Rezeptortyrosinkinasen. Prof. Dr. Albert Duschl

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Nicole Schumacher
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1 Rezeptortyrosinkinasen Prof. Dr. Albert Duschl

2 Wespentaillen-Proteine Viele Rezeptoren sind single-pass Transmembranproteine. Es ist ein Problem im Inneren der Zelle wahrzunehmen, daß auf der Zellaussenseite ein Ligand an einen solchen Rezeptor gebunden hat. Single-Pass Rezeptoren lösen ein Signal aus, indem sie Rezeptoroligomerisierung (oft Dimerisierung) bewirken. Es können Homo- oder Heterodimere auftauchen. Die Zelle kann intrazellulär zwischen monomeren und dimeren Rezeptoren unterscheiden. Die Konzentration an dimeren Rezeptorkomplexen liefert ein Maß für die Konzentration des Liganden ausserhalb der Zelle. A. Duschl

3 Rezeptor-Tyrosinkinasen Rezeptordimerisierung ist auch für die Aktivierung von Rezeptor- Tyrosinkinasen erforderlich. Bei diesen Rezeptoren enthält der intrazelluläre Anteil eine Tyrosinkinase-Domäne. Tyrosinkinasen sind wichtige Proto- Onkogene, weil es relativ einfach ist, sie durch Mutation konstitutiv zu aktivieren. Auch lösliche Tyrosinkinasen sind häufig mit onkogenen Veränderungen assoziiert. Lösliche Serin/Threonin-Kinasen und Serin/Threonin-Rezeptorkinasen sind seltener Proto-Onkogene, spielen aber auch eine grosse Rolle in der Signalübertragung. Alberts et al: Molecular Biology of the Cell

Phosphotyrosin Phosphotyrosin ist ein besser erkennbares Epitop als Phosphoserin oder Phosphothreonin. Tyrosinphosphorylierung wird in vielen Signalketten verwendet.

4 Phosphotyrosin Phosphotyrosin ist ein besser erkennbares Epitop als Phosphoserin oder Phosphothreonin. Tyrosinphosphorylierung wird in vielen Signalketten verwendet. Sie lässt sich zum Beispiel durch Western blotting mit anti-phosphotyrosin Antikörpern nachweisen. Häufige Targets für Tyrosinphosphorylierung sind Rezeptoren, Kinasen und Adaptermoleküle. Tyrosinkinasen werden oft aktiviert, indem sie von anderen Kinasen phosphoryliert werden. Stryer: Biochemistry From: Smerz-Bertling and Duschl, J. Biol. Chem. 270: (1995)

EGF Epidermal Growth Factor, EGF, ist ein Wachstumsfaktor. 53 Aminosäuren, 6.4 kda, 3 Disulfidbrücken. EGF und seine Verwandten bilden eine "EGF-fold" (siehe Bild).

5 EGF Epidermal Growth Factor, EGF, ist ein Wachstumsfaktor. 53 Aminosäuren, 6.4 kda, 3 Disulfidbrücken. EGF und seine Verwandten bilden eine "EGF-fold" (siehe Bild). Die aktive Form wird durch proteolytische Spaltung aus einem Membranprotein (Precursor) gebildet. Produziert von Monocyten, Niere, Speicheldrüsen, Gehirn und anderen Organen. Stimuliert Wachstum von epithelialen Zellen, hemmt Magensaftsekretion, fördert Wundheilung, embryonale Lidöffnung und Zahndurchbruch, vermittelt Proliferation und Differenzierung verschiedener Zellen. Wenn Sie mehr wissen wollen versuchen Sie es bei A. Muranyi, University of Oxford, UK

ErbB Die Mitglieder der ErbB Familie sind Rezeptor-Tyrosinkinasen, die Liganden aus der EGF-Familie binden. Avian erythroblastosis tumor virus trägt eine onkogene Version von ErbB1.

