01/11/2013. Introduzione ai Rafts lipidici. Membrana Plasmatica. Influenza dei legami doppi in posizione cis delle catene idrocarburiche

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1 Membrana Plasmatica Introduzione ai Rafts lipidici Becker, Il mondo della cellula Influenza dei legami doppi in posizione cis delle catene idrocarburiche Struttura degli Sfingolipidi I legami doppi rendono più difficile il compattamento reciproco delle catene, così rendendo più difficile il congelamento del bilayer lipidico. Inoltre, dato che le catene degli acidi grassi dei lipidi insaturi sono più sparpagliate, i bilayers lipidici che contengono lipidi insaturi sono più sottili dei bilayers formati esclusivemente dai lipidi saturi. La sfingomielina è un fosfolipide I gangliosidi sono glicolipidi 1

2 R: fosforilcolina sfingomielina R: Zuchero/i glicosfingolipidi LIPID RAFTS (zattere lipidiche) Lipid rafts La membrana plasmatica contiene rafts lipidici arricchiti in sfingolipidi, colesteroloed alcune proteine di membrana I rafts lipidici sono aree specializzate di piccole dimensioni delle membrane in cui sono concentrati alcuni lipidi (sopratutto sfingolipidi e colesterolo). Poichè il doppio strato lipidico è relativamente più spessa nei rafts, alcune proteine vi si accumulano in modo preferenziale. Rafts lipidici, segue - 1 La maggior parte delle molecole lipidiche nelle membrane cellulari sono disposte in modo casuale nel monostrato lipidico in cui risiedono. Le forze di van der Waals di attrazione fra le code di acidi grassi vicini non sono sufficientemente selettive da tenere insieme gruppi di molecole di questo tipo. Tuttavia, per alcune molecole lipidiche, come gli sfingolipidi, che tendono ad avere catene di acidi grassi lunghe e sature, le interazioni possono contribuire ad uno stato più ordinato. Tali microdomini rafts lipidici possono essere considerati come fasi di separazione transitorie nel doppio strato lipidico in cui si concentrano gli sfingolipidi. 2

3 Rafts lipidici, segue - 2 Si pensa che la membrana plasmatica delle cellule animali contenga molti di questi rafts lipidici (~70 nm di diametro), che sono ricchi sia di sfingolipidi che di colesterolo. Dato che le catene di idrocarburi dei lipidi ivi concentrati sono più lunghe e più dritte delle catene di acidi grassi della maggior parte dei lipidi di membrana, i rafts sono più spessi delle altre zone del bilayer e sono meglio in grado di accomodare alcune proteine di membrana, che tendono quindi ad accumularsi in quelle regioni. In questo modo, si pensa che i rafts lipidici organizzino tali proteine sia concentrandole per il trasporto in piccole vescicole, sia permettendo alle proteine di funzionare in modo integrato, come fanno quando convertono segnali extracellulari in segnali intracellulari. Per la maggior parte, le molecole lipidiche in un monostrato si muovono in torno indipendentemente da quelle dell altro monostrato. Tuttavia, nei rafts lipidici, le lunghe catene idrocarburiche degli sfingolipidi di un monostrato interagiscono con quelle dell altro monostrato. Perciò, i due monostrati di un raft lipidico interagiscono mediante le loro code lipidiche. Thomas Harder and Kai Simons: Caveolae, DIGS, and the dynamics of sphingolipid-cholesterol microdomains. Current Opinion in Cell Biology 1997, 9: Modello ipotetico dell organizzazione lipidica nei microdomini raft. Gli sfingolipidi (figure in rosso con due gambe) e il colesterolo intercalato (figure più piccole arancione) formano un microdominio altamente impacchettato in un ambiente ricco di fosfatidilcolina (PC; figure blu, due gambe). Le regioni ricche di PC sono impacchettate meno strettamente e sono più fluide dei domini ricchi in sfingolipidi e colesterolo. Rafts lipidici (5) I rafts lipidici pottrebbero mediare lo smistamento ( sorting ) di glicosfingolipidi e proteine ancorate mediante GPI alla membrana plasmatica apicale (Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell. Garland Pub; 4th edition (March 2002), pp pp ) La membrana plasmatica apicale di molte cellule è enormemente arricchita di glicosfingolipidi che aiutano a proteggere questa superficie esposta dal danno ad esempio provocato dagli enzimi digestivi e ph acido in siti come lo stomaco o il lume dell intestino. Anche proteine della membrana plasmatica che sono legate al bilayer lipidico da un àncora di glicosilfosfatidilinositolo (GPI), si trovano esclusivamente nella membrana plasmatica apicale. Se si usano tecniche di DNA ricombinante per legare un àncora di GPI ad una proteina che normalmente sarebbe consegnata alla superficie basolaterale, la proteine viene invece consegnata alla membrana apicale. Dolganiuc A. Role of lipid rafts in liver health and disease. World J Gastroenterol May 28;17(20): Rafts lipidici (6) Si ritiene che le proteine con àncora di GPI vengano dirette alla membrana apicale perché sono associate ai glicosfingolipidi nei rafts lipidici che si formano nella membrana della rete trans del Golgi. Anche le proteine di membrana con domini transmembrana insolitamente lunghi si accumulano nei rafts. Inoltre, i rafts preferenzialmente contengono proteine GPI ancorate e alcune proteine che legano carboidrati (lectine) che possono aiutare a stabilizzare le membrane. Una volta che hanno selezionato il loro carico caratteristico di molecole, i rafts gemmano dalla rete trans del Golgi in vescicole di trasporto destinate alla membrana plasmatica apicale. Esempi di proteine ancorate alla membrana plasmatica mediante lipidi e glicolipidi. Alcune proteine (ad es., la proteina dei linfociti Thy-1) sono ancorate al foglietto esterno della membrana plasmatica mediante ancore a glicosil fosfatidil inositolo (GPI) che vengono legate covalentemente al loro C-terminale nel reticolo endoplasmatico. Queste proteine sono glicosilate ed esposte sulla superficie cellulare. Altre proteine sono ancorate al foglietto interno della membrana plasmatica in seguito alla loro traduzione su ribosomi liberi nel citosol. La proteina Ras illustrata è ancorate mediante un gruppo prenilico legato covalentemente alla catena laterale di una cisteina del C-terminale e da un gruppo palmitoilo legato ad una cisteina localizzata 5 aminoacidi più a monte. La protein Src è ancorata mediante un gruppo miristoil legato al suo N-terminale. Anche una regione carica positivamente della Src gioca un ruolo nell associazione alla membrana, forse mediante l interazione con le teste cariche negativamente della fosfatidilserina. 3

