Wie kann ein Ligand ein integrales Membranprotein sein?

Mein Hintergrund liegt in Mathematik und nicht in Biologie, also haben Sie bitte etwas Geduld mit mir. Ich arbeite derzeit an einem Projekt, das sich mit den Auswirkungen der Behandlung mit epidermalem Wachstumsfaktor (EGF) auf die Zellmigration befasst. Ich lese gerade eine Übersicht über die EGF-Signalübertragung ( Epidermal Growth Factor Receptor Targeting in Cancer: A Review of Trends and Strategies).von Chetan Yewale, et. al.), und es heißt: "Verschiedene Liganden können EGFR aktivieren ... Diese Liganden werden als integrale Membranproteine ​​exprimiert." Diese Aussage macht für mich absolut keinen Sinn und lässt mich an meinem Verständnis der Signalübertragung zweifeln. Ich stelle mir Liganden als frei schwebende Moleküle vor, die schließlich mit der Zellmembran in Kontakt kommen und sich an einen Rezeptor binden können. Aber ein Ligand, der als integrales Membranprotein exprimiert wird? Dies scheint meinem Verständnis von Liganden zu widersprechen, die (dachte ich) aus der Zelle freigesetzt werden, um mit Zellen zu signalisieren (seien es dieselben, benachbarte oder entfernte Zellen). Integrale Membranproteinliganden wären nur für die autokrine Signalübertragung nützlich, was meines Erachtens nicht auf EGF zutrifft.

Kannst du die Bewertung bitte verlinken?
Membrangebundene Liganden werden auch bei der Zell-Zell-Signalübertragung verwendet. Dies gilt insbesondere (aber nicht ausschließlich) für das Immunsystem, wo zirkulierende Immunzellen andere Zellen auf Anzeichen von beispielsweise Virusinfektionen „scannen“, die die Expression bestimmter Proteine ​​auf der Oberfläche der infizierten Zelle induzieren, die wiederum Liganden für Rezeptoren auf der Oberfläche der Immunzelle.
Du denkst an Hormone. Ligand ist eine viel breitere Kategorie von Dingen, die alles umfasst, was von einem Biomolekül gebunden werden kann.
Wow, ich muss sagen, dies ist mein allererster Beitrag zum Biologie-Stack-Austausch, und ich bin sehr beeindruckt von der Qualität (und sogar der Quantität der Antworten!!) Der Artikel, den ich beschrieb, ist sciencedirect.com/science/article/pii/ S0142961213009289
Diese Art von Liganden wirkt über juxtacrine Signalwege, da sie nicht diffundieren können. Ephrin ist ein weiteres Beispiel.
@WYSIWYG Ich denke, Sie sollten das beantworten, da es den Kern der Frage anspricht.
@canadianer Eigentlich hat Poka Nandor es fast gesagt. Ich werde ihm diesen Punkt entweder vorschlagen oder ihn als Bearbeitung zu seiner Antwort hinzufügen.

Antworten (3)

Eine vollkommen vernünftige Definition eines Liganden aus Wikipedia :

In der Biochemie und Pharmakologie ist ein Ligand eine Substanz, die mit einem Biomolekül einen Komplex bildet, um einem biologischen Zweck zu dienen.

Ein Ligand kann alles sein, solange er an ein Biomolekül bindet. Oft ist der Ligand ein kleines Molekül oder Peptid, und das, woran er bindet, ist ein Protein. Andererseits können sowohl Ligand als auch Bindungspartner sicherlich Proteine ​​sein (oder einer könnte ein Mg sein 2 + Ion und das andere ein RNA-Molekül usw.). Ligand ist ein sehr weit gefasster Begriff und wird neben der Signalübertragung häufig in anderen biochemischen Bereichen verwendet. Zum Beispiel können die Dinge, an die ein Enzym bindet (Substrate, allosterische Regulatoren usw.), seine Liganden genannt werden.

Auch die Dinge, die Sie in Ihrem Beitrag beschreiben:

Dies scheint meinem Verständnis von Liganden zu widersprechen, die (dachte ich) aus der Zelle freigesetzt werden, um mit Zellen zu signalisieren (seien es dieselben, benachbarte oder entfernte Zellen).

sind Hormone, was eine viel spezifischere Kategorie von Dingen ist als Liganden.

