G. Recettori di dipendenza

i “Dependence Receptors”
Trasducono due differenti segnali intracellulari:
1. in presenza del ligando trasducono segnali di
sopravvivenza, differenziazione o migrazione
2. In assenza del ligando iniziano o amplificano l’apoptosi
ligando
ligando
sopravvivenza
differenziazione
migrazione
apoptosi
netrin-receptors: DCC e la famiglia UNC5H (UNC5A–D)
patched (Ptc): Recettore per sonic hedgehog
RET
recettore androgenico
Integrine αυβ3 e α5β1
NGF-receptor: p75NTR
Ruolo potenziale dei “dependence receptors” nella soppressione dei
tumori
Nei normali tessuti, il ligando è fornito localmente. La migrazione in altri siti
può far perdere la funzione dei recettori e l’innesco dell’apoptosi. La perdita
dell’espressione dei recettori può favorire la metastatizzazione a causa della
mancata necessità di avere un ligando
Modello di induzione dell’apoptosi da parte dei “dependence receptors”
in assenza di ligando si genera un segnale pro-apoptotico dovuto a cambio
conformazionale, proteolisi, e generazione di peptidi da dipendenza
ADD, addiction/dependence domain
Ipotetico ruolo di netrin-1 nel controllo della
morte nella migrazione neuronale e assonale
Netrin-1 potrebbe avere
tre proprietà:
1. Attrarre l’assone
verso zone a più alta
concentrazione
2. Respingere l’assone
3. Attività di
sopravvivenza definita
da possibili territori di
attraversamento tramite
l’induzione di apoptosi
in regioni di
insufficiente netrin-1
Schematic representation of DCC (deleted in colorectal cancer) and UNC5H proteins and their
ligand netrin-1.
Mehlen P , Fearon E R JCO 2004;22:3420-3428
©2004 by American Society of Clinical Oncology
TRASDUZIONE di
DCC/Netrin-1
SEGNALAMENTO ANTI-APOPTOTICO DEI RECETTORI DELLA NETRINA-1
Netrin-1 dimerizza DCC o
UNC5B impedendone la
proteolisi.
DCC rilascia l’adattatore APPL
(un adattatore con omologia
pleckstrin) che lega AKT2 a
PI3K attivando così AKT, e
bloccando casp-9 e l’apoptosi
mitocondriale.
Si attiva anche NF-κB che
trascrive per geni antiapoptotici.
Inoltre, DCC può legare casp-3
impedendone l’attivazione.
Questi segnali possono
terminare su p53, bloccandone
l’attività pro-apoptotica.
SEGNALAMENTO APOPTOTICO DEI RECETTORI DELLA NETRINA-1
DCC proteolizzato da casp-3
scopre la regione “caspaseactivating complex” (detta
anche ‘dependence domain’)
che facilita l’attivazione di
casp-9. Il complesso
attivante la caspasi include
casp-9 e APPL
UNC5H proteolizzato rilascia
il death domain che
interagisce con DAPK (deathassociated protein kinase) e
induce apoptosi:
1. tramite casp-3, o
2. interagendo con NRAGE
(neurotrophin receptorinteracting melanoma
associated antigen (MAGE)
homologue), che
(i) degrada XIAP o
(ii) attiva JNK.
Entrambi i casi
probabilmente dipendono dal
mitocondrio
La regolazione trascrizionale di
NETRIN-1 e UNC5B da parte di p53
Per eliminare una cellula che ha
subito un danno:
p53 attiva la trascrizione di
UNC5B che, sulla membrana,
induce apoptosi
Se la cellula deve sopravvivere:
p53 trascrive sia NTN1 che
UNC5B . Netrin-1 è espressa e
secreta e lega UNC5B, innescando
segnali di sopravvivenza che
inibiscono anche p53 (feedback
negativo)
patched (Ptc): Recettore per sonic hedgehog
Comunicazioni intercellulari nello sviluppo
Induzione
Sebbene ogni organismo abbia inizio come singola cellula, la progenie di quella
cellula forma strutture complesse, che sono a loro volta integrate in sistemi più ampi.
La coordinazione nella costruzione di organi è compiuta da cellule che modificano il
comportamento di una serie di cellule adiacenti, inducendole a modificare la loro
forma, il loro destino.
Questo tipo di interazione a breve raggio tra due o più cellule o tessuti con proprietà
differenti è detta interazione di vicinanza o induzione.
Ogni interazione induttiva è costituita da due elementi: la cellula che produce segnali
e la cellula che risponde.
Cascata di induzione
Caratteristica dell’induzione è la natura reciproca di molte interazioni induttive.
Specificità regionale dell’induzione
Gli esempi più studiati di induzione sono quelli che comportano l’interazione tra
epitelio e mesenchima. In questo caso l’induzione ha specificità regionale.
