Diapositiva 1 - e

AVVISO
MARTEDI 6 MAGGIO I/II GRUPPO 14.15-15:45
GIOVEDI 8 MAGGIO III/IV GRUPPO 14.15-15:45
II PIANO V MEDICA
VISIONE DELLA PROVA SCRITTA APP E VERBALIZZAZIONE
Lunedì 26 MAGGIO ore 14:00 aula P1/P2 nuova prova APP
Recettori con attività enzimatica
Dominio catalitico
inattivo
Dominio catalitico
attivo
Segnalazione
intracellulare
RECETTORI CON ATTIVITA’
ENZIMATICA INTRINSECA
RECETTORI COLLEGATI
AD ENZIMI
Classi di recettori con attività enzimatica
Recettori tirosina-chinasi
Recettori associati a tirosina-chinasi
Recettori serina-treonina chinasi
Recettori tirosina-fosfatasi
Recettori guanilico ciclasi
Recettori associati a istidina-chinasi
La fosforilazione in tirosina coinvolge una minima
parte del fosfato legato alle proteine (la maggior
parte di questo modifica post-trascrizionalmente le
proteine su serina e treonina):
Le proteine fosforilate in tirosina sono generalmente
coinvolte nel controllo della proliferazione e del
differenziamento.
La prima chinasi specifica per la fosforilazione di
questo aa fu identificata negli anni ’80. Da allora, per
omologia di sequenza, sono state identificate decine e
decine di tirosin-chinasi, tutte coinvolte in
proliferazione e differenziamento.
Molti fattori di crescita agiscono tramite recettori tirosin-chinasici
(RTK)
- Fattore di crescita
dell’epidermide (EGF)
Stimola la proliferazione di vari tipi
cellulari
- Insulina
Stimola l’utilizzo dei carboidrati e la
sintesi proteica
- Fattore di crescita insulino-simile
(IGF-1)
Stimola la crescita e la
sopravvivenza di molti tipi cellulari
- Fattore di crescita dei nervi (NGF)
Stimola la crescita e sopravvivenza
dei neuroni
- Fattore di crescita dei fibroblasti
(FGF)
Stimola la proliferazione di fibroblasti
e altri tipi cellulari
- Fattore che stimola le colonie
macrofagiche (M-CSF)
Stimola la proliferazione e il
differenziamento dei macrofagi
- Fattore di crescita derivato dalle
piastrine (PDGF)
Stimola sopravvivenza e
proliferazione di vari tipi cellulari
- Fattore vascolare endoteliale
(VEGF)
Stimola l’angiogenesi
Finora sono stati individuati circa cinquanta RTK che
condividono parti della loro struttura
Porzione
extracellulare
Singolo dominio
transmembrana
Porzione intracellulare
con il dominio
enzimatico e con il sito
di interazione per i
substrati
Il ligando si lega simultaneamente a due
catene recettoriali adiacenti provocando
la dimerizzazione e attivazione del
recettore con legame di ATP in siti
specifici
Una volta attivato il dominio chinasico
trasferisce gruppi fosfato su residui
di tirosina del recettore stesso (autotrans-fosforilazione)
Le tirosine fosforilate vengono riconosciute da molecole citoplasmatiche
dotate di particolari domini e comincia la trasduzione del segnale
La dimerizzazione e la trans-fosforilazione spiegano il
comportamento dominante-negativo di alcune mutazioni nei
geni per i RTK
Mutazioni dominanti nel gene FGFR-3 sono responsabili
dell’acondroplasia (mancato sviluppo armonico della cartilagine di
accrescimento delle ossa lunghe degli arti).\
Il dominio SH2 (Src Homology 2) è una sequenza di circa 100 aa
contenenti, nella porzione centrale, un aa basico in grado di
interagire con la carica negativa del fosfato.
Gli aa circostanti la tirosina fosforilata stabilizzano l’interazione.
Dalla sequenza aa del dominio recettoriale si può dedurre la
molecola segnale con cui interagisce.