6 ErbB Die Mitglieder der ErbB Familie sind Rezeptor-Tyrosinkinasen, die Liganden aus der EGF-Familie binden. Avian erythroblastosis tumor virus trägt eine onkogene Version von ErbB1. ErbB1 = EGF Rezeptor = EGFR = HER. ErbB2 (HER2) ist ein noch potenteres Onkogen, aber man kennt keine hochaffinen Liganden (orphan receptor?). ErbB3 und ErbB4 binden hauptsächlich Neureguline. Unterschiedliche Kombinationen von Rezeptoren binden unterschiedliche Liganden. Yarden and Sliwkowski, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2: (2001)

Herceptin EGF Signale vermitteln für Tumorzellen erhöhte Zellteilungsrate, erhöhte Zellmigration (Metastasenbildung) und Resistenz gegen Apoptose.

7 Herceptin EGF Signale vermitteln für Tumorzellen erhöhte Zellteilungsrate, erhöhte Zellmigration (Metastasenbildung) und Resistenz gegen Apoptose. Überexpression von ErbB2 verstärkt diese Signale stark. Am wirksamsten sind Heterodimere zwischen ErbB2 und anderen Partnern. Bei starker Überexpression kommt es zu ligandenunabhängiger Dimerisierung. Herceptin (trastuzumab) ist ein humanisierter, hemmender Antikörper (CHO-produziert) gegen ErbB2, der ErbB2 mit 5 nm Affinität bindet und gegen EGF-abhängiges metastasiertes Mammakarzinom verwendet wird. Yarden and Sliwkowski, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2: (2001)

ErbB Signaltransduktion Bindung von EGF bewirkt am Rezeptor eine Konformationsänderung. Zwei ligandenbindende Rezeptoren können einen Dimer bilden.

8 ErbB Signaltransduktion Bindung von EGF bewirkt am Rezeptor eine Konformationsänderung. Zwei ligandenbindende Rezeptoren können einen Dimer bilden. Die intrazellulären Kinasedomänen werden dadurch zusammengebracht und aktivieren sich durch Transphosphorylierung. Die intrazellulären Domänen der Rezeptoren werden an mehreren Stellen phosphoryliert. Diese Phosphotyrosin-haltigen Motive binden nun cytoplasmatische Signalmoleküle. Signalmoleküle werden phosphoryliert und aktiviert. BioCarta

SH2 Domänen Signalübertragende Proteine binden oft an Phosphotyrosinhaltige Motive über eine spezifische PY-bindende Domäne, die SH2 Domäne. SH: src-homologie.

9 SH2 Domänen Signalübertragende Proteine binden oft an Phosphotyrosinhaltige Motive über eine spezifische PY-bindende Domäne, die SH2 Domäne. SH: src-homologie. Src ist eine lösliche Tyrosinkinase (c-src, p60 src ). SH1: Tyrosinkinase-Domäne. SH2: Phosphotyrosin-bindende Domäne. SH3: Domäne zur Bindung an prolinreiche Sequenzen. Src und verwandte Proteine (fyn, lck, hck, btk, yes u.a.) sind wichtige Protoonkogene. Wenqing Xu, Stephen C. Harrison & Michael J. Eck Nature 385: (1997)

PTB Domänen PTB (Protein Tyrosin Binding) ist ein anderer Typ einer Phosphotyrosin-bindenden Domäne. Sie kommen hauptsächlich in Adapterproteinen vor, wie Shc und IRS-1.

10 PTB Domänen PTB (Protein Tyrosin Binding) ist ein anderer Typ einer Phosphotyrosin-bindenden Domäne. Sie kommen hauptsächlich in Adapterproteinen vor, wie Shc und IRS-1. PTB Domänen binden normalerweise Phosphotyrosin innerhalb einer Sequenz Asn - Pro - X - PTyr. Bei SH2 Domänen ist die C-terminale Sequenz entscheidend für die Erkennung. Src selbst bindet zum Beispiel ideal an die Sequenz PTyr - Glu - X (Glu) - Ile. Stat6, eines unserer Forschungsobjekte, bindet mit seiner SH2 Domäne bevorzugt PTyr - Lys - X (Pro) - Phe. Weder SH2 noch PTB Domänen binden also beliebige Phosphotyrosine. Tony Pawson, Mount Siani Hospital and Cell Signaling Technology

Xiphophorus Xiphophorus bietet ein biologisches Modell der Entstehung von Hautkrebs. Plathys (X. maculatus) besitzen ein sexchromosomales Onkogen (Tu) und ein autosomales Tumor-Suppressor- Gen (R).

