Messaggeri proteici
e
Recettori di membrana:
Meccanismi di trasduzione del segnale
Figure e tabelle:
•
Becker et al. ; Il mondo della cellula – EdiSES
•
Wolfe, Biologia molecolare e cellulare - EdiSES
Le cellule possono ricevere segnali chimici di tipo diverso
La differenza principale tra queste classi di molecole segnale riguarda la distanza
che la molecola deve percorrere prima di incontrare la cellula bersaglio.
Es.: i fattori di crescita sono rilasciati localmente e agiscono solo sui tessuti vicini.
Superficie cellulare e comunicazione intercellulare
Grazie all’azione di questa interfaccia di contatto
Inviare o ricevere
segnali chimici e fisici
Comunicazione fra cell.
Riconoscimento cell.
Glicolipidi e glicoproteine di
membr.
Nome e indirizzo
Adesione altre cell. o
sost. spazi extracell.
Glicoproteine
Glicoprot.
membr.
• Durante lo sviluppo
• mantenimento
Interaz.
tra
singole
associazione
cell.
Endocitosi mediata
molecole di glicop. su cell.
da recettori Legano molecole segnale nell’adulto
adiacenti o tra cell. e
•
riconoscimento
e
matrice extracell.
quale ormone peptidico
rigetto immunitario
o neurotrasmettitore
Correzione reazioni
metaboliche
Regolazione frequenza di
Altre modalità di adesione
processi come secrezione
e div. cell.
Recettori
Controllo sulla crescita e
attività cell.animali
Giunzioni cellulari
Gruppi sanguigni
Marcatori di natura
Glicolipidica e Glicoproteica di superficie
Differenze nel gruppo glucidico
glicoforina
(Sia regione glicopr. che glucidica)
Gruppi sanguigni M e N
Nessuno dei due
glucidi
Recettori di superficie e meccanismi
Amminozucchero
di risposta recettoriale
N-aceti-galattosam. Entrambi i glucidi
A B AB 0
galattosio
Il legame provoca
↑o↓ att.cell.di trasp.
Inizio divis.cell.
secrezione
Movim. Cell.
Metabolismo ossidativo
Segnalazione fra cell. eucariotiche
Recettori di superficie
Glicoproteine di membr.
Riconoscono ed interagiscono con molecole
segnale circolante nel mezzo extracell.
Ormone peptidico-fattori di crescitaneurotrasm.
Caratteristiche della risposta recettore-segnale
Recettori di superficie
(Centinaia o migliaia
sulla superf.cell.)
Glicoproteine che attraversano la membr. e hanno
regioni che si estendono da entrambi i lati della membr.
Regione che sporge verso l’esterno
Differenti tipi di cellule contengono
combinazioni ≠ di recettori
Possono variare
con i tumori
Possono variare
nel tempo
Così reagiscono individualm.
soltanto ad alcune delle molecole
circolanti
Interagisce e si lega con
ormone
neurotrasmettitore
Transizione conform. del recettore
Attivazione di un dominio catalitico situato
nella regione della prot. volta verso il citopl.
Inizia o catalizza una reazione
I passo di una serie di reazioni
Grazie ai meccanismi di risposta recettoriale:
A) Gli ormoni, fattori di crescita, neurotrasmett. (ligandi) non entrano nella cellula.
B) Se il ligando è dirett. iniettato nella cellula
Non si ha risposta
C) Il recettore con il ligando non devono essere internalizzati
rimane al suo posto
I meccanismi di risposta sono in numero relativ. piccolo nonostante la grande varietà
di ligandi
Quando i meccanismi risposta-recettore si innescano
Rimossi per endocitosi
Degradati nei lisosomi
I recettori e le molecole segnale
Recettore (separato dalle molec.segnale)
Riutilizzato
Fasi del passaggio della informazione durante la trasduzione del segnale
La capacità del recettore di distinguere il suo ligando specifico tra migliaia di altre molecole
dipende dalla combinazione di queste due caratteristiche del sito di legame: la forma e la
posizione strategica delle catene laterali amminoacidiche al suo interno.
Il rapporto fra la concentrazione del ligando in soluzione e il numero di
molecole di R. occupate costituisce una descrizione qualitativa della
affinità del recettore.
Kd (costante di dissociazione) = concentrazione di ligando libero
necessaria a saturare metà siti di legame del R.
Kd ci dice quale è la concentrazione di ligando in grado di indurre risposta
cellulare (tra 10-4 e 10-9 mM).