4 GLICOLIPIDI E TRASDUZIONE DI SEGNALE Kohji Kasahara (Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science) Hakomori et al. hanno dimostrato che i glicosfingolipidi (GSLs) sono modulatori della trasduzione di segnale. L aggregazione dinamica di GSLs e colesterolo sembra dare origine a microdomini nell ambito del bilayer lipidico e l associazione di una gran varietà di molecole di segnalamento con questo dominio. Rafts GLICOLIPIDI E TRASDUZIONE DEL SEGNALE I GSLs sono relativamente ricchi di acidi grassi con catene aciliche sature, che permettono uno stretto impachettamento e conferiscono temperature di fusione alte. Viceversa, i fosfolipidi sono relativamente ricchi di acidi grassi con catene aciliche cisinsature (stutture a gomito), che impediscono l impachetamento stretto, e conferiscono temeprature di fusione basse. Il cross linking mediato da anticorpi (o ligandi) delle proteine GPIancorate induce l attivazione della famiglia delle src chinasi e un transiente aumento della fosforilazione a livello della tirosina di diversi substrati (Fig. 2a). Anche il cross linking degli GSLs mediato da anticorpi induce l attivazione della famiglia src delle proteina chinasi e un transitorio aumento di fosforilazione della tirosina. Proteine ancorate tramite GPI, proteine acilate come la famiglia src delle tirosina chinasi e le proteine trimerica G, sono asssociate ai microdomini di GSLs. Le proteine GPI ancorate hanno di solito catene aciliche sature che probabilmente si inseriscono preferenzialmente nei microdomini GSLs. La famiglia Src delle proteina chinasi vengono modificate da lipidi a catena satura (palmitoilazione e miristilazione) che probabilmente si inseriscono preferenzilamente nei microdomini GSL. Ciò dimostra che il cross linking dei GSLs mediato da anticorpi può simulare il segnalamento mediato da proteine GPI ancorate. Anticorpi contro le proteine GPI ancorate fanno immunoprecipitare la famiglia delle src chinasi, e anticorpi contro i GSL coimmunoprecipitano le src chinasi e le proteine GPI ancorate. Inoltre, la rimozione enzimatica della frazione di carboidrati dei GSLs della superficie cellulare ostacola l attivazione della famiglia delle srcchinasi mediante anticorpo mediato cross linking delle proteine GPIancorate. Queste osservazioni suggeriscono che i GSLs sono coinvolti nel signalamento mediato da proteine GPI ancorate. Nonostante non ci sia ancora accordo sul fatto che le proteine GPIancorate si associno stazionariamente ai microdomini GSLs, si pensa che il cross linking mediato da anticorpi delle proteine GPI ancorate induca la traslocazione verso i microdomini GSL o stabilizzino la loro associazione con i microdomini GSL. I microdomini GSL ( rafts ) sono coinvolti nel segnalamento mediato da immunorecettori e recettori dei fattori di crescita. Un attivazione efficiente delle cellule T richiede un segnale da un T cell antigen receptor e un secondo segnale da una molecola co stimolatoria. La co stimolazione porta al reclutamento di microdomini GSL verso il sito di contatto cellula cellula fra la cellula T e la cellula che presenta l antigene. La concentrazione di chinasi della famiglia src e di molecole downstream, e l esclusione della tirosina fosfatasi CD45, permette una forte e prolungata fosforilazione di diversi substrati. Inoltre, i recettore per l Epidermal Growth Factor, EGF e Ras sono presenti nei microdomini GSL e il trattamento con EGF induce la traslocazione di Raf 1 e MAPKK chinasi dal citosol ai microdomini GSL. Ciò suggerisce che i microdomini GSL possono essere siti di inizio per la cascata delle MAP chinasi. 4

5 Attivazione delle ERK MAP kinasi. La stimolazione dei recettori dei fattori di crescita porta all attivazione della piccola proteina che lega il GTP, Ras, che interagisce con la proteina chinasi Raf. A sua volta Raf fosforila e attiva MEK, una proteina chinasi a dopplice specificità che attiva ERK mediante fosforilazione di residui sia di treonina che di tirosina (Thr 183 and Tyr 185). La ERK quindi fosforila una gran varietà di proteine bersaglio nucleari e citoplasmatiche. 5

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