Клеточные рецепторы поверхности и связывание лигандов
Рецепторы клеточной поверхности — это трансмембранные белки, которые обнаруживают внеклеточные сигналы (гормоны, факторы роста, цитокины, нейротрансмиттеры и молекулярные паттерны) и преобразуют связывание лиганда во внутриклеточные биохимические ответы. Эта область описывает основные классы рецепторов на плазматической мембране и за ее пределами, а также события связывания, которые инициируют передачу сигнала.
Definition
Рецептор клеточной поверхности — это интегральный мембранный белок, который связывает специфический внеклеточный лиганд и посредством конформационного изменения или олигомеризации трансдуцирует это событие связывания во внутриклеточный сигнал, изменяющий поведение клетки.
Scope
Эта область исследует, как клетки получают химическую информацию из окружающей среды. Она охватывает основные семейства рецепторов клеточной поверхности (в частности, рецепторы факторов роста и рецепторные тирозинкиназы), этап связывания лиганда, который запускает активацию рецептора, рецепторы распознавания паттернов врожденного иммунитета, такие как Toll-подобные рецепторы, и, для контраста, цитоплазматические и ядерные гормональные рецепторы, лиганды которых пересекают мембрану. Это справочно-образовательный обзор биохимии рецепторов, а не руководство по клиническому ведению.
Sub-topics
Core questions
- Как рецепторы достигают специфичности и аффинности к своим лигандам?
- Какие структурные события преобразуют внеклеточное связывание во внутриклеточный сигнал?
- Как организованы основные семейства рецепторов и какие нижестоящие пути они задействуют?
- Как прекращается, десенсибилизируется и предотвращается конститутивная активность сигнализации?
Key concepts
- Аффинность и специфичность лиганда
- Конформационное изменение и олигомеризация рецептора
- Передача сигнала и вторичные мессенджеры
- Десенсибилизация и даунрегуляция рецептора
- Рецепторные тирозинкиназы
- G-белок-связанные рецепторы
- Рецепторы распознавания паттернов
- Ядерные и цитоплазматические рецепторы
Key theories
- Лиганд-индуцированная димеризация рецепторов
- Для многих однопроходных рецепторов, особенно рецепторных тирозинкиназ, связывание лиганда способствует димеризации рецепторов или реорганизации предварительно сформированных димеров, что приводит к сближению внутриклеточных киназных доменов, так что они могут трансфосфорилироваться и инициировать передачу сигнала.
Mechanisms
Внеклеточные лиганды связываются с эктодоменами рецепторов с характерным сродством и специфичностью. Связывание индуцирует конформационное изменение или способствует димеризации/кластеризации рецепторов, что распространяется через мембрану на внутриклеточную область. Однопроходные фермент-связанные рецепторы, такие как рецепторные тирозинкиназы, отвечают активацией своих цитоплазматических каталитических доменов и рекрутированием адаптерных и эффекторных белков; семитрансмембранные G-белок-связанные рецепторы вместо этого катализируют обмен нуклеотидов на гетеротримерных G-белках. Получающиеся каскады усиливают сигнал через киназы и вторичные мессенджеры и сходятся на факторах транскрипции и других эффекторах, в то время как механизмы обратной связи десенсибилизируют и интернализуют рецептор для прекращения ответа. Напротив, липофильные лиганды могут пересекать мембрану и взаимодействовать с цитоплазматическими или ядерными рецепторами, которые действуют непосредственно как лиганд-регулируемые факторы транскрипции.
Clinical relevance
Рецепторы клеточной поверхности и их лиганды лежат в основе большей части физиологии и часто являются точками дисрегуляции при раке, метаболических заболеваниях и воспалительных расстройствах; многие классы лекарств действуют путем агонизма или антагонизма рецепторов. Эта статья описывает биологию рецепторов на концептуальном уровне и не является основой для диагностических или терапевтических решений.
History
Концепция рецепторов берет свое начало в фармакологии конца XIX — начала XX веков, но молекулярная характеристика появилась с клонированием и секвенированием генов рецепторов с 1980-х годов. Открытие того, что рецепторы факторов роста обладают внутренней тирозинкиназной активностью, выяснение сигнализации G-белок-связанных рецепторов, определение суперсемейства ядерных рецепторов и идентификация Toll-подобных рецепторов как сенсоров паттернов в совокупности сформировали современную карту того, как клетки воспринимают свою среду.
Key figures
- Joseph Schlessinger
- Mark Lemmon
- Ronald Evans
- Shizuo Akira
Related topics
Seminal works
- lemmon-2010
- mangelsdorf-1995
- oldham-2008
- takeuchi-2010
Frequently asked questions
- Чем рецептор клеточной поверхности отличается от ядерного рецептора?
- Рецепторы клеточной поверхности — это мембранные белки, которые связывают лиганды на внешней стороне клетки и передают сигнал через мембрану, тогда как ядерные (и цитоплазматические) рецепторы связывают липофильные лиганды, которые пересекли мембрану, и обычно действуют непосредственно как факторы транскрипции.
- Почему связывание лиганда так часто включает димеризацию рецептора?
- Сближение двух молекул рецептора приводит к сближению их внутриклеточных сигнальных областей; для рецепторных тирозинкиназ это позволяет трансфосфорилирование, которое активирует киназу и создает сайты связывания для нижестоящих эффекторов.