Last update: doc. RNDr. Petr Folk, CSc. (06.07.2021)
The lectures can be given in English.
Protein-protein and protein-DNA interactions play central roles in signal and energy transduction within the cell. In the first part, the course reviews principal signaling pathways such as calcium and phospholipid signaling, trimeric G-protein coupled signaling, MAPK cascades, or growth factor receptor signaling, among others. In the second and main part, important classes of regulatory proteins are presented in more detail, illustrating the structure-function relationship, significance for oncogenesis, and latest advancements in the field. Major topics: Protein serine kinases, protein tyrosine kinases, lipid kinases, phospholipases, adenylate and guanylate cyclases, protein domains important in signaling, growth factor and cytokine receptors, adaptor proteins, small G proteins, MAPK cascades, focal adhesion signaling, important classes of transcription factors and their modes of regulation, coactivators of transcription factors, complexes for modification and remodeling of chromatin, preinitiation complex of RNAPolII, nuclear structure and gene expression.
Last update: RNDr. Nataša Šebková, Ph.D. (21.02.2018)
Předmět podává pokročilý pohled na fungování signálních drah s důrazem na klíčové dráhy fungující v ontogenezi Metazoa.
Obecné charakteristiky buněčných signálních sítí
Kontextualita odpovědi na sledovaný signál, specificita receptorů vůči „prvním poslům"
Zesílení signálu na cestě od receptoru k efektorům, rozbíhání a sbíhání drah, existence uzlů, crosstalk
Kompartmentalizace přenosů pomocí membrán a proteinových skeletů
Vysoká mobilita signálních komponent
Kódování signálu amplitudou a frekvencí změny koncentrace „posla"
Využití reverzibilních posttranslačních modifikací , indukce proximity jako signál
Modulární výstavba signálních proteinů, rekogniční kódy, kombinatorická komplexita signálních elementů
Využití proteinových a RNA-"lešení" pro vznik signálních partikulí, využití řízeného foldingu a řízené proteolýzy signálních proteinů
Kooperativní charakter buněčných odpovědí , kvantitativní limity pro vznik kvalitativních změn, konsolidace signálu
uspořádané spouštění buněčných efektorových systémů, desenzitizace
Protein-protein a protein-DNA rekognice
S/T-specifické kinázy a fosfatázy (PKA), Y-specifické kinázy (Src), Receptory s Y-kinázovou aktivitou (InsR)
Nadrodina steroidních-thyroidních receptorů
NF-kappaB, p53/pRb, TGF-beta/Smad, Delta/Notch/CBF
Koregulátory a histonový rekogniční kód
Integrovaný model regulace genové exprese eukaryot
Literature - Czech
Last update: doc. RNDr. Petr Folk, CSc. (06.07.2021)
General overview of cell signaling and basic principles:
Molecular Biology of the Cell, 6th. Edition, 2014, Bruce Alberts, Alexander D. Johnson, et al. Parts: Proteins, Control of Gene Expression Cell Communication
Molecular Cell Biology, 7th. Edition, 2013, Harvey Lodish, Arnold Berk, et al.
Chapters 11, 13, 14, 15, 21, 23
Alternatively, use newer edition of any recognized international textbook on cell and molecular biology, biochemistry or molecular physiology.
Cell signaling textbooks:
Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, Viley, 2014, G. Kraus
Signal transduction, Academic press, 2015, ljsbrand Kramer
Signal Transduction: Principles, Pathways, and Processes, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1st Ed., 2013, Lewis Cantley,Tony Hunter et al.
Cellular Signal Processing: An Introduction to the Molecular Mechanisms of Signal Transduction, Taylor & Francis, 2nd Ed., 2017, Friedrich Marks et al.
Requirements to the exam - Czech
Last update: doc. RNDr. František Půta, CSc. (25.04.2012)
Zkouška je ústní z celého rozsahu přednášené látky. Předpokládány jsou elementární znalosti z biochemie a buněčné biologie.
