Recettori GPCRs (24 dicembre)
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Receptors, transmitters, signaling: ovvero come comunicano le cellule tra di loro 1 Una proteina di legame non è sempre un recettore Specificità – un recettore deve essere in grado di distinguere tra segnali spesso strettamente correlati Alta affinità – i segnali sono spesso presenti a basse concentrazioni – recettori efficienti possono spesso captare concentrazioni tra nM e pM Saturabilità – una cellula ha un numero finito di recettori, quindi vi è un limite al numero di molecole di ligando che una cellula può legare Reversibilità – l’associazione ligando-recettore non è covalente – quando la concentrazione del ligando diminuisce il complesso può dissociarsi Accoppiamento – il recettore trasferisce un segnale dal ligando alla cellula É quest’ultima caratteristica, più di ogni altra, che contraddistingue un recettore da una proteina di legame Quattro (super)famiglie di recettori Recettori metabotropi Recettori accoppiati a proteine G: a. filamento proteico, b. struttura tridimensionale, c. esempi di legame con l’agonista NH2 Il sito di legame per l’ormone e il sito di interazione con la proteina G sono localizzati in porzioni distinte del recettore Proteina G (GTP-binding protein) • • • • • Proteina G = + + : unità catalitica – -GDP, inattiva INATTIVO – -GTP, attiva – s, stimola l’effettore GDP – i, inibisce l’effettore – >20 isoforme : ancoraggio alla membrana – >6 isoforme : alta affinità per subunità , affinità variabile per subunità – >4 isoforme Molte proteine G diverse, grande flessibilità di risposta Complesso ormonerecettore GTP GDP ATTIVO GTP Pi Stimola o inibisce GTPasi GDP INATTIVO Effettore Gli effettori G protein subunit Effectors Gαs Adenylcyclase Gαi/o Adenylcyclase Ca2+ channel K+ channel PLA2 PLC Gαq Gα12/13 Na+/K+ exchanger Ca2+ channel K+ channel PLC Adenylcyclase Principali effetti fisiologici mediati dalle proteine G Scoperte nel 1994 da Gilman (premio Nobel per la medicina) e Rodbell, sono coinvolte in molti processi cellulari 2012 Lefkowitz e Kobilka (premio Nobel per la Chimica) Protein Kinasi – trasferiscono un fosfato dall’ATP ad amino acidi specifici Protein Fosfatasi – rimuovono un fosfato da specifici amino acidi La fosforilazione può avvenire sul gruppo -OH degli aminoacidi serina, treonina e tirosina EFFETTORE: adenilato ciclasi (Gαs e Gαi) L’AMP ciclico attiva la proteina chinasi A How Increased Intracellular cAMP Leads to Increased Gene Transcription. Activated PKA enters the nucleus and phosphorylates CREB (cAMP Response Element Binding protein). Once phosphorylated, CREB recruits the coactivator CBP (CREB Binding Protein). This complex binds to the CREB-binding element to stimulate gene transcription. Molecular Biology of the Cell, 2002 Il sistema dell’adenilato ciclasi Inotropo + Cronotropo + Dromotropo + Milrinone Enoximone Gs vs. Gi: regolazione dell’attività dell’adenilato ciclasi Gs stimola adenilato ciclasi Gi inibisce adenilato ciclasi L’adrenalina causa aumento o riduzione dei livelli intracellulari di cAMP, in funzione del recettore al quale si lega recettori adrenergici sono accoppiati a Gs, mentre recettori 2 adrenergici sono accoppiati a Gi Inhibition of Gs and Gi by Bacterial Toxins Cholera toxin effects on Gs: ADP ribosylation of an Arg residue in the s subunit of Gs inhibition of associated GTPase activity Pertussis toxin effects on Gi: ADP ribosylation of a Cys residue in the i subunit of Gi an inability to inhibit adenylate cyclase activity. Thus, both toxins cause increased intracellular cAMP concentrations! © 2000 by W. H. Freeman and Company. All rights reserved. Amplificazione del segnale EFFETTORE: fosfolipasi C (,,,) ** ** Phospholipase C (PLC)-catalyzed hydrolysis of PIP2 Formation of 2 second messengers Activates Protein chinase C Releases Ca2+ from the endoplasmic reticulum (PIP2) Risposte cellulari mediate dalla PKC Tessuto Risposta Piastrine del sangue Rilascio di serotonina Mastociti Rilascio di istamina Midollare del surrene Secrezione di adrenalina Pancreas Secrezione di insulina Cellule dell’ipofisi Secrezione di GH ed LH Tiroide Secrezione di calcitonina Neuroni Rilascio di dopamina Cellule muscolari lisce Aumento della contrattilità Fegato Idrolisi del glicogeno Tessuto adiposo Sintesi del grasso Riassumendo: vari ligandi usano GPCR per stimolare target di membrana, citoplasmatici e nucleari La superfamiglia delle “small G-protein” o delle “proteine G monomeriche” dei mammiferi (20-40 kD) Alcune caratteristiche dei GPCR: Diverse famiglie Attività costitutiva Oligomeri Desensitizzazione Family 1: rodopsina catecolamine amine Family 2: glucagone GRH Family 3: GLU metabotropici GABAB inactive and active receptor conformations!! British Journal of Clinical Pharmacology 57 (4), 373-387. homo- and hetero-oligomerization !!! receptor switching !!! Pharmacol Ther. 2003 Jul;99(1):25-44 allosteric modulators of GPCRs!! Desensitizzazione recettoriale, ovvero adattamento della cellula bersaglio 1. disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore 2. internalizzazione del recettore 3. down-regulation dei recettori totali a seguito della ridotta sintesi di mRNA e di proteina o della degradazione lisosomiale Il sistema più rapido di desensibilizzazione: il disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore tramite PKA e/o PKC (desensibilizzazione eterologa) P PKC PLC P PKA AC disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore tramite le GRK (G protein-coupled receptor Kinase) (desensibilizzazione omologa) P P P -arrestina GRK Il ruolo della -arrestina nella regolazione dei GPCR legame del messaggero fosforilazione del recettore interazione con -ARR associazione con CLATRINA formazione della vescicola endocitosi Le proprietà dell’internalizzazione definiscono due classi di GPCRs. Nel caso dei recettori di classe A (2Adre), l’interazione -arrestina–GPCR è transitoria, e la -arrestina non si localizza con i GPCR negli endosomi. Per i recettori di classe B (Vaso2), l’interazione -arrestina–GPCR è più stabile, e recettore e –arrestina colocalizzano negli endosomi. Recettore di classe A Recettore di classe B
