Intracellulære reseptorer. Arne Sunde Fertilitetsseksjonen St. Olavs Hospital Professor II, Institutt for laboratoriemedisin Barne og Kvinnesykdommer

Transkript

1 Intracellulære reseptorer Arne Sunde Fertilitetsseksjonen St. Olavs Hospital Professor II, Institutt for laboratoriemedisin Barne og Kvinnesykdommer

2 Forelesningen Litt på skjeve Startet som en forelesning om intracellulære reseptorer Vanskelig å forstå reseptorer uten å forstå differensiering. Vaskelig å forstå differensiering uten å vite litt om molekylærembryologi. Differensiering og Molekylærembryologi kan ikke foreleses i 1A.. Så blir nå

3 Hormonreseptorer Intracellulære reseptorer Transport proteiner Reseptorer Steroidhormon reseptor familien Differensiering Agonister og antagonister Og så lurer vi inn litt molekylærembryologi på slutten.

4 Transport/bindingsprotein Funksjon Transport i blod og kroppsvesker Regulering av konsentrasjon av frie hormoner Bare frie hormoner krysser plasmamembran og er tilgjengelige for reseptorbinding.

5 Bindingsproteiner Androgen binding protein (ABP) Binder androgener med høy affinitet Produsert av Sertoli-celler

6 Transportproteiner Corticosteroid binding globulin CBG, transcortin, 52 kda, høy affinitet for cortisol, lavere for aldosteron Sex hormon binding globulin (SHBG) Høy affinitet til androgener, binder også østrogener. Albumin Lav affinitet - høy kapasitet

7 Intracellulære reseptorer Steroidhormon familien Intracellulære regulatoriske proteiner Aktivert av Østrogener Androgener Progestiner Glucocorticosteroider Mineralcorticosteroider D-vitamin Tyroideahormoner Retinsyre

8 Steroidhormon -reseptorer

9 Intracellulære reseptorer Regulering av reseptornivå Ligandbinding Binding - translokasjon - gjenbruk Spesifikk kontroll Progesteronreseptoren kontrollerer østrogenreseptoren.. og omvendt

10 Intracellulære reseptorer Regulering av reseptornivå De ulike reseptorgenene har responsive element i promotorområdene som bidrar til ekspresjonskontroll.

11 Intracellulære reseptorer Regulering av reseptornivå Uterus/mamma Østrogenreseptor nivå korrelerer med østrogen nivå Progesteronreseptor syntese indusert av Østrogenreseptoren Progesteronreseptoren nedregulerer syntese av Østrogenreseptoren

12 Intracellulære reseptorer Heath-shock proteins - HSP Proteiner som binder seg til denaturerte regioner av varmedenaturerte proteiner Hindrer utfelling av denaturerte proteiner HSP90 regulerer reseptoraktivitet

13 Intracellulære reseptorer Steroidhormon reseptorfamilien Aktivering ved ligandbinding intracellulært

14 Intracellulære reseptorer det ulogiske Intracellulære regulatoriske proteiner transkripsjonsregulatorer Aktiveres ved binding av sin spesielle ligand Ekspresjon av reseptor(er) er cellespesifikk De ulike reseptorene har like akseptor sekvenser på DNA

15 Intracellulære reseptorer Steroid hormonreseptor responsive DNA element Positive element Glucocorticoid (GRE) Mineralcorticoid (MRE) Progesteron (PRE) Androgen (ARE) Østrogen (ERE) Negative element Glucocortiocoid 5 -GGTACAnnnTGTTCT-3 5 -AGGTCAnnnTCACT-3 A G C T 5 AT ACnnnnTGATC -3

16 Intracellulære reseptorer Steroidhormonreseptorer er transkripsjonsfaktorer. De regulerer RNA syntese

17 Ekspresjonskontroll proteinsyntese Transkripsjonsfaktorer Bindingssted for RNA-polymerasen boks - promotor Regulatoriske DNA sekvenser Brødteksten Koden for proteinsekvensen

18 Ekspresjonskontroll proteinsyntese

19 Intracellulære reseptorer Steroidhormonreseptorer er transkripsjonsfaktorer. De regulerer RNA syntese

20 Intracellulære reseptorer De ulike reseptorene har like akseptor sekvenser på DNA Hvorfor får vi ulik respons i en brystcelle og en prostataceller når østrogenreseptoren og androgenreseptoren binder seg til samme DNA sekvens?