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Es scheint einige 'ähem'... Zweifler bezüglich der Breite der Definition von Liganden zu geben, also Zeit für einige Beispiele aus der Literatur:

Aus dem Biochemie-Lehrbuch Berg, 7e (Hervorhebung hinzugefügt):

Der letzte Schritt ist die Affinitätschromatographie unter Verwendung eines für das Zielenzym spezifischen Liganden .

Aus dem Artikel Electrostatic Steering and ionic Tethering in Enzyme-Ligand Binding: Insights from Simulations, Wade et al. (Hervorhebung hinzugefügt):

Um an der aktiven Stelle eines Enzyms zu binden, muss ein Ligand diffundieren oder zur Oberfläche des Enzyms transportiert werden, und wenn die Bindungsstelle verdeckt ist, muss der Ligand durch das Protein diffundieren, um es zu erreichen.

Aus dem Artikel Geometries of Functional Group Interactions in Enzyme-Ligand Complexes: Guides for Receptor Modeling, Tintelnot et al. (Hervorhebung hinzugefügt):

Es gibt viele weitere Beispiele für Arginin-Carboxyl-Wechselwirkungen, die anscheinend eine Schlüsselrolle in Enzymen spielen, einschließlich einiger, bei denen eine Arginin-ähnliche Struktur im Liganden mit einer Carboxylgruppe von der Bindungsstelle interagiert (dh das Gegenteil von dem oben beschriebenen). ).

Es ist wahr, dass die eine bestimmte Verbindung, die nativ an das aktive Zentrum eines Enzyms bindet, oft als Substrat bezeichnet wird, teilweise um sie von allosterischen Regulatoren und anderen Liganden zu unterscheiden, die ebenfalls an das Enzym binden können. Somit kann die Menge aller Substrate eines Enzyms als eine Teilmenge der Liganden des Enzyms betrachtet werden. Auch hier ist Ligand ein extrem breites Konzept, das sich einfach auf etwas bezieht, das bindet.

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Lustige Tatsache! Das moderne Wort Ligand kommt vom lateinischen Verb ligāre und bedeutet „binden“. Genauer gesagt leitet sich Ligand von der gerundiven Form von ligāre ab, ligandus, was übersetzt so viel bedeutet wie „(das, was) gebunden werden soll“. Nicht, dass dies viel Einfluss darauf hätte, wie es in der modernen wissenschaftlichen Literatur verwendet wird. Ich fand es einfach cool.

