Mediatore chimico. Recettore. Trasduzione del segnale. Risposta della cellula

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2 Mediatore chimico Recettore Trasduzione del segnale Risposta della cellula

3 I mediatori chimici sono prodotti da cellule specializzate e sono diffusi nell organismo da apparati di distribuzione Sistemi di distribuzione ad ampio raggio Neuroni Cellule endocrine neurotrasmettitori ormoni Sistemi di distribuzione a breve raggio Secrezione paracrina, autocrina, dipendente da contatto

4 Sistemi di distribuzione a breve raggio

5 Sistemi di distribuzione a breve raggio

6 Sistemi di distribuzione ad ampio raggio

7 Uno stesso mediatore può indurre, in differenti tipi cellulari, risposte diverse

8 Risposta a segnali extracellulari Lenta 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.

9 Segnali 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

10 Natura chimica del mediatore Diversi tipi di recettori

11 Piccole molecole idrofobiche si legano a recettori nucleari

12 Recettori intracellulari I recettori per gli ormoni steroidei sono spesso fattori di trascrizione che inducono una risposta cellulare attivando l espressione di specifici geni

13 Recettori nucleari

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15 Azione dell Ossido di azoto (NO) nel rilassamento della muscolatura liscia nella parete di un vaso sanguigno

16 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

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18 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

19 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

20 Direttamente 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.

21 Indirettamente 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.

22 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 betagamma

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24 (GTP La subunità alfa possiede attività GTPasica GDP + P), quindi dopo un breve intervallo idrolizza il GTP a GDP, si riassocia al complesso beta-gamma ed il segnale viene interrotto

25 Recettore Raccordo Molecole effetrici Tra le molecole effettrici che rispondono alle proteine G ricordiamo: Il sistema dell adenilato ciclasi Fosfolipasi C

26 L adenilato ciclasi è un enzima integrato nella membrana plasmatica, con il sito attivo esposto sul versante citoplasmatico che catalizza la reazione: ATP camp + pirofosfato Il camp è un secondo messaggero di vita breve

27 Solitamente il camp attiva la protein chinasi A che a sua volta può attivare, fosforilandole, vari tipi di proteine

28 Segnale Adrenalina Tessuto bersaglio Muscolo Scheletrico Proteina G camp PKA Fosforilazione di enzimi che intervengono nel metabolismo del Glicogeno Produzione di Glucosio

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30 Primo messaggero Recettore Proteina G Fosfolipasi C Inositol Fosfolipide di membrana Diacilglicerolo Trifosfoinositolo Protein chinasi C Canali del calcio Attivazione di enzimi Liberazione di Ca ++

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34 Table 15-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

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38 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

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40 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

41 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

42 Recettori di membrana con attività tirosin-chinasica (RTK). 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.

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44 Ai recettori fosforilati si legano Proteine di segnalazione con localizzazione intracellulare mediante specifici domini (SH)

45 Proteina Src (Sarc) formata da 4 domini: SH3 Attività di regolazione SH2 Attività di regolazione Piccolo dominio chinasico Attività catalitica Grosso dominio chinasico Attività catalitica

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47 I recettori tirosina chinasi trasmettono il segnale alle proteine Ras

48 Le proteine Ras sono delle GTPasi che agiscono a valle dei RTK. Analogamente alle proteine G, vengono attivate dalla fosforilazione del GDP a GTP.

49 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.

50 Il recettore attivato dal ligando si lega alla proteina GRB2 la quale interagisce con la proteina Sos

51 L attivazione di Ras è mediata da due proteine, GEF (Guanine nucleotide exchange factor) e GAP (GTPase activating protein)

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53 L attivazione di Ras attiva la cascata delle MAP chinasi (Proteine chinasi attivate da mitogeni)

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55 La via delle MAP chinasi può promuovere la proliferazione cellulare, attivando la trascrizione di alcuni geni che codificano per le cicline G1

56 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.

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58 Fosfoinositide 3-chinasi PTEN

59 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

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61 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

62 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.

63 Infertility and POF in OoPdk1 / mice. Reddy P et al. Hum. Mol. Genet. 2009;18: The Author Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please journals.permissions@oxfordjournals.org

64 The factors involved in folliculogenesis. Oktem O, Urman B Hum. Reprod. 2010;25: The Author Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and Embryology. All rights reserved. For Permissions, please journals.permissions@oxfordjournals.org

65 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) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)