I R. rispondono non tanto a una determinata concentrazione di
ligando, ma piuttosto a variazioni della sua concentrazione.
Quando la presenza del ligando e l’occupazione dei recettori persistono
per un certo periodo di tempo, la cellula va incontro a un processo di
adattamento e cioè si desensibilizza e non risponde più al ligando.
La desensibilizzazione, o down-regolazione del recettore, è dovuta
a modifiche delle proprietà o della localizzazione cellulare del R. e
può avvenire per:
-rimozione del recettore dalla superf. cell. (per endocitosi)
-modifiche (per lo più fosforilazioni) del R. che
A) ne riducono l’affinità o
B) ne abbassano la capacità di indurre modificazioni di alcune
funzioni cell.
La desensibilizzazione è alla base della tolleranza, es: spray nasali.
Ci sono farmaci che attivano o inibiscono determinati recettori.
Famotidina lega e inibisce un tipo di recettore istaminico → controlla
l’acidità dello stomaco.
Il legame al recettore attiva all’interno della cellula una sequenza di
eventi di trasduzione del segnale.
Le alterazioni più frequentemente indotte dall’interazione con il ligando
sono modifiche conformazionali del R. o aggregazione di più molecole
di R.
R. sulla membrana plasmatica:
- R. associati a proteine G
- R. associati a protein- chinasi.
Struttura dei recettori associati a proteine G.
• Più diffusi
• 7 α-eliche trans-membrana
• 1% DNA codifica per le protein-chinasi
Esistono 2 tipi di proteine G:
- Prot. G grandi eterotrimeriche
- Prot. G piccole monomeriche (es. proteina Ras)
Alcune prot. G, dette Gs funzionano da stimolatori della traduzione del segnale
(s: stimolatori)
Altre Gi funzionano da inibitori della traduzione (si spegne la adenilato ciclasi).
Alcune prot. G, interagendo direttamente con
a) canali ionici del K+ o del Ca++ mediano l’azione di neurotrasmettitori specifici.
In alcuni organismi
b) le proteine G attivano delle chinasi.
COMUNQUE l’evento più importante è il rilascio o la produzione dei
secondi messaggeri: cAMP oppure Ca++.
Recettori associati a proteina G
Se il recettore viene inattivato
Non scambia più GDP con GTP
legandolo ad α
La mancata capacità di convertire α
nella forma attiva
Interrompe la catena
Effettore
Adenilato ciclasi: legata alla membrana.
Fosfodiesterasi: nel citosol.
Inibitori della fosfodiesterasi: Metilxantine (IBMX), Caffeina,
Teofillina
cAMP:
•Molecola piccola
•Solubile in acqua
•Può diffondere attr. il citopl.
Attivazione della proteina chinasi A da parte
del cAMP.
Le subunità catalitiche libere, così attivate,
possono fosforilare prot. bersaglio intracellulari.
PKA trasferisce gruppi P da ATP a una serina
o una treonina presente nel sito di fosforilazione
della proteina.
Glucagone
Ormone peptidico secreto dal pancreas
Se il livello ematico del glucosio è basso
Ormone interagisce con cell. bersaglio
del fegato……..
Funzionamento delle vie di risposta recettoriale dipendenti dal
cAMP
In generale la presenza di un
recettore su di un tipo di cell.
Certo tipo di risposta che può dipendere anche
dalla classe di protein-chinasi e dal repertorio di
proteine bersaglio che possono essere attivate o
inattivate
•Assunzione e ossidazione glucosio
Le vie di cAMP
•Adrenalina (o epinefrina)
•degradazione (in muscolo e fegato) e sintesi
glicogeno
•ripopolazione del midollo
•ormone adrenocorticotropo (ACTH)
•secrezione del progesterone e ormone tiroideo
•glucagone
•Epitelio intest: ↑ cAMP: ↑ secrezione Sali e H2O
•ormone luteinizzante
•trasporto mediato del Na+ e K+
•Paratormone (regola la conc. Calcio nel sangue)
•acetilcolina
•↑ cAMP: ↑ contraz. cardiache
•controllo del potenziale di membrana
•↑ cAMP: ↓ contraz. musc. liscia
•trasporto Aa all’interno della cell.
InsP3
DAG
Ca++
Mol. piccola e sol. in acqua
•Regioni polari e apolari
•Rimane sospeso nel doppio strato membr.
Secondo messaggero supplementare
Subito dopo la loro funz. InsP3 e cAMP vengono eliminati; Ca++ ripompato all’ext.(trasp.att.)
Così si spengono le vie di attivazione.
