Syklinen adenosiinimonofosfaatti

cAMP eli syklinen adenosiinimonofosfaatti on adenosiinitrifosfaatin johdannainen, rengasmainen adenosiinimonofosfaatti, jonka muodostumista ATP:stä katalysoi adenylaattisyklaasi-entsyymi. Syklinen AMP liittyy muun muassa soluviestintään.  Syklisen AMP:n biologinen rooli monisoluisissa organismeissa on solunsisäisenä toisiolähettimolekyylinä, koska se ei pysty diffusoitumaan solukalvojen läpi. Lyhenne cAMP tulee englanninkielisestä nimestä cyclic AMP.

Syklinen AMP ja soluviestintä

Syklinen AMP on toisiolähetti. Kun solun ulkopuolinen signaalimolekyyli (esimerkiksi adrenaliini-hormoni) kiinnittyy reseptoriinsa solukalvolla, johtaa se syklisen AMP:n solunsisäiseen tuotantoon. Syklinen AMP puolestaan aktivoi eteenpäin proteiinikinaasi A -entsyymiä tai vaikuttaa suoraan esimerkiksi solukalvon ionikanavaproteiineihin.

Syklisen AMP:n toiminta toisiolähettinä 

Syklinen AMP on tyypillinen toisiolähetti viestiketjussa, joka lähtee G-proteiinikytkentäisestä hormonireseptorista. Kun hormoni sitoutuu reseptoriin, reseptori aktivoituu ja G-proteiinin αs-alayksikkö stimuloi adenylaattisyklaasia (AS) tuottamaan cAMP:tä ATP:stä.

Signaali vahvistuu, koska yksi ulkoisen ärsykkeen reseptori aktivoi useita G-proteiineja, jotka aktivoivat useita AS-proteiineja, jotka puolestaan syntetisoivat useita cAMP-molekyylejä.

Syklinen AMP irrottaa proteiinikinaasi A:sta (PKA) katalyyttisiä alayksiköitä, niin että ne aktivoituvat. Kinaasientsyyminä katalyyttinen alayksikkö kiinnittää fosfaattia joihinkin solussa oleviin proteiineihin kuten entsyymeihin, mikä vaikuttaa niiden toimintaan ja saa aikaan vasteita solussa (fosforylaatio). PKA fosforyloi myös CREB-proteiineja, jotka vaikuttavat geenien luentaan. 

Aistielimissä syklinen AMP avaa Na+-kanavia johtaen solukalvon depolarisaatioon ja informaation etenemiseen hermoa pitkin aivoihin.

Syklisen AMP:n poistaminen 

cAMP-fosfodiesteraasi-entsyymi katalysoi cAMP:n muuttamista 5’-AMP:ksi. Tämä on tärkeää, jotta solu voi reagoida ärsykkeeseen uudestaan.

Esimerkiksi kofeiini inhiboi fosfodiesteraasia johtaen cAMP:n kertymiseen. Tämä voi esiintyä hallitsemattomana lihastärinänä, koska cAMP toimii toisiolähettinä mm. signaalikaskadissa, joka johtaa glykogeenin hajottamiseen glukoosiksi. Tämä kaskadi toimii usein yhteistyössä lihaksen supistumiseen johtavan kaskadin kanssa, jonka laukaisee puolestaan hermostollinen ärsyke (asetyylikoliini) riittävän glukoosikonsentraation varmistamiseksi lihaksen supistuessa.

Bakteeri Vibrio cholerae voi kerryttää cAMP:tä. Se erittää koleramyrkkyä, joka sitoutuu G-proteiinin -alayksikköön estäen sen GTPaasi-toiminnan. Tämä johtaa GTP:n jatkuvaan sitoutumiseen G-proteiinin -alayksikköön, joka jatkuvasti aktivoi adenylaattisyklaasia. Tämä johtaa n. 100-kertaiseen cAMP:n konsentraation kasvuun suolen epiteelisoluissa, mikä laukaisee epämiellyttävän Na+-ionien sisäänvuodon suoleen. Tämä johtaa vakavaan nestehukkaan ja hoitamattomana kuolemaan.

Syklinen AMP ja Dictyostelium discoideum

Limasieni Dictyostelium discoideum elää kahdessa eri muodossa: vegetatiivisessa muodossa, jossa yksittäiset vapaat amebamaiset limasieniyksilöt elävät metsän pohjakerroksessa jakaantuen muutaman tunnin välein käyttäen bakteereja ravintonaan, ja ruoan puutteessa muodostuvassa monisoluisessa pseudoplasmodiossa, josta kehittyy myöhemmin itiöitä, joista syntyy lisää amebamaisia limasieniä. Monisoluisen rakenteen perustajasolut erittävät cAMP:tä, joka toimii kemiallisena attraktinttina ohjaten läheisiä limasieniä kerääntymään lähemmäs perustajasoluja. Limasienen solukalvossa on reseptorit cAMP:lle, jonka havaitessaan ne aloittavat solunsisäisen kaskaadin, joka johtaa pseudopodin ulkonemiseen ja kokonaisvaltaiseen liikkeeseen kohti cAMP:in erittäjää. Solut myös monistavat cAMP-signaalia eteenpäin johtaen muutaman minuutin välein esiintyvään cAMP-aaltoon kerääntymiskeskuksesta, joka liikkuu n. 2 cm tunnissa.

cAMP-reseptori on seitsemän kertaa solukalvon läpäisevä proteiini, joka puolestaan aktivoi heterotrimeerisiä G-proteiineja, kun cAMP sitoutuu siihen. G-proteiinit johtavat useisiin solusignaalikaskadeihin, jotka sisältävät muun muassa adenylaattisyklaasiriippuvaisen järjestelmän, joka johtaa cAMP-signaalin edelleenlähettämiseen, ja fosfolipaasi C-riippuvaisen fosfoinositiidi järjestelmän, joka laukaisee sytoskeletaalisia järjestelyitä johtaen pseudopodin muodostumiseen ja solun kokonaisvaltaiseen liikkeeseen kohti cAMP-lähdettä. Adenylaattisyklaasi-riippuvainen järjestelmä käyttää niini kään cAMP:tä toisiolähettinä, jonka solunsisäisen konsentraation kasvu johtaa cAMP-reseptorin toiminnan tilapäiseen estymiseen. Tämä johtaa oskilloiviin cAMP-konsentraatioaaltoihin ylitse populaation.

Katso myös
G-proteiini
Toisiolähetti

Lähteet

Solubiologia
Nukleotidit