I mediatori chimici sono prodotti da cellule specializzate e sono diffusi nell’organismo da apparati di distribuzione
Sistemi di distribuzione ad ampio raggio
Neuroni neurotrasmettitori
Cellule endocrine ormoni
Sistemi di distribuzione a breve raggio
Secrezione paracrina, autocrina, dipendente da contatto
Risposta a segnali extracellulariLenta o Rapida
Alcuni tipi di modificazione cellulare, come la crescita e la divisione cellulare comportano variazioni
dell’espressione e la sintesi di proteine nuove, per cui avvengono con tempi relativamente lunghi.
Altri come il movimento cellulare, la secrezione, particolari risposte metaboliche non coinvolgono il
nucleo cellulare per cui avvengono più rapidamente.
Mediatori chimici o Primi messaggeri
Molecole che interagiscono con una specifica cellula bersaglio o competente
perché dotata di specifici recettori.
Recano il segnale iniziale che scatenerà la risposta cellulare
Determinano modificazioni adattative della attività cellulare
Segnali
I recettori per gli ormoni steroidei sono
spesso fattori di trascrizione che
inducono una risposta cellulare
attivando l’espressione di specifici geni
Recettori intracellulari
Azione dell’Ossido Nitrico (NO) nel rilassamento della muscolatura liscia nella parete di un vaso sanguigno
Tutti i recettori di superficie sono proteine allosteriche
• Un dominio extracellulare che contiene il sito di legame per il mediatore
• Un dominio intracellulare che contiene un sito funzionale coinvolto, direttamente o indirettamente, nella produzione della risposta
Recettori di superficie
Esistono 3 classi principali di recettori di superficie
1. Recettori annessi a canali ionici
2. Recettori accoppiati alle proteine G
3. Recettori associati ad enzimi
Direttamente
L’effettore è un dominio funzionale appartenente alla stessa proteina che svolge il ruolo di recettore
Indirettamente
Recettore ed effettore sono molecole indipendenti ma capaci di interagire funzionalmente tra loro tramite uno specifico raccordo molecolare che con la sua attività trasferisce il segnale dal recettore all’effettore
Canale ionico che si apre per effetto della transizione allosterica provocata dal mediatore chimico e libera una cascata di ioni denominati secondi messaggeri che determina la risposta finale (cellule muscolari e cellule nervose)
Il dominio intracellulare del recettore possiede attività enzimatica che si esprime soltanto quando si lega il mediatore chimico.Molto spesso l’attività enzimatica è del tipo protein chinasi; il sito catalitico attivato fosforila una specifica proteina citoplasmatica che sua volta si attiva e determina la risposta cellulare.
I recettori accoppiati a proteine G costituiscono la più grande famiglia di recettori di superficie.Le proteine G sono sempre composte da 3 subunità proteiche e sono localizzate nel versante citoplasmatico della membrana cellulare.
Indirettamente
In assenza di segnale il recettore e la proteina G sono inattivi
L’attivazione del recettore determina l’associazione recettore-proteina G
L’associazione induce la subunità alfa a scambiare il GDP con il GTP. Questo fa dissociare la proteina G in una subunità alfa ed in un complesso beta-gamma
La subunità alfa possiede attività GTPasica (GTP GDP + P), quindi dopo un breve intervallo idrolizza
il GTP a GDP, si riassocia al complesso beta-gamma ed il segnale viene interrotto
Tra le molecole effettrici che rispondono alle proteine G ricordiamo:
• Il sistema dell’adenilato ciclasi
• Fosfolipasi C
Recettore – Raccordo – Molecole effetrici
ATP cAMP + pirofosfato
L’adenilato ciclasi è un enzima integrato nella membrana plasmatica, con il sito attivo esposto sul versante citoplasmatico che catalizza la reazione:
Il cAMP è un secondo messaggero di vita breve
Solitamente il cAMP attiva la protein chinasi A che a sua volta può attivare, fosforilandole, vari tipi di proteine
Primo messaggero
Recettore
Proteina G
Fosfolipasi CInositol Fosfolipide di membrana
Diacilglicerolo Trifosfoinositolo
Protein chinasi C Canali del calcio
Attivazione di enzimi Liberazione di Ca++
Segnale Adrenalina
Tessuto bersaglio Muscolo Scheletrico
Proteina G – cAMP – PKA
Fosforilazione di enzimi che intervengono nel metabolismo del Glicogeno
Produzione di Glucosio
Recettori collegati ad enzimi (6 classi)
1. Recettori tirosina chinasi
2. Recettori associati a tirosina chinasi
3. Recettori con attività serina/treonina chinasica
4. Recettori associati ad istidina chinasi
5. Recettori guanilico ciclasi
6. Tirosina fosfatasi simili a recettori
Recettori dotati di attività enzimatica intrinseca possiedono
attività tirosin-chinasi stimolata dal ligando.
