Receptors, transmitters, signaling:
ovvero come comunicano le cellule tra di loro
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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