I domini SH2 sono presenti in proteine cellulari con diversa
funzione
chinasi
Proteine che modificano i lipidi
tirosina fosfatasi
Inibitori delle proteine G
adattatori
Fattori trascrizionali
Alcune delle proteine reclutate dai recettori RTK che
attivano diverse vie di segnalazionedi segnalazione
Via della
fosfolipasi C
Attivata anche dalle
proteine G
trimeriche
Via della fosfatidilinositolo 3-chinasi
Attivata anche dalle
proteine G
trimeriche
Via di Ras
L’attivazione della via di Ras ha un ruolo importante
nella mitogenesi (altamente conservata nel corso
dell’evoluzione dal lievito ai mammiferi)
L’attivazione della via della PI3K ha un ruolo
importante nella sopravvivenza e nella crescita
cellulare, e nel metabolismo del glucosio
La proteina Ras è una proteina G monomerica, che si attiva per
legame di GTP ed ha attività GTPasica
L’attivazione del recettore
stimola lo scambio GTP/GDP
Attività GTPasica
intrinseca
Attiva una cascata di
chinasi a valle
L’attivazione di Ras da parte di un recettore tirosina chinasi attivato
Ras inattiva
Proteina
adattatrice
Grb2
Ras attiva
Fattore di
scambio del
nucleotide
guanilico Sos
Ras non è in grado da sola di sostituire il GDP con il GTP. Per questo
utilizza il fattore di scambio Sos
Sos è una proteina citoplasmatica presente in un complesso con la
proteina adattatrice Grb2 reclutato dal recettore attivato tramite i
Le piccole GTPasi (distinte dalle ‘grandi’ GTPasi eterotrimeriche
associate a recettore a 7 eliche transmembrana GPCR)
• della famiglia RAS; Proliferazione,
• della famiglia RHO: Rho, Rac, Cdc42 regolazione del citoscheletro
ed espressione genica
• Ran: trasporto dentro e fuori del nucleo
• Rab: formazione di vescicole e traffico di membrana
L’attività delle piccole GTPasi è regolata da:
GEF (GTP exchange factor): Sos. Possono essere fosforilate in tirosina
(Vav1)
GAP (GTPases activating protein) p190RhoGAP favoriscono lo scambio
GTP per GDP
GDI Inibitori della dissociazione del GDP. Rho GDI forma un complesso
Con Rho e lo mantiene inattivo nel citoplasma
Integrine b2 attivano
Rac in linfociti
Integrine inducono fosforilazione
In tirosina della GEF VAV in linfociti
Gismondi et al. Journal of Immunology, 2003
Le piccole GTPasi, una volta attivate, possono attivare la via
delle MAP chinasi (Mitogen Activated Protein Kinases)
Le MAPK sono chinasi a Serina/Treonina. Sono conservate
dal lievito in poi e presenti in tutte le cellule in quanto
sovrintendono a funzioni essenziali dell’organismo. Il dominio
di attivazione contiene un motivo caratteristico Treonina-XTirosina.
La loro attivazione segue un caratteristico schema MKKKMKK-MK (vedi la successiva diapositiva)
Le MAPK vengono inattivate da fosfatasi (dual specific
phosphatases, DUSP) che defosforilano i residui di tirosina e
treonina del motivo di attivaziobne
La cascata delle MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases)
Raf
Proteina Ras
attiva
MEK
ERK
Attivazione di proteine e geni coinvolti nella crescita e nella
proliferazione cellulare
Fattore di crescita (mitogeno)
Un modello semplificato di un
modo in cui i mitogeni
stimolano la divisione cellulare
Attivazione di una proteina che regola geni
Gene myc
Gene ciclina D
Attivazione di
G1-cdk
Gene SCF
Degradazione
di p27
(inibitore cdk)
Ingresso in fase S
Gene E2F
Trascrizione di
geni di fase S
KSR (kinase suppressor for RAS) as a scaffold for MAPK pathway
Paxillin (focad adhesion protein) as a scaffold for MAPK pathway
la via delle MAPK è
attivata anche dalle
integrine
p38 MAPK pathway
FORMAZIONE DEL COMPLESSO AP-1 DA PARTE DELL’ATTIVAZIONE
DELLE VIE DI ERK E JNK
AP-1 regulates Interleukin-2 (IL-2) gene expression
Attivazione del recettore dell’Insulina recettore con attività tirosinochinasica
Signalling dell’IR: induzione del pathway PI3K/AKT
+mTOR
IRS=substrato per il recettore dell’insulina (IRS1/2)
AKT controlla l’espressione in membrana del trasportatore del
glucosio tramite esocitosi
L’attivazione della via della fosfatidil-inositolo 3
chinasi (PI3K) ha un ruolo importante nella
sopravvivenza e nella crescita cellulare
Un modo in cui la segnalazione tramite PI3K promuove la sopravvivenza
(chinasi TOR)
Fattore di crescita
PI3K attivata
Recettore attivato
amminoacidi
La famiglia di recettori di TGFbeta (transforming growth factor)
regola sviluppo, fibrosi, sviluppo del sistema immunitario e ha un ruolo
nella tumorigenesi
Convergenza, divergenza e interazione tra diverse vie di trasduzione del segnale
La fosfolipasi C è
una proteina con
dominio SH2,
attivata anche
dalla via dei
recettori
accoppiat1 a
proteine G.
