MEMBRANE TRASDUZIONE 1
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TRASDUZIONE DEL SEGNALE TRASDUZIONE DEL SEGNALE • Specificità (specificità riconoscimento) • Amplificazione e diversificazione della risposta (cascata enzimatica) • Integrazione tra segnali • Spegnimento del segnale Schema generale di un sistema di segnalazione • Le molecole segnale sono di natura chimica e dimensioni diverse: proteine, nucleotidi, amminoacidi, steroidi, retinoidi, gas. • I recettori possono essere di membrana o intracellulari • Il recettore deve avere un’alta affinità e specificità per il segnale; Kd 10-8-10 M • Il recettore deve inattivarsi rapidamente • Il segnale all’interno della cellula deve amplificarsi e diversificarsi Cellule diverse rispondono allo stesso segnale in modo differente Bevan, P. J Cell Sci 2001;114:1429-1430 Integrazione del segnale •Ciascuna Ciascuna cellula ha un set di recettori per rispondere ad un corrispondente set di segnali. •La La combinazione di questi segnali determina il destino della cellula TIPI DI SEGNALAZIONE Segnale: Ormoni steroidei e tiroidei Vit D; acido retinoico Diversificazione HRE: elemento di risposta ormonale, Amplificazione e spegnimento Recettore per gli ormoni steroidei Inibitori recettore degli estrogeni Segnale: NO NO Sintasi Attivazione della Guanilico ciclasi NO Sintasi Adenilato (guanilato) Ciclasi • I percorsi di trasduzione del segnale devono essere attivati/disattivati con estrema precisione. • Sono necessari interruttori molecolari. • I due stati conformazionali sono riconosciuti da proteine bersaglio completamente differenti. • Le variazioni conformazionali sono indotte da variazioni della fosforilazione della proteina o di un nucleotide (GTP, ATP). Recettore 7TM • Recettore accoppiati alle proteine G (GPCR) 7 a eliche transmembrana • Trasducono segnali di vario tipo: proteine, AA, lipidi, luce, odori, • Recettori più numerosi negli eucarioti (1-5% dei geni totali) • Modelli: recettore βadrenergico e la rodopsina • Sono bersaglio di agenti terapeutici e droghe Recettore 7TM Agonisti ed antagonisti del recettore β adrenergico Recettore e G-protein Proteina G eterotrimerica • Interruttori molecolari in moltissimi processi biologici: trasduzione, traffico vescicolare, sintesi proteica • Sono legate alla membrana da ancore lipidiche • Attività intrinseca GTPasica molto bassa stimolata da altre proteine, ad esempio il bersaglio • L’idrolisi GTP induce cambio conformazionale irreversibile fino alla sostituzione del nucleotide. • Sensibili allo stato energetico della cellula Proteina G eterotrimerica • La subunità α lega il nucleotide e si lega a GPCR in presenza di βγ. • Le subunità βγ si legano ad α GDP, ma non ad α GTP • Le subunità βγ garantiscono che il recettore catalizzi la sostituzione GDP con GTP e non viceversa Gs Adenilico ciclasi Fosfodiesterasi inibita da caffeina e teofillina PKA La PKA fosforila specifiche ser/thr in proteine bersaglio attivandole. Adrenalina- glucagone AMPLIFICAZIONE CRE: cAMP response element Spegnimento del segnale Spegnimento del segnale •Adattamento: una prolungata esposizione allo stimolo diminuisce la risposta della cellula. •Endocitosi del recettore. •Fosfodiesterasi •Attivazione della ser/thr fosfoproteine fosfatasi Inibizione delle G-protein G inibitorie (rec α-adrenergici, somatostatina) Altri secondi messaggeri attivati da Gprotein Gq: rec α-adrenergici, vasopressina, acetil colina IP3 apre il canale per il Ca. [Ca 2+] aumenta 100 volte. Il Ca rientra con la CaATPasi Ca 2+ Calmodulina Calmodulina • Recettore intracellulare ubiquitario del Ca2+. • Lega 4 ioni Ca che inducono un cambio conformazionale. • Una volta attivata si lega a proteine bersaglio subendo un ulteriore cambio conformazionale. • • • • CaM-chinasi Troponina PKC Subunità della glicogenofosforilasi chinasi muscolare PKC • L’aumento del Ca2+ citosolico fa traslocare la PKC dal citosol alla membrana. • DAG e fosfolipidi negativi attivano la PKC • PKC fosforila Ser/Thr in proteine bersaglio. • Alcuni cancerogeni lipidici (esteri del forbolo) attivano la PKC in assenza di segnale. Segnali olfattivi Segnali gustativi Molecole gustative Stereospecificità Bastoncelli e visione Recettori legati ad enzimi •rispondono a fattori di crescita, mediatori locali (10-9-10-11M) che promuovono crescita e differenziamento → risposta lenta •Possono determinare anche risposte rapide (modificazioni del citosol, e/o metaboliche) •Anomalie nella segnalazione attraverso questi recettori possono avere un ruolo nella trasformazione tumorale Recettori legati ad enzimi • I recettori sono proteine transmembrana monopasso. • Sono dimeri/oligomeri oppure dimerizzano in presenza del segnale. • Il dominio citoplasmatico ha una attività tirosinchinasi intrinseca o è associato ad una tirosinchinasi. • La fosforilazione del recettore fornisce siti di riconoscimento per proteine adattatrici che propagano il segnale Metabolismo e trasporto glucosio crescita cellulare e differenziazione Metabolismo energetico crescita cellulare e differenziazione Recettore Insulina Attivazione del recettore dell’insulina •Il recettore autofosforila 3 tirosine •Una tirosina è un sito di ancoraggio per IRS-1 che viene fosforilato formando multipli siti di docking •Le tirosine fosforilate sono riconosciute da proteine che contengono il dominio SH2. Dominio SH2: Protein chinasi Src •La chinasi Src riconosce il bersaglio attraverso il dominio SH2 e SH3. •cSrc normale, protooncogene, regolata V-src oncogene sempre attiva Oncogeni • I virus che inducono tumori trasportano oncogeni, simili a geni (proto-oncogeni) presenti nelle cellule animali bersaglio. • Il virus del sarcoma di Rous ha v-src, omologo a csrc • Entrambe codificano per una tirosin chinasi: c-scr controllata, v-src incontrollata. • Altri oncogeni: v-Ras, v-erbB, v-fos, v-jun. • Gli oncogeni non sono necessariamente di origine virale, ma piuttosto derivano da proto-oncogeni mutati • Perché una cellula subisca una trasformazione maligna sono necessari più di un evento oncogenico IRS-1 e PIP3 •PIP3 chinasi attiva anche una PLC •PIP3 inattivato da PTEN •Mutazioni in PTEN in molti tumori Akt o PKB IRS-1 e GRB-2/SOS GRB-2/SOS: proteina adattatrice che accoppia il recettore attivato alla proteina G Ras Proteina G monomerica Ras • Legata alla membrana da ancora lipidiche • Lo scambio GDP/GTP è determinato dal legame con una proteina attivatrice GEF (Sos) • Attività intrinseca GTPasica molto bassa stimolata da proteine GAP • Attiva una cascata di Ser/Thr fosforilazione • Mutazioni in Ras in molti tumori Raf Mek Erk