Proteina chinasi C: famiglia di 6 o
più enzimi;
fosforilano serina o treonina…
Sostanza fluorescente Ca++ dipendente: FURA-2
Regolazione del Ca++ nelle cellule.
(.)
(.)
(.)
(.)
La concentraz. del Ca++ nel citosol è tenuta bassa da (.).
Concentraz. intracell. di calcio: 10-4 mM; nei fluidi extracell: 1.2 mM.
Proteina citosolica che lega il Ca++ a concentraz. intracell. 10-3 mM.
Proteine bersaglio: proteine chinasi e proteine fosfatasi.
punto di ingresso spermatozoo
più di 3 min
Cellula uovo di pesce iniettata con equorina (luce). Aumento di calcio successivo alla
fecondazione.
Rilascio del Ca++ e esocitosi dei
granuli corticali ↓
Blocco di polispermia nel riccio
di mare.
Seconda importante funzione
del calcio: attivazione dell’uovo.
L’ossido Nitrico
accoppia
la stimolazione di
recettori associati a
proteine G sulle
cellule endoteliali
al
rilassamento della
muscolatura liscia
dei vasi sanguigni
NO: molecola di gas tossica.
Es.: Rilasciato dai neuroni del pene induce vasodilatazione → erezione.
Sildenafil (VIAGRA) : inibitore della fosfodiesterasi di cGMP che così rimane ad ↑
concentraz. per più tempo.
La via dipendente da InsP3/DAG
Distribuita universalmente negli organismi eucarioti
Più di 40 ormoni:
vasopressina, angiotensina, noradrenalina
Stesso tipo di regolazione vista prima
qui però abbiamo
Proteinchinasi
può anche
•Secrezione di ormoni e di neurotrasmettitori
da parte delle cell. ghiand. nervose
•divisione cellulare
•Eventi precoci successivi alla fecondazione
•trasporto ioni e zuccheri
•movimenti come contrazione muscol. liscia
•metabolismo del glucosio
bloccare, se fosforila
l’adenilatociclasi, la trasformazione
di ATP in cAMP
Le 2 importanti vie possono essere bersaglio di tossine
Tossina colerica, pertosse, tossina di alcuni ceppi di E. coli
Proteina G sempre attiva
Mutazioni
Aumenta cAMP
Attivano permanent. InsP3/DAG
La via è senza controllo così come
tutte le reazioni che scatena
Divis.cell. rapida e incontrollata
Recettori associati a
protein-chinasi
Trasferimento gruppi fosforici
Attività “protein-chinasi” fa parte del recettore
Le “protein-chinasi” sono enzimi indip. circolanti
Inibisce o stimola
Attività proteine bersaglio:
1) enzimi responsabili di passaggi critici del metabolismo cell.
2) proteine trasportatrici (canali ionici)
3) proteine ribosomiali
4) proteine per la regolazione attività dei geni
5) recettori stessi
( Protein-fosfatasi rimuovono i gruppi P e controbilanciano le protein-chinasi )
Recettori dotati di attività protein-chinasica intrinseca
1) Recettore dell’insulina
Controlla ingresso del glucosio nella cellula
2) fattori di crescita dell’epidermide (EGF)
3) fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF)
4) Regolatori della crescita e divisione cell.
Sono recettori che presentano analogie per sequenza Aa e
struttura
Recettori ad attività protein-chinasica
intrinseca
1°step
Forme di RAS (Rat Sarcoma) mutato
Mantiene la prot. nello stato attivato
Responsabile di molti tumori
RAS: proteina G piccola monomerica
GRF: fattore di rilascio del
nucleotide guanina
Recettori associati a protein
chinasi:
EGF: fattore di crescita epidermico
Autofosforilazione incrociata.
I recettori con attività tirosina chinasica si aggregano e vanno incontro a autofosforilazione
Effetti: Induzione della crescita - Proliferazione o specializzazione della cellula: differenziamento.
Trasduzione del segnale attraverso un recettore con attività tirosina
chinasica.
Dominio SH2: omologia 2 con la proteina SRC (del virus del sarcoma viario).
Sos è una proteina di rilascio dei nucleotidi guanina (GNRP) che lega GTP a Ras, attivandola.
Sos si attiva quando si lega a GRB2.
AP-1: fattore di trascrizione.
Plasma: deriva dal sangue intero, contiene piastrine
( che contengono fattori di coagulazione ),
ma è privo di globuli rossi e bianchi.
Siero: si separa dal sangue dopo coagulazione.