Ähm, soweit ich weiß, werden "die Dinge, an die ein Enzym bindet", eher Substrate als Liganden genannt ...
@Nandor Whelp, du hast teilweise Recht, aber meistens liegst du falsch. Die Substrate eines Enzyms sind eine Untergruppe seiner Liganden. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Bearbeitung.
Liganden sind „ normalerweise keine kleinen Moleküle “. Ein Ligand ist etwas, das an einen Rezeptor bindet. Es kann ein Neurotransmitter, ein Hormon, ein Peptid, ein Protein, eine bakterielle/virale/Parasitenkomponente oder ein Komplex höherer Ordnung sein, der aus mehreren Spezies einer beliebigen der oben genannten besteht. Ich würde vorschlagen, das vollständig aus Ihrer Antwort zu entfernen, da es einfach sachlich falsch ist (wahrscheinlich basierend auf der Voreingenommenheit der Person, die diesen Satz in WP geschrieben hat).
@MattDMo Das ist echt. Ich kann Ihren Punkt nachvollziehen. Wenn Sie der Meinung sind, dass dies falsch ist, bearbeiten Sie die Wikipedia-Seite und ich werde mein Zitat entsprechend aktualisieren.
OK, ich sehe jetzt, dass Liganden integrale Membranproteine ​​​​(IMP) enthalten können, aber ich dachte, ein Hormon muss von einer Zelle ausgeschieden und durch das Kreislaufsystem in einen anderen Bereich transportiert werden? Wenn wir in einem In-vitro-Experiment (in einer Well-Platte) arbeiten, kann dies eindeutig nicht passieren. Ich schätze also, meine eigentliche Frage ist, wenn wir EGF in einer Wellplatte (während eines Zellmigrationsexperiments) in Betracht ziehen, ist sein Ligand wirklich ein IMP? Ein löslicher Faktor, der diffundiert, macht für mich viel mehr Sinn, da Zellbewegung und Signalweiterleitung möglicherweise in entgegengesetzte Richtungen wirken.
@ user3521072 Erstens ist EGF kein Hormon, sondern ein Protein. Zweitens gibt es keine Regel, die besagt, dass ein Hormon „ ausgeschieden [...] und in einen anderen Bereich transportiert werden muss “. Sie können sehr einfach Zellen in einer 96-Well-Platte züchten und sie mit Insulin oder Östrogen oder einem anderen Hormon behandeln, auf das Sie Lust haben. Der Rezeptor von EGF ist EGFR, was ein IMP ist, um Ihre Abkürzung zu verwenden. Mir ist nicht ganz klar, warum Sie denken, dass sein Bindungspartner (hier Rezeptor genannt, da EGF der lösliche Ligand ist) ebenfalls löslich sein sollte - wenn ja, wie würde die Zielzelle das Signal empfangen? (...)
(...) Ich bin mir auch nicht sicher, was Sie mit " Zellbewegung und Signalausbreitung können in entgegengesetzte Richtungen wirken " meinen. Zellen bewegen sich in die eine oder andere Richtung, Signalkaskaden bewegen sich im Allgemeinen vom Rezeptor zum Zellkern (um die Gentranskription zu beeinflussen) oder in diesem Fall vom Rezeptor zum Zytoskelett (um die Zelle zu bewegen).
@tel Ich bin gerade am Telefon, aber ich werde den Artikel so bald wie möglich morgen bearbeiten.
@MattDMo Sie implizieren, dass Proteine ​​​​keine Hormone sein können, erwähnen dann aber Insulin (ein Proteinhormon). Siehe auch menschliches Wachstumshormon und follikelstimulierendes Hormon, um nur einige zu nennen.
@MattDMo Eigentlich glaube ich, dass ich deinen Kommentar falsch interpretiert habe. Auf jeden Fall können Proteine ​​Hormone sein, aber EGF ist, wie Sie sagen, nicht unbedingt eines.
@canadianer Ja, es gibt mehrere Klassen von Hormonen , einschließlich Peptid-basierter (Insulin, Oxytocin usw.) und Proteinhormone wie menschliches Wachstumshormon. Vielleicht war meine Formulierung etwas daneben, ich hätte wahrscheinlich sagen sollen: " EGF ist kein Hormon, es ist ein Protein-Wachstumsfaktor ."
@tel Ich habe die Wikipedia-Seite Ligand (Biochemie) korrigiert , um die Betonung auf kleinen Molekülen zu entfernen.
@MattDMo Ich dachte nicht, dass EGFR löslich ist - ich habe ein bisschen Probleme zu verstehen, wie der EGF-Ligand sowohl löslich als auch ein IMP sein kann. Aber wenn ich sehe, dass EGF juxtacrine-Signale verwendet, gehe ich richtig in der Annahme, dass EGF nicht löslich ist, sondern ein IMP ist und sich daher über Zell-Zell-Kontakt in einer Population ausbreitet? Das würde meine Verwirrung von gestern beseitigen. (Und Sie können meine Aussage über die Zellmigration und Signalausbreitung ignorieren, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen - ich dachte an eine sehr spezifische, nicht verwandte Studie.)
@MattDMo Ich habe das Zitat so geändert, dass es mit dem neuen im Wiki übereinstimmt, und den Wortlaut in meiner Antwort ein wenig aktualisiert, um kleine Moleküle weniger hervorzuheben
@NaiveHalmos siehe meinen anderen Kommentar. Ich glaube, Sie wurden durch Kommentare zu ganz anderen Dingen verwirrt. Nur um es hier klar zu sagen: EGF ist löslich. EGFR ist ein Transmembranrezeptor. Einfaches, typisches parakrines Signal hier, mit vielleicht ein bisschen autokrinem, nur zum Spaß, in bestimmten Fällen, wie Krebs. Ich glaube nicht, dass EGF überhaupt eine Transmembrandomäne in seiner Gensequenz hat , also ist eine juxtakrine Signalübertragung nicht einmal möglich. Einige Zytokine und andere Proteine ​​haben sowohl lösliche als auch Transmembrandomänen und können gespalten werden, sodass sie sowohl über juxtakrine als auch über parakrine Mittel signalisieren können.