L’epidermide (che deriva dall’ectoderma) invia segnali al derma sottostante (che
deriva dal mesoderma), e il derma invia segnali all’epidermide per formare strutture
specifiche di quella regione.
Trasmissione di segnali dall’induttore alla cellula competente
Come avviene la trasmissione dei segnali dall’induttore alla struttura
competente?
fattori
paracrini
fattori prodotti dalla
matrice extracellulare
fattori
iuxtacrini
fattori paracrini
L’induttore invia alla cellula competente proteine che diffondono per brevi
distanze.
Questi fattori paracrini si dovidono in:
- Fattori di crescita (FGF, fibroblast gowth factor; TGFβ, transforming
growth factor β)
- Famiglia Hedgehog
- Famiglia Wnt
fattori paracrini
L’induttore invia alla cellula competente proteine che diffondono per brevi
distanze.
Questi fattori paracrini si dovidono in:
- Fattori di crescita (FGF, fibroblast gowth factor; TGFβ, transforming
growth factor β)
- Famiglia Hedgehog
- Famiglia Wnt
Famiglia FGF
Comprende quasi due dozzine di proteine correlate.
FGF1 è detto aFGF
FGF2 è detto bFGF
Nello sviluppo, gli FGF sono associati ad angiogenesi, formazione del
mesoderma, allungamento degli assoni.
FGF8 è prodotto dalla vescicola ottica ed è importante nell’induzione del
cristallino.
Famiglia TGFβ
Comprende oltre 30 proteine strutturalmente correlate.
Appartengono a questa superfamiglia
le BMP (bone morphogenetic proteins),come
Nodal (responsabile della formazione dell’asse sinistra-destra) e
BMP7 (importante nella polarità del tubo neurale)
Famiglia Hedgehog
I vertebrati possiedono tre omologhi del gene
hedgehog della Drosophila:
Desert hedgehog, Indian hedgehog e Sonic hedgehog.
Desert è espressa nelle cellule di Sertoli del testicolo ed è
importante
per la steroidogenesi.
Indian è espressa nell’intestino e nella cartilagine ed è importante
nell’accrescimento postnatale dell’osso.
Sonic è prodotto dalla notocorda ed è responsabile
dell’organizzazione del
tubo neurale e dei somiti per la formazione della cartilagine,media la
formazione dell’asse antero-posteriore degli arti, induce il
differenziamento del tubo digerente.
Assieme agli FGFs è importante per la formazione dei denti.
La via Hedgehog
Patched è inibitore
di Smoothened.
A)  In assenza diHedgehog, la
proteina Ci (Cubitus
interruptus) è ancorata ai
microtubuli, mediante le
proteine Cos2 (kinesin-like
protein Costal-2) e Fused.
La glicoproteina Patched di 1500
aminoacidi, è un recettore di membrana
con 12 TM e due segmenti extracellulari
necessari per il legame con il ligando Sonic.
Questo legame permette alle
proteine PKA e Slimb di scindere
Ci, repressore che blocca la
trascrizione di particolari geni.
B) Quando Patched lega Hedgehog, la
sua conformazione si modifica togliendo
l’inibizione della proteina Smoothened.
Questa sgancia Ci dai microtubuli
fosforilando Cos2 e Fused, e inattiva PKA
e Slimb. Ci entra nel nucleo e agisce come
attivatore della trascrizione di specifici
geni.
La via Hedgehog è importante nello sviluppo degli arti e del sistema nervoso. Mutazioni di
Sonic Hedgehog portano a ciclopia (un solo occhio al centro della fronte) E’ importante anche
nell'età adulta: controlla la divisione delle cellule staminali ed è implicata in alcuni tipi di
cancro. Mutazioni che attivano la via Hedgehog possono causare tumori.
La via Wnt
Le proteine WNT (per 19 geni) formano una famiglia di molecole segnale secrete altamente
conservate che regolano le interazioni cellula-cellula durante l'embriogenesi. I geni Wnt sono
pure implicati nell'ontogenesi del cancro
L'attivazione dei recettori Frizzled venne identificato per i suoi effetti sul citoscheletro di
actina (processo noto come polarità dei tessuti),
Il primo membro di questa famiglia multigenica, Wnt1, proto-oncogene che codifica per una
glicoproteina di 41-44kDa, e che induce tumore mammario quando espresso in maniera
inappropriata nel topo.
GSK-3:
Glicogenosintetasi-chinasi-3
Quando è attiva lega beta-catenina
in un complesso con APC e la manda
alla degradazione.
Wnt inibisce GSK-3 e libera la
catenina che può agire da fattore di
trascrizione
A)  La proteina Wnt lega il suo
recettore Frizzled che attiva
poi Disheveled,
consentendole di diventare un
inibitore della glicogenosintetasi
kinasi-3 (GSK-3).
Se fosse attiva, GSK-3
legherebbe la beta-catenina alla
proteina APC e la manderebbe
alla degradazione.
