Jan 14, 20 - Receptors - LIFESCI 3B03.docx

LECTURE 4 LIFESCI 3B03 Receptors January 14, 20 2014 Two­Way Communication Between CNS Neurons  − Presynaptic Terminal– characterized by vesicles containing NT; releases NT onto  postsynaptic terminal − Postsynaptic Terminal – has NT receptors (various types) to receive NT form  presynaptic terminal; signals back to presynaptic side by releasing neurotrophic factors  in an activity dependent fashion back to receptors on the presynaptic terminal   − Foot of the astrocyte – releases substances (like neurotrophic factors) into the cleft;  takes up excess neurotrophic factors, NTs, Ca++ etc in the cleft o Do not want excess – can be toxic or leak out of synapse causing unwanted  effects; want molecules to be very localized to only give rise to wanted  effects  o Excess Ca++ can be toxic to neurons − Always two way communication Peptide Hormones and NT Use G­Protein­Coupled Receptors (GPCR) − GPCR’s – transmembrane a­helices that are linked to 3 subunit G­proteins (a, b,  gamma) − When NT binds to a­helical multi­membrane spanning molecule, the molecule changes conformation and activates G­protein, by allowing the a­ subunit to separate from b and gamma subunit − G­protein coupled to inner leaflet of membrane  Growth Factor and Cytokine Receptors are Receptor Tyrosine Kinase (RTKs) − RTK found on many cells of the body − Intracellular domain has tyrosine residues that can be phosphorylated upon activation − Growth factor or cytokine binds to receptors – monomeric in membrane; dimerize when bound to  signaling molecule − Purpose of the ligand (growth factor or cytokine) – to dimerize molecule so that they can  phosphorylate each other Classes of RTKs  − Uncontrolled signaling cause oncogenes – how they were discovered − Trk receptor family – neurotrophic factors o Particularly neurotrophins  − RET receptor family – neurotrophic factors o GDNF family − Cytokine receptor family – neurotrophic factors and cytokines o Cytokines such as interleukins − Eph receptor family – axon guidance − EGF receptor family (erbb family) – epidermal growth factor; mitogen o Mitogen – causes cell proliferation; opposite of a factor that causes differentiation (to differentiate, cell stops dividing; to proliferate cell  must dedifferentiate) − FGF receptor family – fibroblast growth factor 1 LECTURE 4 LIFESCI 3B03 − VEGF receptor family – vascular endothelial growth factor o Blood flow to cells; particularly in the brain − PDGF receptor family – platelet0derived growth factor − Insulin receptor family – insulin­like growth fators  − HGF receptor family − AXL receptor family − LTK receptor family − TIE receptor family − ROR receptor family − DDR receptor family − KLG receptor family − RYK receptor family − MuSK receptor family Trk and p75 Receptors for Neurotrophin Ligands  − Figure 1 o Trk bind to neurotrophins (NGF, NT4, BDNF, NT3)  o Some cross reactivity; BDNF binds poorly to TrkC, but well to TrkB  Add high levels of neurotrophins, can get it to bind to a Trk receptor  o p75 – protein, molecular weight 75 kilo­Dalton  Does not have intracellular tyrosine domain  ▯has death domain   (involved in cell death)  Binds all 4 neurotrophins equally Figure 2 o Dimerizing receptors cause phosphorylation, leading to signaling pathways o Cell with Only Trk receptor – that is the signaling you get o Cell with only p75 – with neurotrophin binding, get many signals (one of which,  is cell death) o Cell with Trk receptor and p75 – p75 has a high affinity for Trk; p75 and Trk form  a complex that can bind neurotrophin stronger than Trk alone  ▯enhanced Trk   signal and ligand binding NTR P75  is a co­receptor − Number of co­receptors in neurons  o Co­receptor – receptor that can bind in concert with a number of other receptors  o P75 is the co­receptor o Trk, Sortilin, NogoR and LINGO­1 are receptors − P75 can bind to many receptors – signals differently, depending on receptor it is bound to; can modify signaling of receptors  o p75NTR = p75 neurotrophin receptor; referred to as p75 o p75NTR– bind neurotrophins by itself; it initiates a set of signaling pathway (cell death in some cells, myelination in others) 2 LECTURE 4 LIFESCI 3B03 NTR o p75 /Trk – neurons form high affinity complex; binds neurotrophins; enhances Trk signaling (pro­survival signal) o p75NT/sortilin – binds uncleaved/pro­neurotrophins causing cell death  Sortilin – intracellular sorting pathways; traffic proteins between different secretory or degradative pathways through the cell − Survival or cell death, depending on ligand (neurotrophin or pro­neurotrophin) and depending on binding to Trk or Sortilin NTR − NogoR/p75 /LINGO­1 – inhibition of neurite outgrowth o Poor regeneration in the spinal cord – myelin associated proteins bind to complex, which prevent regeneration and growth of axon and  dendrites NTR ProNGF and NGF bind two types of receptor: TrkA and p75 − Nerve growth factor bound to TrkA and p75 o p75 on its own = apoptosis  o TrkA = combination of p75 or by itself; NGF dimerizes TrkA and get survival and neurite  outgrowth − ProNGF (precursor to NGF) – binds more strongly to p75 than TrkA o Cell that has only p75 – causes cell death o Only little Trk – cause cell death − NGF – binds more tightly to Trk – almost always survival and neurite outgrowth  Functions of GDNF (glial derived neurotropic factor) − Supports survival and function of CNS dopaminergic neurons and spinal motor neurons o CNS dopaminergic neurons – important for mood disorders or neurodegenerative disorders − GDNF over­expression in muscle increase the number of motor­axons innervating neuromuscular junctions − Hirschprung disease is a developmental disorder of the enteric nervous system due to failure in migration of neural­crest derived GDNF­responsive  cells into the GI tract o Enteric nervous system – in digestive system o When cells migrate during development, they are GDNF responsive (GDNF tells them where to migrate) o Mutation of GDNF – do not get innervation of gut = Hirschprung Disease; defects in brain − Mouse knockout of GDNF lacks kidneys  o Knockout of GDNF – no kidneys; required for kidney  GDNF Promotes Motor Nerve­Neuromuscular Junction Innervation − GDNF required for innervation  − Overexpress GDNF in muscle – leads to hyper­innervation − Peripheral nerve injury; if a nerve that goes to skeletal muscle is cut, GDNF is required to regrow motor axon and re­innervate neuromuscular  junctions GDNF Family Receptors  − 4 different co­receptors o Bind 4 different ligands  o Do not signal by themselves o Linked to the membrane by GPI anchor (short, lipid soluble tails that are  imbedded in the membrane and keep the co­receptors at the membrane surface) o Are cleavable (when cleaved, co­receptor and ligand floating off leads to  certain consequences) − Co receptors bound to their ligands can bind to RET (RTK) that has a kinase domain and  can get phosphorylated when dimerizes o Unlike Trk, RET needs a co­receptor to dimerize with another RET o Ligand binds to co­receptor to dimerize RET − Figure 1 o Motor