Syllabus -
Last update: doc. RNDr. Petr Folk, CSc. (06.07.2021)
Key characteristics of cellular signaling networks are explained at the beginning of the course (1.-15.) and illustrated on the examples covered in subsequent lectures (A.-I.).
1. Receptors couple ligand-binding and effector specificity 2. Signal is amplified on its way from receptor to effector 3. Signal transduction pathways converge, diverge, form nodules and interact with each other - crosstalk 4. Signal is transduced with the help of reversible posttranslational modifications and recognition codes 5. Change in proximity of signaling molecules is itself an important signal 6. Regulated folding and specific proteolysis can be used to transduce signals 7. Signal transduction is compartmentalized using membranes and protein skeletons 8. Information is transduced through both the amplitude and the frequency of messenger concentration changes 9. Signal components are highly mobile molecules 10. Complexity of signaling networks is achieved through combination of limited sets of elements 11. Cell responses to signals have cooperative character 12. Response to signal is always cell- and signal-context dependent 13. Quantity changes in signaling networks can lead to quality changes in cell responses 14. Signaling network robustness helps to distinguish signal from noise 15. Effector systems of the cell form one integrated network.
Outlines of signaling networks are explained; structure-function relationships of signaling proteins are presented. A. cAMP – protein kinase A – CREB A1. Protein kinase A structure-function A2. PKA – CREB signaling A3. Modularity in signaling B. MAP kinase cascades – from mitogenic signals and stressors to Jun/Fos activation C. Insulin receptor - PI3Kinases - PKB - FoxO transcription factor D. GSK3 in PKB and Wnt signaling E. Nuclear hormone receptors E1. Receptor structure-function E2. Coregulators, SREMs, chromatin environment F. Tumor suppressor p53 – from genotoxic stress to the p53 oscillator and the activation of p21 gene G. TGFβ signaling and CDK inhibitors – sensing gradients H. NFκB/Rel pathways – two modalities of ubiquitin signaling I. Myc/Max – pRb – E2F transcription factors – Myc as a regulator of transcription pausing.
Last update: RNDr. Nataša Šebková, Ph.D. (21.02.2018)
PSK01 Základní charakteristiky buněčných signálních sítí
PSK02 cAMP – proteinkinasa A – CREB Od stimulace GPCR po aktivaci transkripčního faktoru CREB - proteinkinasa A jako základ pro pochopení dalších kináz
PSK03 MAPKinasové kaskády - Jun Od mitogenní stimulace či působení stresových faktorů po aktivaci transkripčních faktorů komplexu AP1 - MAPKinasové moduly
PSK04 Insulinový receptor - PI3Kinasy - FoxO Od aktivace insulinového receptoru přes tvorbu C3-fosforylovaných inosititdů po změny transkripce prostřednictvím FoxO - tyrozínová fosforylace a protein-proteinové interakce
PSK05 AGC kinasy - GSK3 - PP1 Regulace metabolismu glykogenu - od insulinového receptoru po glykogensythasu - AGC kinasy, kinasa GSK3, fosfatasa PP1 - role defosforylace proteinů
PSK07 Jaderné hormonální receptory Od steroidního ligandu po změny transkripčního faktoru - funkční architektura hormonálních receptorů
PSK08 Jaderné receptory - koregulátory a chromatin Od jaderného receptoru po změny transkripce - transkripční koregulátory a změny na úrovni chromatinu
PSK10 kinasa ATM - p53 - inhibitor CDK p21 Od poškození DNA po regulaci buněčného cyklu - tumorový supresor p53, inhibitory cyklin-dependentních kináz
PSK11signalizace TGFβ a inhibitory CDK Od ligandů přes receptorové PK po transkripční faktory Smad; regulace exprese a principy fungování inhibitorů cyklin-dependentních kináz
PSK12 NFkappaB/Rel - fosforylace a dva typy ubiquitinylace Od vazby cytokinů na receptory po změny fungování transkripčních faktorů v jádře - regulovaná proteolýza v přenosu signálu
PSK13 Signalizace Myc/Max a protein pRb Mitogenní signalizace Myc/Max a fungování pRb a E2F; Myc jako transkripční faktor řídící elongaci transkripce