lezione 11 comunicazione cellulare

Comunicazione Cellulare
•  Negli organismi pluricellulari le cellule comunicano a breve medio o
lungo raggio mediante molecole segnale
•  Rilasciate da cellula che le produce e ricevute da cellula bersaglio
•  La cellula bersaglio ha un RECETTORE in grado di ricevere
informazione
•  Nella cellula bersaglio l’informazione veicolata dal recettore si
trasmette all’interno e la cellula modifica la propria funzione
TRASDUZIONE del SEGNALE INTRACELLULARE
Anche AUTOCRINA
JUXTACRINA
Contatto dipendente durante embriogenesi
Segnalazioni differenti realizzate mediante molecole diverse
nell’ambiente extracellulare che segnalano a recettori diversi
OPPURE la stessa molecola legandosi allo stesso recettore può veicolare
informazioni-segnali differenti a seconda della TRASDUZIONE INTRACELLULARE
DEL SEGNALE e alla specificità cellulare
Esempio acetilcolina
Integrazione di diversi segnalidiversi recettori determina la
risposta
Molecole segnale i)non attraversano la membrana o
ii)attraversano la membrana
• 
Quasi nessuna delle molecole segnale extracellulari è in grado di
attraversare la membrana plasmatica: queste molecole si legano a proteine
recettore poste alla superficie della cellula, che trasducono il segnale
extracellulare in vari tipo di segnale intracellulare.
• 
Alcune molecole segnale piccole e idrofobiche come gli ormoni steroidei e
l’ossido nitrico riescono a diffondere direttamente attraverso la
membrana plasmatica; essi vanno ad attivare recettori proteici
intracellulari che sono enzimi o proteine regolatrici di gene.
Molecole segnale che attraversano la membrana: ORMONI
Molecole segnale che attraversano la membrana: ORMONI
Molecole segnale che attraversano la membrana: NO
NO: OSSIDO NITRICO
Comunicazione veloce, diffonde rapidamente all’interno.
Deriva dall’aa ARGININA.
Agisce localmente perchè a contatto con H2O e O2
all’esterno delle cellule e si trasforma in nitrati e nitriti
Nitroglicerina usata per anni per trattamento di angina pectoris,
per aumentare afflusso di sangue al cuore favorendo la vasodilatazione
Molecole segnale che non attraversano
la membrana plasmatica
•  Molecole si legano a recettori della membrana plasmatica che attiva
una via del segnale intracellulare o trasduzione del segnale
intracellulare. I componenti di questa via possono:
•  1- RITRASMETTERE IL SEGNALE a cascata ad altre molecole
della via
•  2- AMPLIFICANO il segnale
•  3- INTEGRANO il segnale ricevendo segnali da più vie, cioè da più
recettori
•  4- DISTRUBUIRE il segnale a diversi effettori suscitando risposte
complesse
Trasduttori del segnale intracellulare sono INTERRUTTORI MOLECOLARI ,
passano da uno stato attivo a uno inattivo e sono di due classi:
TRE CLASSI DI RECETTORI DI MEMBRANASUPERFICIE
Modificano la permeabilità alla membrana
Producono corrente elettrica
Proteina G accoppiata a sua volta a
CANALI o ENZIMI
Recettori accoppiati
a proteine G
GPCR=G protein
coupled receptors
700 diversi nelle
cellule umane
Recettori tutti con struttura simile
span membrana 7 volte
Recettori accoppiati
a proteine G
SPEGNIMENTO
Ritorno allo stato inattivo
della proteina G
Alcune tossine batteriche
impediscono la
disattivazione
Tossina del colera
Proteina G (alfa) sempre
attiva, sempre legata a GTP
nelle cellule intestinali.
Uscita di ioni Cl- e acqua,
disidratazione e morte
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
Efflusso di K+ rende più
difficile l’eccitabilità
elettrica,
minore contrazione fibre
muscolari del miocardio
Esempio
Bastoncelli dell’occhio con fotorecettori
Rodopsina che interagisce con una proteina
G chiamata TRASDUCINA
La Trasducina fa chiudere I canali del Na e
altera il potenziale di membrana
Liberazione del neurotrasmettitore
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
Risposta meno rapida perchè produce altri intermedi di trasduzione
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
ADENILATO CICLASI
Proteine G che influenzano l’enzima
adenilato ciclasi che modifica la
concentrazione intracellulare
di AMP ciclico, importante secondo
messaggero intracellulare
La fosfodiesterasi termina il segnale
perchè riconverte l’AMP ciclico in AMP
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
ADENILATO CICLASI
Cellula nervosa in coltura che produce AMP ciclico in risposta a serotonina.
Una proteina fluorescente che cambia colore con il legame con cAMP rivela la
concentrazione di cAMP, ROSSO molto abbondante
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
ADENILATO CICLASI
Figure 16-23 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
ADENILATO CICLASI
La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI
FOSFOLIPASI C
CALCIO INTRACELLULARE
•  Secondo messaggero importantissimo che regola una varietà enorme di
funzioni cellulari
•  Concentrazione citosol 10-7 M, mentre nel reticolo endoplasmatico è 10-3 M.
Pompe lo espellono dal citosol o nell’ambiente extracellulare o nel reticolo
endoplasmatico, o mitocondri o lisosomi altri organelli in cui è concentrato.
•  In risposta a stimoli, I canali si aprono e il calcio attraversa la membrana
secondo il proprio GRADIENTE ELETTROCHIMICO
•  Il calcio nel citosol si lega a proteine per esempio la CALMODULINA che attiva
la calcio/calmodulina CHINASI (CaM), che fosforila altre proteine permettendo
la trasduzione del segnale-soprattutto nei neuroni.
Recettori associati ad enzimi
tirosino-chinasici (TRK, tyrosine kinase receptors)
Recettori associati ad enzimi
tirosino-chinasici (TRK, tyrosine kinase receptors)
Effettore Ras
Effettore Ras
Effettore Ras
Figure 16-38a Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Effettore Ras
Figure 16-38b Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Effettore Ras
Figure 16-38c Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Effettore SMAD
Effettore PI3K e FOSFATIDILINOSITOLI
Figure 16-33 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Poli-fosfoinositidi
Localizzazione alle membrane
PIs are concentrated at the
cytosolic surface of
membranes
Vicinanza and De Matteis, EMBO J 2008
Proteine effettori di fosfatidilinositoli
Kutateladze T, Nat Chem Biol 2010
Di Paolo and De Camilli, Nature 2006
PI3K-AKT-mTOR
Lipton and Sahin, Neuron 2014
Effettore PI3K e fosfoinositoli
Figure 16-35 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)