nella maggior parte dei casi il ligando si lega come dimero
stimolando la dimerizzazione del recettore e
la stimolazione della sua attività chinasica.
Questi recettori autofosforilano residui di tirosina presenti nel loro dominio
citosolico e possono fosforilare anche varie proteine substrato
Il legame con il ligando induce l’attività tirosin-chinasica e la cosiddetta
autofosforilazione del dominio citoplasmatico del recettore.
Il recettore attivato può anche fosforilare altre proteine substrato.
Recettori di membrana con attività tirosin-chinasica (RTK).
Ai recettori fosforilati si legano
Proteine di segnalazione con
localizzazione intracellulare
mediante specifici domini (SH)
Proteina Src (Sarc) formata da 4 domini:SH3 – Attività di regolazioneSH2 – Attività di regolazionePiccolo dominio chinasico – Attività cataliticaGrosso dominio chinasico – Attività catalitica
Le proteine Ras sono delle GTPasi che
agiscono a valle dei RTK.
Analogamente alle proteine G, vengono
attivate dalla
fosforilazione del GDP a GTP.
Le proteine Ras e Ras-like monomeriche
determinano l’attivazione di una proteina chinasi e
la conseguente fosforilazione di specifici substrati.
A loro volta, questi causano una specifica risposta cellulare,
quale il cambiamento dell’attività metabolica, variazioni della
struttura e delle funzioni del citoscheletro, oppure la modulazione
dell’espressione genica.
Il recettore attivato dal ligando si lega alla proteina GRB2
la quale interagisce con la proteina Sos
L’ attivazione di Ras è mediata da due proteine,
GEF (Guanine nucleotide exchange factor)
e
GAP (GTPase activating protein)
La via delle MAP chinasi può promuovere la proliferazione cellulare, attivando la trascrizione di alcuni geni che codificano per le cicline G1
Normalmente l’attivazione di Ras è la risposta cellulare ad
uno stimolo,
mediata dall’interazione tra un ligando ed il RTK.
Nelle cellule in cui il protooncogene Ras è mutato, la
proteina è sempre attiva e
la risposta cellulare avviene anche in assenza di ligando.
In una donna fertile la maggior parte dei follicoli primari si trova in uno stato “dormiente”. La menopausa, infatti, si manifesta quando tutti questi follicoli hanno raggiunto la maturità e non può più avvenire l'ovulazione. Fino ad alcuni anni fa, i meccanismi che controllano l'attivazione dei follicoli “a riposo” erano sconosciuti.E’ stato dimostrato che il processo di maturazione è disciplinato da una serie di segnali molecolari che coinvolgono Pten-Pi3k. Alcuni ricercatori hanno infatti creato cavie geneticamente modificate in cui il gene che codifica per la proteina Pten viene inattivato nelle cellule uovo. In questi animali tutti i follicoli maturano prematuramente e le ovaie risultano “svuotate” in giovane età. Secondo gli autori, le donne che soffrono di menopausa precoce (Pof), potrebbero avere lo stesso difetto di sintesi proteica.
Infertility and POF in OoPdk1−/− mice.
Reddy P et al. Hum. Mol. Genet. 2009;18:2813-2824
© The Author 2009. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please email: [email protected]
The factors involved in folliculogenesis.
Oktem O , Urman B Hum. Reprod. 2010;25:2944-2954
© The Author 2010. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and Embryology. All rights reserved. For Permissions, please email: [email protected]
Figure 15-68 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Via di segnalazione JAK - STAT
I recettori delle citochine sono spesse
volte associati con tirosine chinasi
citoplasmatiche chiamate chinasi Janus
che fosforilano ed attivano proteine
chiamate STAT (signal transducers and
activators of transcription)