La PKC, attivata da I3P
e DAG, della via delle
proteine G
trimeriche,fosforila
anche le MAPK, che
solo così sono
competamente
attivate.
Integrazione tra i vari pathway indotti da diversi recettori: integrine
e fattori di crescita
Cross talk recettore per EGF/recettore per adrenalina
Centralità del pathway di RAS/MAPK
La morte cellulare programmata è regolata da
una complessa rete di segnali
alcuni agiscono inducendo la morte della cellula
mentre altri ne promuovono la sopravvivenza
Ruolo della Morte Cellulare
• Sviluppo
• Morfogenesi
• Organogenesi
• Teratogenesi
• Mantenimento dell'omeostasi tissutale
• Inestino, Pelle, Sangue, etc..
First studies: Caenorabditis elegans
The proximal cause of apoptosis in C. elegans is the activation of the
cysteine protease ced-3, which is mediated by its oligomerization at
the activator protein ced-4. Activity of the ced-3/ced-4 complex is
regulated by the apoptosis inhibitor ced-9 and the apoptosis inducer
egl-1
Ruolo della Morte Cellulare
• Malattie
• Cancro
• Neurodegenerazione,Alzheimer's,
• Autoimmunità, Lupus
• Infezioni
• HIV, Influenza, EBV
• Infarto
• Cardiaco, Ischemia
Parkinson’s
Morte Cellulare e Patologie
Diminuzione della Morte Cellulare
•
•
•
Cancro (incontrollata proliferazione cellulare)
Infezioni Croniche (Adenovirus ed Herpes
Malattie Autoimmuni
virus)
Morte Cellulare e Patologie
Aumento della Morte Cellulare
•
•
•
Neurodegenerazione (Parkinson ed Alzheimer)
Ischemia Cerebrale (in seguito a riperfusione)
Autoimmunità (Lupus; linfociti B producono anticorpi
•
Infezioni virali
che riconoscono il self)
(HIV)
Necrosi
Morte cellulare
incontrollata
- Rigonfiamento cellulare e di tutti i
compartimenti
- Permeabilita‘ alterata della membrana
- Lisi cellulare con rilascio di enzimi
lisosomiali nel fluido extracellulare
- Infiammazione
Apoptosi
Morte cellulare programmata
- Perdita dei contatti cellulari
- Condensazione citoplasmatica e
riduzione del volume cellulare
- Permeabilita normale della membrana
- Cromatina condensata in tipici
aggregati granulari
- Frammentazione tipica della cromatina
- Frammentazione della cellula in corpi
apoptotici senza rilascio di citoplasma
- Esposizione della fosfatidilserina
- Infiammazione assente
Compattamento e separazione
della cromatina
Condensazione del citoplasma
Frammentazione del nucleo
Formazione di vescicole
Frammentazione della cellula
necrosi
apoptosi
FAGOCITOSI
Corpo apoptotico
Cellula fagocitica
L’esposizione della fosfatidil-serina sul versante
extracellulare della membrana funziona da segnale “eat me”
Il macchinario intracellulare responsabile dell’apoptosi dipende
dall’attivazione di una famiglia di proteasi chiamate caspasi
C = cisteina nel centro reattivo; ASP = riconoscono un residuo di acido
aspartico nell’ambito di una sequenza di 4 amminoacidi; ASI = sono
enzimi proteolitici
Sono presenti nella cellula come precursori inattivi (procaspasi) che si
attivano a seguito di taglio proteolitico
Attivazione via taglio
proteolitico da parte di
un’altra caspasi
procasp
asi