21 Differensiering I Modifiseringer av DNA som gjør det lettere eller vanskeligere å initiere transkripsjon i visse områder Imprinting. metylering eukromatin/heterokromatin genomisk imprinting

22 Differensiering II Faktorer som regulerer gentranskripsjon transkripsjonsregulatorer forsterkere hemmere Faktorer som binder til mer eller mindre spesifikt til gensekvenser i promotorområder og regulerer transkripsjonen av gener som kontrolleres av promotoren.

23 Differensieringsinduktorer - eksempler Ekstracellulære signaler Hormonreseptorer på celleoverflaten Celle-celle kontakt RNA (ekstranukleært) Proteiner (transkripsjonsregulatorer) Småmolekylære induktorer via intracellulære reseptorer via direkte modifisering av transkripsjon ofte ved påvirkning av metyleringen i det regulatoriske området

24 Differensiering: Enkelte transkripsjonsfaktorer regulerer transkripsjonen av andre transkripsjonsfaktorer som igjen kan. Master switches

25 Differensiering M G 2 Cellesyklus G 1 S G 0 Differensiering Terminalt differensiert

26 Differensiering Ekstracellulære signal (f. eks hormoner) påvirker sannsynligheten for at en celle går inn i cellesyklus, står i G 0 eller differensierer. M Cellesyklus G 2 G 1 S G 0 Differensiering Terminalt differensiert

27 Differensiering M Differensieringsinduktorer + Cellesyklus G 2 G 1 G 0 + S + Differensiering Mitotiske aktivatorer Terminalt differensiert

28 Differensiering DNA og cytoplasma (epigenetiske faktorer) bør (må?) være synkrone dvs. fra samme del av cellesyklus M Cellesyklus G 2 G 1 G 0 Differensiering S Terminalt differensiert

29 Differensiering DNA og cytoplasma (epigenetiske faktorer) bør (må?) være synkrone, dvs. fra samme del av cellesyklus. Eksempel: Reproduktiv kloning ved kjerneoverføring G 0 Overføring av cellekjerne Umoden eggcelle Differensiert Klonet individ Moden eggcelle i G 0 I syklus Kan gi utvikling? Somatiske celler Moden eggcelle i cellesyklus

30 Genekspresjon - lekestove A1 B1 C1 D1 Turid A2 Bjarne A3 Knut Reidar B3 Stig Ove C3 Peppermø D3

31 Genekspresjon Transkripsjonsfaktorer Leikestove Gen: Turid regulert av 4 transkripsjonsfaktorer A1, B1, C1 og D1 positiv regulator :) tillater kopiering av genet negativ regulator :) forhindrer kopiering av genet Ekspresjon fra Turid når: Transkripsjonsregulatorene A1, og B1 og C1 er tilstede og D1 ikke er tilstede

32 Turid & Co Turid A1, B1, C1 og D1 Turid Koder for A2 Bjarne A1, B1, A2 Bjarne koder for A3 Knut Reidar A1 Knut Reidar koder for B3 Stig Ove B1, A2 Stig Ove koder for C3 Peppermø D1 Peppermø koder for D3

33 Leikestove animasjon A1 B1 C1 D1 Turid A1, B1,C1+, D1- A2 Bjarne A1, B1, A2 A3 Knut Reidar A1 B3 Stig Ove B1+, A2- C3 Peppermø D1+ D3

34 Differensiering Epigenetisk Master switches 5 3 Kode for transkripsjonsfaktor som regulerer transkripsjon av andre transkripsjonsfaktorer