11 Xiphophorus Xiphophorus bietet ein biologisches Modell der Entstehung von Hautkrebs. Plathys (X. maculatus) besitzen ein sexchromosomales Onkogen (Tu) und ein autosomales Tumor-Suppressor- Gen (R). Bei Kreuzung mit dem eng verwandten Schwertträger (X. helleri) segregieren die Loci. Das Onkogen kann dann ein malignes Melanom auslösen. Der Tumorsuppressor ist unbekannt, das Onkogen wurde als Xmrk (Xiphophorus melanoma receptor kinase) beschrieben. Xmrk ist homolog zu ErbB im Menschen. Manfred Schartl, Biozentrum Würzburg

12 Xmrk Malitschek, Förnzler and Schartl, BioEssays 17: (1995) Was macht Xmrk zu einem Onkogen (was es ja selbst im gesunden Fisch ist)? Überexpression - führt zu stärkerer Stimulierung und sogar zu ligandenunabhängiger Aktivierung der Kinasen. Mutation - erhöht die Bindungsaffinität für den (unbekannten) Liganden, aktiviert die Kinase, aktiviert Signalproteine. Stimulierung durch Liganden - wie bei hormonabhängigen Tumoren, z.b. in Brustkrebs. Signalübertragungsmoleküle - durch Überexpression oder durch stärkere Bindung an den Rezeptor. Alle diese Mechanismen kommen in Xiphophorus-Tumorzellen vor, die relative Bedeutung im Fisch ist unklar.

13 PTK und Erkrankungen Aktivierung oder Überexpression von Proteintyrosinkinasen sind mit zahlreichen Arten von Krebs assoziiert. Viele bekannt Beispiele betreffen RTK (in dieser Liste EGFR, PDGFR, Her, VEGFR, IGF1-R). Auch lösliche PTK sind wichtige Onkogene, wie Bcr-Abl, Jak-2, Src und Yes. A. Levitzki, in "Signaling Networks and Cell Cycle Control", J. G. Gutkind Ed., 2000

14 RTK als drug targets Da deregulierte Rezeptor- Tyrosinkinasen in Tumoren so wichtig sind, handelt es sich auch um wichtige drug targets. Als Therapeutika kommen hauptsächlich Antikörper gegen die extrazellulären Domänen, oder selektive Inhibitoren der Kinaseaktivität in Frage. Iressa (Gefitinib) ist ein EGFR Kinase Inhibitor für Lungenkrebs, wirkt aber praktisch nur bei Patienten mit einem bestimmten Allotyp (Science 30. April 2004). Streit et al., BIOspektrum sp. ed. p. 501ff, 2004

Onkogene Transformation Prozentsatz der Tumorerkrankungen an deren Auslösung Rauchen beteiligt ist: Ungefähr ein Drittel. Inzidenz von Krebs in der Bevölkerung; Ein Drittel und steigend.

15 Onkogene Transformation Prozentsatz der Tumorerkrankungen an deren Auslösung Rauchen beteiligt ist: Ungefähr ein Drittel. Inzidenz von Krebs in der Bevölkerung; Ein Drittel und steigend. Jährliche Ausgaben für Krebsforschung in der EU: Ungefähr 1 Mrd. Jährliche Subventionen für Tabakfarmer (bis 2010) in der EU: Ungefähr 1 Mrd. (Nature 416:461 (2002)) Inzwischen abgeschafft: Das System ist doch lernfähig. Garrett Price, The New Yorker

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