculen en organellen
- Celdivisie om nutriënten en energie te
- Opslagen van bouwstenen leveren
(glycogeen, triglyceriden…) vrijstellen van ATP
ATP wordt geïnvesteerd
• Inhoudstabel les 8:
o Mechanismen van nutrient sensing
▪ Aminozuur sensing: GCN2 en het mTOR systeem
➢ mTOR coördineert anabole signaalwegen in de cel
▪ Energie sensing: AMPK
➢ AMPK coördineert katabole signaalwegen in de cel
▪ Oxygen sensing: prolyl hydroxylase domain protein (PHD): zie les 9
Nutrient-sensing mechanismen
• Unicellulaire organismen direct blootgesteld aan omgeving, direct in contact met
voedingsstoffen
• Multicellulaire organismen geen direct contact - homeostatische mechanismen werkzaam
om te proberen bepaalde nutrienten zoals glucose binnen zeer nauwe range te houden
• Sensoren kunnen ofwel direct binden met bepaalde nutrienten ofwel indirect via een
surrogaat molecule (bv. insulin als signaal dat er veel glucose is in het bloed)
• Sensoren bestaan voor lipiden, glucose, aminozuren, zuurstof…
• We bekijken de werking van AMPK, GCN2, mTOR en aminozuursensoren, PHD…
1
,Aminozuur sensing
• Eiwitsynthese energetisch erg hoge kost
o Aminozuur specifieke aminoacyl tRNA synthetases (aaRS) zijn verantwoordelijk voor
laden van aminozuren op hun respectievelijke tRNA molecule
▪ Om aminoacyl-tRNA te krijgen, moeten hoge energie esterbond gevormd
worden tussen tRNA en aminozuur
➢ Daarvoor wordt het aminozuur eerst gekoppeld aan adenosine
➢ Dit vereist 1 ATP (per aminozuur)
• Cel wil ten alle prijze vermijden dat tijdens ribosomale synthese alles stil valt omdat bepaalde
aminozuren ontbreken
• Daarom dat aminozuur levels moeten gemonitored worden vooraleer eiwitsynthese start
• Hoe?
GCN2 detecteert lege tRNAs en fosforyleert eIF2a (eukaryotic initiaion factor)
• GCN2 detecteert afwezigheid van elk aminozuur, maar niet direct
o Wanneer er slechts lage niveaus zijn van een bepaald aminozuur kan het
overeenkomstige aminoacyl transfer RNA synthetase (aaRS) het tRNA niet laden
▪ Het lege tRNA wordt gedetecteerd door GCN2
➢ Activatie van GCN2 door lege tRNAs leidt tot een conformationele
verandering en activatie van zijn kinase domein
2
, • Actief GCN2 fosforyleert eIF2a
o Wat leidt tot een algemene inhibitie van protein synthese (links)
o Sommige mRNAs (o aAtf4) worden nog wel vertaald, wat leidt tot een verschuiving in
eiwitsynthese naar essentiële eiwitten (rechts) (zie ook UPR en ISR in les 9)
▪ Een aantal van die nieuw aangemaakte eiwitten zorgt voor de aanmaak van
nieuwe aminozuren
mTOR
De ontdekking van mTOR
• mTOR = mechanistic target of rapamycin
o rapamycin = anti-schimmel component geïsoleerd uit Streptomyces bacterie die
gevonden werd op Rapa Nui (Paaseiland)
o forward genetic screens leidden tot identificatie target of rapamycin
➢ fungi die resistent waren tegen rapamycin hadden mutaties in
mTOR1 en 2 en in FKBP eiwit
o rapamycine brengt eiwit (KFBP12) bij mTOR en blokkeert zo mTOR
• potent als anti-kanker middel (cytostatisch, niet cytotoxisch: maw enkel blokkeren van groei,
niet doden)
• potent als immunosuppressant bij transplantatie
3
