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DESENSIBILIZZAZIONE
DOWN-REGULATION
E
UP-REGULATION
DEI RECETTORI ACCOPPIATI A
PROTEINE G (GPCR)
DESENSIBILIZZAZIONE DEI RECETTORI
ACCOPPIATI A PROTEINE G (GPCR)
Riduzione o perdita della risposta di un recettore
a seguito di una stimolazione prolungata o
ripetuta da parte di un agonista
At the end of the day, receptors get tired too
La desensibilizzazione può essere OMOLOGA (perdita
della risposta del recettore solo dopo esposizione ad
un agonista che agisce sullo stesso recettore) o
ETEROLOGA (perdita della risposta del recettore in
assenza di stimolazione da parte di un agonista)
DESENSIBILIZZAZIONE OMOLOGA ED ETEROLOGA
omologa
eterologa
DESENSIBILIZZAZIONE DEI RECETTORI
ACCOPPIATI A PROTEINE G (GPCR)
Il principale meccanismo alla base della
desensibilizzazione è la fosforilazione del
recettore
La fosforilazione eterologa del recettore avviene
ad opera di PKA, PKC, PI3K, quella omologa ad
opera di chinasi indipendenti da secondi
messaggeri denominate GRKs (G proteincoupled receptor kinases)
DESENSIBILIZZAZIONE DEI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G
La fosforilazione di per se è insufficente a causare
desensibilizzazione e si completa con il legame delle
ARRESTINE al recettore fosforilato dalle GRKs
Adaptor protein-2 (AP-2)
GRKs: organizzazione strutturale
7 membri suddivisi in 3 famiglie
GRK1-like 1 e 7:
fotocettori
GRKS-2 like 2 e 3:
ubiquitarie
GRK-3 like: 4
(cervelletto e rene),
5 e 6 (ubiquitarie,
anche a livello
nucleare)
Ruolo delle GRKs nello scompenso cardiaco
Lo scompenso cardiaco congestizio è un disturbo
cronico e progressivo caratterizzato dalla riduzione della
funzione del ventricolo sinistro e da rimodellamento del
miocardio
Una delle caratteristiche dello scompenso cardiaco è
l'aumentata espressione delle GRK-2, che determina
una diminuita risposta contrattile agli agenti inotropi
positivi (noradrenalina, angiotensina etc)
GRK-2 ha effetti addizionali che possono aggravare lo
scompenso, come un aumento dell'attività simpatica a
livello della midollare del surrene
GRKs fosforilano altri substrati proteici oltre ai GPCR
Oltre alla desensibilizzazione, le GRSs partecipano alla
risposta cellulare attraverso l'interazione con molteplici
bersagli
Recettori non GPCR es. PDGFR, LDL
Proteine non-recettoriali, es. scambiatore Na+/H+
fattori di trascrizione es. Nuclear Factor-kB,
arrestine
Fosfodiesterasi 6 (PDE6)
IRS-1 (substrato del recettore dell'insulina)
proteine nucleari es. HADAC istone deacetilasi
proteine del citoscheletro es. tubulina
GRKs regolano proteine in modo fosforilazione-indipendente
(proteine scaffold)
Il legame al dimero beta/gamma
fa parte del meccanismo di
richiamo delle GRK al recettore
attivato è del meccanismo di
inibizione dei canali al K+
accoppiati alle proteine G
sequestro della subunità alfa-q
con perdita dell'attività del recettore
inibizione dell'attività di ERK, Akt
e PI3K
A loro volta, l'attività e l'espressione delle GRKs sono
regolate
GRK: regolazione dell'attività
autofosforilazione o fosforilazione da parte di PKA e
PKC con aumento o diminuzione (feedback negativo)
dell'attività
GRK: regolazione dell'espressione
Emivita breve (da 2 a 20 ore)
aumentata espressione dopo stimolazione
cronica con agonisti di GPCR ( tolleranza;
insufficenza cardiaca)
DESENSIBILIZZAZIONE AGONISTA-SELETTIVA
Recettori MOP (OPPIOIDI)
PKC
GRK