inattiva
caspasi
attiva
BERSAGLI DELLE CASPASI:
Proteine chinasi come FAK, PKB, PKC e RAF
Lamine nucleari
Proteine del citoscheletro
Una endonucleasi chiamata CAD (Dnasi attivata dalla caspasi)
La cascata delle caspasi attiva l’apoptosi
L’attivazione delle caspasi può essere innescata attraverso
due strade
LA VIA ESTRINSECA
Segnali extracellulari e recettori di superficie
LA VIA INTRINSECA
Segnali endogeni regolati dai mitocondri
Una via di trasduzione di un segnale
apoptotico mediato da una molecola
extracellulare solubile (TNF) o dall’
Interazione tra CD95 (FAS) e il suo
ligando (FAS-ligando)
Una via di trasduzione di un segnale apoptotico mediato da una
molecola extracellulare di membrana
membrana cellulare
di un linfocita killer
FasL
recettore Fas
membrana di una cellula bersaglio
citoplasma
attivazione della caspasi
detta iniziatore
precursore della caspasi
detta iniziatore
cascata di attivazione
delle caspasi
Nella via estrinseca, la Caspasi-8 agisce da iniziatore della via delle
caspasi. Una azione chiave è l’attivazione della caspasi effettore che è
La Caspasi-3
ATTIVAZIONE DELL’APOPTOSI DALL’INTERNO DELLA CELLULA
(via intrinseca)
La proteina antiapoptotica Bcl2
controlla la permeabilità della
membrana mitocondriale al citocromo C
La via intrinseca è indotta in seguito a vari stress, come danni al DNA,
scompensi nella progressione del ciclo, mancanza di sostanze nutritive,
ipossia ecc.
In molti tipi cellulari la via intrinseca dell’apoptosi è costitutivamente attiva
in assenza di fattori di sopravvivenza, che quindi agiscono come fattori anti
apoptotici
Nella via estrinseca, la Caspasi-8 agisce da iniziatore della via delle
caspasi. Una azione chiave è l’attivazione della caspasi effettore che è
La Caspasi-3
Nella via intrinseca, i mitocondri innescano l’apoptosi rilasciando
citocromo c nel citosol. La proteina anti-apoptotica Bcl2 impedisce il
rilascio di citocromo c dai mitocondri. Quando Bcl2 è inattivata,
il citocromo c stimola rilascio del calcio dal reticolo endoplasmico, dove
si lega ai recettori di IP3. Il citocromo c è in grado di attivare la
procaspasi-9, associata ai mitocondri, mediante il reclutamento di Apaf1, che assembla le molecole di procaspasi-9 in un complesso, detto
APOPTOSOMA. Questo complesso attiva la caspasi effettore che è
sempre la Caspasi-3
Un esempio:
la sopravvivenza dei neuroni dipende da una molecola segnale secreta dalle
cellule bersaglio
Un modo in cui la segnalazione tramite PI3K promuove la sopravvivenza
(chinasi Akt)
Segnale di
sopravvivenza
Recettore
attivato
PI3K attivata
Fosforilazione
e attivazione
di Akt
dissociazione
Bad inattiva
Akt attiva
INIBIZIONE
DELL’APOPTOSI
FOSFORILAZIONE
DI Bad
Inibizione di BCL2
Attivazione di BCL2
Due modi in cui i fattori di sopravvivenza possono inibire l’apoptosi
Produzione aumentata della
proteina anti-apoptotica
Bcl2
Inattivazione della
proteina pro-apoptotica
Bad
La proteina anti-apoptotica
Bcl2 impedisce il rilascio di
citocromo c dai mitocondri
File:Signal transduction pathways.svg