Durante la coagulazione le piastrine secernono
fattori di crescita che stimolano la crescita dei
fibroblasti che formano il tessuto connettivo
cicatriziale.
Dopo coagulazione il Siero è pieno di fattori di
crescita di derivazione piastrinica: PDGF.
Il suo recettore ha att. tirosina chinasica.
Altri fattori stimolano
chinasica:
- insulina
- fatt. crescita di :
. fibroblasti
. cellule epiteliali
. neuroni
R.con
attività
tirosina
Interessano non solo crescita o divisione cellulare,
ma anche sviluppo embrionale.
FGF: fattore di crescita dei fibroblasti.
FGFR: ruolo importante nello sviluppo delle cellule del mesoderma → muscolo, cartilagine,
precursori colonna vertebrale.
Embrione di rana: normale e
dx: con solo testa, senza corpo.
Altri fattori di crescita traducono il segnale
mediante recettori con attività chinasica su
Serina / treonina.
TGFβ
β: fattore di crescita con effetto
trasformante:
proliferazione,
apoptosi,
specializz. cellulare.
Mutazioni di SMAD: tumore.
Comunicazioni cellulari
Come?
1) Secernendo mediatori chimici
2) Legando membr. plasm. delle varie cell. o
ancorandole alla matrice extracell.(giunzioni)
1) segnalazione
recettori
Sinaptica (sistema nervoso: neuroni
impulso elettrico)
Autocrina (se il prodotto di una cell. influenza se stessa)
Paracrina (cells di tipo ≠ vicine)
Endocrina (cells endocrine organizzate in ghiandole)
Neurotrasm. possono
propagarsi per segn. par. o
autocr. (neuromodulatore)
ormoni
circolaz.sanguigna
cells bersaglio
Le differenze delle 4 segnal. non risiedono nelle sost. usate, quanto nelle modalità con cui i
segnali raggiungono il bersaglio
Segnalazione lenta
Alcuni min.
Ormone viene diluito
nel sangue
∃ cells neuroendocrine
Fattori di crescita
Deve essere capace di
agire a bassa concentr.
Affinità ligando-recettore
neurormoni
Mediatori chimici di natura peptidica e proteica
Via autocrina e/o paracrina
o endocrina
Divisione cell.
Tessuti bersaglio degli ormoni endocrini.
endocrino: insulina e glucagone
Pancreas
esocrino: enzimi digestivi portati nell’intestino attraverso il dotto pancreatico.
Insulina: fegato e muscolo scheletrico sono i suoi tessuti bersaglio.
Struttura chimica di alcuni ormoni endocrini animali.
Recettori di membrana e risposta recettoriale
Alterazioni ereditarie a carico del recettore dell’insulina
Alcune forme di diabete
Malattia nella quale il glucosio non può essere
assunto dalle cell. perché rimane in circolo
Diabete
Capacità del recettore di legare insulina
Difetti di < entità riducono
In casi molto più rari
Sua attività protein-chinasica
Mutazione abolisce > parte del dominio
protein-chinasico del recettore
Regione catalitica inattiva anche se si lega l’insulina
In altre mutazioni
Prodotte quantità insufficienti di insulina
Stimolazione di ≠ vie di traduzione del segnale associate a proteine G da parte
di recettori α− e β- adrenergici.
Rα
α: si trovano sulla muscolatura liscia che regola il flusso di sangue agli organi
viscerali.
Rβ
β: si trovano su muscolatura liscia delle arteriole che irrorano il cuore; su muscolatura
liscia dei bronchioli polmonari (↑ossigenazione) e su muscoli scheletrici.
Stimolazione della degradazione del glicogeno da parte dell’epinefrina
(adrenalina).
Le cellule del muscolo e del fegato rispondono a un aumento della concentraz. di
epinefrina nel sangue aumentando il tasso di demolizione del glicogeno.
Regolazione paracrina.
Tromboxano A2
prostaglandine.
(
TA2
):
famiglia
delle
Il collagene richiama le piastrine che a loro volta
secernono TA2 e ADP richiamando altre piastrine.
¤
Recettore della trombina
(¤):
attivato
dalla
att.
proteasica della trombina
stessa.
*
L’aspirina blocca l’azione della cicloossigenasi (*) e riduce la possibilità
che si formino coaguli
La segnalazione cellulare regola anche l’apoptosi:
Linfocita killer
Classificazione chimica e funzione degli ormoni
Funzioni fisiologiche degli ormoni
Esempi di funzioni cellulari regolate da cAMP
Esempi di funzioni cellulari regolate da Inositolo trifosfato e da diacilglicerolo