In der Biologie ist Ligand ein sehr weit gefasster Begriff. Als Ligand wird alles bezeichnet, was einen Rezeptor dafür hat, egal ob frei oder membrangebunden. Membrangebundene Liganden haben sehr viel Sinn, weil viele Zellen in unserem Körper sich aktiv fortbewegen können (zB T-Zellen). Zellen können die Signalübertragung durch direkten Zell-zu-Zell-Kontakt nutzen – wie bei der Aktivierung von T-Zellen oder dem Abtöten von zytotoxischen T-Zellen. Diese Wiki-Seite deckt die Grundlagen ziemlich gut ab. Außerdem eine ziemlich gründliche Wiki- Seite zu Liganden.

Aus den Kommentaren unter der Frage von @WYSIWYG:

Diese Art von Liganden wirkt über juxtacrine Signalwege, da sie nicht diffundieren können. Ephrin ist ein weiteres Beispiel.

Ich fange jetzt an zu verstehen, wie ein Ligand ein Transmembranprotein sein kann. Ich glaube jedoch, dass ich immer noch verwirrt bin, weil mein Verständnis ist, dass Wachstumsfaktoren (wie EGF oder TGF-beta) von Zellen während der Migration ausgeschieden werden, und ich immer davon ausgegangen bin, dass Sekretion die Freisetzung eines löslichen Dings bedeutet, das in der Lage ist, zu diffundieren andere Bereiche der Zellpopulation (vielleicht sollte ich erwähnen, ich erwäge dies während eines In-vitro-Experiments in einer Mikrotiterplatte). Es scheint mir nicht, dass ein membrangebundener Ligand während der Migration nützlich wäre, da die Bewegung von Zellen und die Signalweiterleitung entgegengesetzt sein können.
Sie können hinzufügen, dass diese Art von Liganden über Juxtacrine-Signale wirken, weil sie nicht diffundieren können. Ephrin und Notch sind weitere Beispiele. Manchmal ist eine diffusible Signalisierung möglicherweise nicht möglich. bevorzugt.
Ah, EGF wirkt also über juxtrakrine Signale und ist nicht eine Art diffundierbarer Ligand, der von Zellen freigesetzt wird? Ich denke, das würde meine Frage beantworten, wenn mein Verständnis richtig ist!
@NaiveHalmos EGF/EGFR wirken nicht über juxtacrine-Signalisierung. EGF ist löslich und EGFR ist transmembran. Die von WYSIWYG bezeichnete juxtacrine Signalgebung ist die Interaktion zwischen einer Immunzelle wie einer T-Zelle und beispielsweise einer aktivierenden Zelle wie einer dendritischen Zelle.
OK, es tut mir leid, dass ich diesen Thread viel länger als nötig fortgesetzt habe, aber dann war die Rezension, die ich gelesen habe, möglicherweise falsch über "Verschiedene Liganden können EGFR aktivieren ... Diese Liganden werden als integrale Membranproteine ​​​​exprimiert." Wenn wir den Hauptliganden für EGFR als EGF betrachten?

Die meisten Liganden werden genauso synthetisiert wie Rezeptoren, die in die Membran integriert sind: auf rauem ER synthetisiert, in das Lumen von ER gezogen. Wenn auf rauem ER synthetisierte Proteine ​​eine hydrophobe Aminosäuresequenz aufweisen, könnte die hydrophobe Region in der Membran verbleiben, da das Innere der Membran hydrophob ist und Affinität zu hydrophoben Aminosäuresequenzen hat. Lösliche Liganden haben keinen solchen Bereich in den Sequenzen, aber membranintegrierte Liganden haben ihn.

Wie ich oben erwähnt habe, sind Liganden auf der Membran integriert: Fas, TNF, Notch-Ligandenfamilie usw. Wie Sie in der Frage erwähnen, sind sie nicht löslich, sodass die Ligand-Rezeptor-Signalübertragung durch Zell-zu-Zell-Kontakt erfolgt.

Unter den folgenden URLs können Sie verschiedene Arten von membranintegrierten Liganden sehen.

http://www.nature.com/onc/journal/v27/n38/full/onc2008229a.html http://www.sanfordburnham.org/talent/Pages/CarlWare.aspx http://www.sci-online. org/article/view/3946/4855 http://www.bio.davidson.edu/courses/immunology/students/spring2003/swails/fas.html

Ich verstehe nicht, wie dies die Frage beantwortet ...
Wie kann ein Ligand ein integrales Membranprotein sein?
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