Morfina
DAMGO
ARRESTINE: piccola famiglia di proteine
citosoliche adattatrici
LE MULTIFORMI FUNZIONI DELLE BETA-ARRESTINE
DESENSIBILIZZAZIONE
Disaccoppiamento delle
proteine G
Degradazione dei secondi
messaggeri
ENDOCITOSI
internalizzazione del
recettore
Trafficking intracellulari del
recettore
SIGNALING
Chemiotassi
Apoptosi
Metastasi
Traslazione delle proteine
ARRESTINE come adattatori versatili
per diversi tipi di recettori di membrana
Recettore a 7
domini
transmembrana
Transient
receptor
potential ion
channel
Recettore nicotinico
VOC Ca2+
Insulin-like
growth factor
receptor
Recettore LDL
Scambiatore Na/H
+
Meccanismi che regolano le funzioni delle arrestine
(e della cellula in generale):
la compartimentalizzazione
DESENSIBILIZZAZIONE DEI RECETTORI
ACCOPPIATI A PROTEINE G
DESENSIBILIZZAZIONE DEI RECETTORI
ACCOPPIATI A PROTEINE G
DOWNREGULATION
La dimunizione del numero dei recettori sulla superfice
della cellula bersaglio che rende la cellula meno
sensibile ad un trasmettitore o ad un ormone
Può verificarsi seguito di una prolungata esposizione
all'agonista o in condizioni patologiche (diminuzione
dei recettori dell'insulina nel diabete di tipo 2)
DOWNREGULATION:
per riassumere......
UPREGULATION
Aumento del numero di recettori sulla
membrana cellulare a seguito di un'esposizione
prolungata ad un antagonista (aumento dei
recettori beta-adrenergici durante terapia con
beta-bloccanti)
Può verificarsi in condizioni fisiologiche
(aumento dei recettori dell'ossitocina nel terzo
trimestre di gravidanza) o patologiche
(ischemia)
UPREGULATION
Fenomeno associato ad una ipersensibilità alla
somministrazione di un agonista ed è comune a
molti/tutti? i sistemi recettoriali (adrenergico,
colinergico, serotoninergico, dopominergico,
oppioidi)
Come la downregulation, può essere omloga od
eterologa
UPREGULATION
Diversi meccanismi:
Aumento della sintesi del recettore per aumento
della sintesi del rispettivo mRNA
Traslocazione della proteina recettoriale dal
citosol alla membrana
Ridotta degradazione del recettore
UPREGULATION OMOLOGA
SISTEMA ADRENERGICO
La brusca sospensione della somministrazione dei betabloccanti può causare crisi anginose, infarto del
miocardio, fino alla morte improvvisa
Questi sintomi sono dovuti ad un aumento dell'attività
simpatica conseguente all'upregulation dei recettori
causata dal blocco dell'attività simpatica
L'intensità dei sintomi dipende dalla velocità con cui i
recettori vanno incontro a upregulation (emivita di 24- 36
ore): più frequente con antagonisti a breve durata d'azione
(propranololo) rispetto ai composti a lunga durata
d'azione (nadololo)
UPREGULATION ETEROLOGA
Ischemia cerebrale: aumento dei recettori che
mediano vasocostrizione a livello cerebrale
serotonina (5-HT1B)
Angiotensina II (AT1)
Endotelina (ETB)
sulla muscolatura liscia dei vasi all'interno della
regione ischemica che, riducendo ulteriormente il
flusso locale, aggrava il danno tissutale
Meccanismo: attivazione della via delle MAPK
UPREGULATION ETEROLOGA
L'insulina determina upregulation dei recettori AT1
dell'angiotensina II nelle cellule muscolari lisce
vasali (stabilizzazione del mRNA del recettore via
calcio e MAP chinasi) con aumento della risposta
contrattile all'Ang II
L'esposizione ripetuta a cocaina ed etanolo
determina upregulation dei recettori degli oppioidi,
contribuendo al rafforzamento della dipendenza
indotta dagli oppioidi stessi