Quindi, inibendo GSK-3, il segnale Wnt
inibisce la degradazione della beta catenina
e la rende libera di associarsi a una proteina
LEF/TCF4, diventando un fattore di
trascrizione.
B) In cellule dell’adulto, se i geni per APC o
per la beta-catenina sono mutati in modo
tale che le due proteine non possono legarsi
l’una all’altra, la beta-catenina può
costitutivamente entrare nel nucleo; questo le
permette di attivare determinati geni
Quando attiva Disheveled, Wnt può anche
per la divisione cellulare e di dare inizio ai
attivare Rho, modificando la morfologia
tumori.
e la motilità cellulare.
A complicare ulteriormente la situazione sono state delle
osservazioni che suggerivano una ulteriore diramazione della
via Alcuni recettori Frizzled sembrano agire mediante
proteine G , Ca++ e protein-chinasi C, mentre altri possono
attivare la via del segnale Jnk.
Di seguito viene illustrato graficamente il modello della via
attivata dal Ca++.
Wnt/Ca++ Pathway
Attivazione della via WNT nei tumori corrisponde a
eventi di segnalameno intracellulare
APC
catenina-β
ONCOGENE
AXIN1 e AXIN2
AXIN2 gioca un feedback
negativo nella regolazione del
segnalamento di Wnt.
APC è un importante gene oncosoppresore. Difetti nella sua espressione sono associati
con sindromi neoplastiche ereditarie e sporadiche.
Tumori associati a mutazioni somatiche:
•  Carcinomi dello stomaco;
•  Carcinomi del colon;
•  Carcinomi del pancreas;
•  Melanomi.
Tumori associati a mutazioni ereditarie:
•  Poliposi adenomatosa familiare del colon;
•  Carcinomi del colon.
Catenina-β Ha un doppio ruolo
b-catenina lega con l’anmino terminale la acatenina e con il dominio di ripetizione Arm la Ecaderina, ancorando il complesso della caderina
al citoscheletro di actina.
Il dominio Arm di b-catenina media il legame
anche con APC, Axina e la famiglia di fattori di
trascrizione Tcf/Lef.
β-catenina acquisisce attività oncogenica quando è mutata nei siti di fosforilazione
GSK3 non riconosce un sito di fosforilazione
Invece di essere degrada
catenina-β entra nel nucleo
catenina-β inizia
La trascrizione TCF/Lef –dipendente
Melanomi, carcinomi tiroidei, Carcinomi ampollari e vescicali, epatoblastoma,
carcinomi colorettali
cyclooxygenase
(COX)-2
ciclina D1
Promozione del ciclo
c-myc
metalloproteinasi (MMP)-7
Taglia la matrice extracellulare,
inizia l’invasione
Antagonisti dei
recettori CC delle chemochine
con caratteristiche
anti-infiammatorie
proliferazione
e apoptosi
enzima centrale
Nella biosintesi infiammatoria di
prostaglandine
recettori per eparina solfato,
inizia signali per la migrazione cell
Recettore dell’attivatore del plasminogeno tipo
urochinasi (uPAR)
gastrina
Stimola la proliferazione dell’epitelio del colon
Angiogenesi e metastasi
P-glicoproteina
Multidrug resistenza
Segnalazione iuxtacrina: la via Notch
Le cellule che esprimono nella loro membrana cellulare le proteine: Delta, Jagged o
Serrate, attivano le cellule adiacenti che contengono nella loro membrana cellulare la
proteina Notch.
Quando si lega a Delta, Jagged o Serrate, la proteina Notch subisce una modificazione
di conformazione che consente alla sua parte citoplasmatica di essere tagliata dalla
proteasi presenelina-1.
La parte recisa entra nel
nucleo e si lega ad un fattore
di trascrizione attivandolo,
convertendolo da repressore
ad attivatore.
Delta/Jagged
CSL: CBF-1, Su(H), Lag1:
effettore nucleare della via
Notch
Le proteine Notch sono
importanti nel sistema
nervoso.
Il legame Delta-Notch
indica alla cellula
ectodermica che riceve il
segnale di non diventare
un neurone.
Demarest et al., Oncogene, 2008
Segnalazione dalla matrice extracellulare
Integrine e caderine possono anche attivare la cascata delle RTK, regolando la
fosforilazione di fattori di trascrizione e, quindi, l’espressione genica.
Le integrine possono trasmettere un segnale dalla porzione citoplasmatica dell’integrina
alla proteina Ras.
Recettori FGF possono essere catturati da molecole di caderina e indotti a formare
dimeri con attivazione del dominio chinasico.
Le gap junctions permettono a due cellule adiacenti di scambiarsi informazioni. I canali
sono costituiti da connessine. La connessina-43 si trova in quasi tutti i tessuti dell’embrione di topo in via di sviluppo.