35 Differensiering: Master switches 5 3 Transkripsjonsfaktor Master switch Koder for forskjellige transkripsjonsfaktorer

36 Differensiering : Kaskaderegulering 5 Master switch

37 Differensiering: Kaskaderegulering 5 Master switch

38 Differensiering: Kaskaderegulering De fleste gen kan kontrolleres av mange (10-15) ulike transkripssjonsregulatorer. Hver enkelt transkripsjonsregulator kan ha ulik styrke Hver enkelt celletype har en ulik fordeling av forskjellige transkripsjonsregulatorer Aktivering av sentrale regulatorgener (master switches) kan gi ulike fenotypiske effekter i forskjellige celletyper

39 Differensiering: Kaskaderegulering Steroidhormonreseptorer er transkripsjonsregulatorer som kan gi ulike fenotypiske effekter i ulike celler selv om de binder seg til samme DNA-sekvens

40 Androgener Testosteron (C 19 -steroid) OH (17β - hydroxyl) (3-keto) O Mannlig differensiering Maskulinisering Anabol effekt Libido (?)

41 Intracellulære reseptorer Androgener - antiandrogener O Testosteron OH CH 2 CH3 C=O O-C- CH 3 O - = O -N H C O = CH 3 C H - CH 3 C l Cyproteronacetat NO 2 CF 3 Flutamid

42 Intracellulære reseptorer: Androgener OH OH O CH 3 Testosteron OH O H 5a-Dihydrotestosteron O-COR O H Metenolon (anabol) O Nandrolon R= Decanoic acid O OH F OH CH 3 Fluoxymestron

43 Klinisk nøtt 17 år 46 XY Normalt testosteron nivå Hva er galt? Defekt androgenreseptor

44 Intracellulære respetorer: Progestiner Progesteron (C 21 -steroid) CH 3 C=O (17Acetyl) (3-keto) O Vedlikehold av endometrium Mamma, CNS etc.

45 = Intracellulære reseptorer: Progestiner CH 3 C O O Progesteron CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 OH C _ CH Desogestrel O CH 3 C O O-C-CHCH 3 O Medroxy progesteron acetat (MPA)

46 Intracellulære reseptorer Anti - progestiner CH 3 C O O Progesteron NH 2 OH C _ CH O RU-486

47 Østrogener : Østradiol OH 17β-Hydroxy HO 3-Hydroxy Kvinnelig differensiering Femininisering

48 Intracellulære reseptorer : Østrogener OH OH OH OH Østradiol O H Østriol OH C _ CH CH 2 CH 3 C C OH OH Ethinyløstradiol OH CH 2 CH 3 Diethylstilbestrol (DES)

49 Intracellulære reseptorer: Antiøstrogener - O-CH 2 -CH 2 -N - CH 2 -CH 3 CH 2 -CH 3 - O-CH 2 -CH 2 -N - CH 3 CH 3 Cl CH 2 -CH 3 Clomiphene Tamoxifen

50 Litt molekylærembryologi

51 Molekylærembryologi Er egget rundt?

52 Befruktete egg har et symmetriplan Pol-legemer Pronuclei Symmetriplan

53 Befruktete egg har gradienter av transkripsjonsfaktorer Symmetriplan

54 Befruktete egg har gradienter av transkripsjonsfaktorer Symmetriplan

55 Første celledeling gir datterceller med ulikt innhold av RNA og transkripsjonsfaktorer

56 Neste celledelinger øker forskjellene mellom cellene i innhold av transkripsjonsregulatorer

57 Fra 8 celle-stadiet gir parakrin stimulering posisjonseffekter: hver enkelt celle vet hvor den er

58 Fra 8 celle-stadiet gir parakrin stimulering posisjonseffekter: hver enkelt celle vet hvor den er

59 Embryo asymmetry Human embryos shows asymmetric distribution of Molecules believed to be important for establishing embryonic axes Antezac &Van Blerkom, Human Reprod 14, 429, 1999 (not surprising )

60 Human embryos Antezac &Van Blerkom Human Reprod 14, 429, 1999 Leptin ekspresjon ( A-L): (trofoblast funksjon aktiverer STAT 3 ) STAT3 ekspresjon (J-L) : (transkripsonsfaktor tidlig i embryoutvikling) Bcl--x ekspresjon (M-P) : (apoptosis protein) Bax ekspresjon (Q-U): (apoptosis protein) TGFβ2 ekspresjon (V-Y): transforming growth faktor β2

61 Definering av akser Initiale forskjeller i fordelingen av ulike transkripsjonsregulatorer gir tidlig forskjeller mellom celler i embryoet Utrykk av overflateproteiner og parakrin regulering gir posisjons-effekter - Definert hvor cellen hører hjemme - Unntak: sterke organiserende sentre

62 Tidlig embryo utvikling

63 Embryoplaten

64 Neuralfuren somiter - Segmenterende gener

65 Segmenterende gener Embryonale gener som koder for transkripsjonsfaktorer som induserer segmentering i embryoet. -somiter -rhombomere osb

66 Definering av akser I Drosophila er det gradienter av transkripsjonsregulatorer både i cranial - cudal og dorsal - ventral aksene Samme hos mammalia

67 Homeotiske gener Indusert av segmenterende geners genprodukt. Sterkt konserverte DNA regioner som koder for transkripsjonsfaktorer (61 aminosyrer) En region = homeobox

68 Homeotiske gener Oppdaget i Drosophila melanogaster. Homeoboxer er så sterkt konservert at humane homeobox gener fungerer korrekt i Drosophila (og antagelig omvendt).

69 Homeotiske gener Rekkefølgen av homeoboxer langs kromosomet er den samme som ekspresjonen av genene langs den embryonale aksen 5 3 caudalt cranialt

70 Homeobox i segmentering

71 Homebox i segmentering Homeo boxer I segmentering Posisjonen i cranial-caudal aksen defineres ved kombinatorikk av homeobox transkripsjonsfaktor ekspresjon

72 Homebox i segmentering b2,a2 Homeo boxer i segmentering Posisjonen i cranial-caudal aksen defineres ved kombinatorikk av homeobox transkripsjonsfaktor ekspresjon

73 Homebox i segmentering b2,a2 b3,a3,d4 Homeo boxer I segmentering Posisjonen i cranial-caudal aksen defineres ved kombinatorikk av homeobox transkripsjonsfaktor ekspresjon

74 Homebox i segmentering b2,a2 b3,a3,d4 b4,a4 b5,a5,c5 a6,b6,c6 b7 Homeo boxer I segmentering Posisjonen i cranial-caudal aksen defineres ved kombinatorikk av homeobox transkripsjonsfaktor ekspresjon

75 Definering av akser - Organiserende sentre Neuralfuren (primitive streak) definerer caudal - cranial aksen Neuralfuren er ansvarlig for den tidlige organisering av embryoet. Induserer utvikling av hodet (Lim-1, Homeobox gen) kroppen (dorsal-ventral - høyrevenstre) halen

76 Gener involvert i gastrulering og neuralrørs induksjon

77 Lim-1 null mutasjon

78 Definering av akser Ved utviklingen av neuralplaten blir cranial - caudal og dorsal - ventral aksene definert Det finnes egne Transkripsjonsregulatorer som definerer høyre - venstre aksene (nodal, lefty - TGFb familie) Kartagener syndrom Cilie defekt Broncopulmonale problem Infertilitet Situs inversus

79 Definering av akser - Organiserende sentre Neuralfuren (primitive streak) er et kraftig organiserende senter Transplantasjon av neuralfureceller inn i et annet embryo gir opphav til en ny kroppsakse (siamesiske tvillinger)

80 Homebox ekspresjon i ektremiteter

81 Akser i ekstremitetsutvikling