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

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1 Receptors, transmitters, signaling: ovvero come comunicano le cellule tra di loro 1

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3 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

4 Quattro (super)famiglie di recettori

5 Recettori metabotropi

6 Recettori accoppiati a proteine G: a. filamento proteico, b. struttura tridimensionale, c. esempi di legame con l agonista NH 2

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8 Il sito di legame per l ormone e il sito di interazione con la proteina G sono localizzati in porzioni distinte del recettore

9 Proteina G (GTP-binding protein) Proteina G = + + : unità catalitica -GDP, inattiva -GTP, attiva s, stimola l effettore i, inibisce l effettore >20 isoforme : ancoraggio alla membrana >6 isoforme INATTIVO GDP GTP Complesso ormonerecettore GDP Pi GTPasi ATTIVO GTP Stimola o inibisce : alta affinità per subunità, affinità variabile per subunità >4 isoforme Molte proteine G diverse, grande flessibilità di risposta GDP INATTIVO Effettore

10 Gli effettori G protein subunit Gα s Gα i/o Gα q Effectors Adenylcyclase Adenylcyclase Ca 2+ channel K + channel PLA 2 PLC Gα 12/13 Na + /K + exchanger Ca 2+ channel K + channel PLC Adenylcyclase

11 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)

12 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

13 EFFETTORE: adenilato ciclasi (Gα s e Gα i )

14 L AMP ciclico attiva la proteina chinasi A

15 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

16 Il sistema dell adenilato ciclasi Inotropo + Cronotropo + Dromotropo + Milrinone Enoximone

17 G s vs. G i : regolazione dell attività dell adenilato ciclasi G s stimola adenilato ciclasi G i 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 G s, mentre recettori 2 adrenergici sono accoppiati a G i

18 Inhibition of G s and G i by Bacterial Toxins Cholera toxin effects on G s : ADP ribosylation of an Arg residue in the s subunit of G s inhibition of associated GTPase activity Pertussis toxin effects on G i : ADP ribosylation of a Cys residue in the i subunit of G i 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.

19 Amplificazione del segnale

20 EFFETTORE: fosfolipasi C (,,, ) ** **

21 Phospholipase C (PLC )-catalyzed hydrolysis of PIP 2 Formation of 2 second messengers Activates Protein chinase C (PIP 2 ) Releases Ca 2+ from the endoplasmic reticulum

22 Risposte cellulari mediate dalla PKC Tessuto Piastrine del sangue Mastociti Midollare del surrene Pancreas Cellule dell ipofisi Tiroide Neuroni Cellule muscolari lisce Fegato Tessuto adiposo Risposta Rilascio di serotonina Rilascio di istamina Secrezione di adrenalina Secrezione di insulina Secrezione di GH ed LH Secrezione di calcitonina Rilascio di dopamina Aumento della contrattilità Idrolisi del glicogeno Sintesi del grasso

23 Riassumendo: vari ligandi usano GPCR per stimolare target di membrana, citoplasmatici e nucleari

24 La superfamiglia delle small G-protein o delle proteine G monomeriche dei mammiferi (20-40 kd)

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26 Alcune caratteristiche dei GPCR: Diverse famiglie Attività costitutiva Oligomeri Desensitizzazione

27 Family 1: rodopsina catecolamine amine Family 2: glucagone GRH Family 3: GLU metabotropici GABA B

28 inactive and active receptor conformations!! British Journal of Clinical Pharmacology 57 (4),

29 homo- and hetero-oligomerization!!!

30 receptor switching!!! Pharmacol Ther Jul;99(1):25-44

31 allosteric modulators of GPCRs!!

32 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

33 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 PLC P AC PKC PKA

34 disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore tramite le GRK (G protein-coupled receptor Kinase) (desensibilizzazione omologa) P P P GRK -arrestina

35 Il ruolo della -arrestina nella regolazione dei GPCR legame del messaggero fosforilazione del recettore interazione con -ARR associazione con CLATRINA formazione della vescicola endocitosi

36 Le proprietà dell internalizzazione definiscono due classi di GPCRs. Nel caso dei recettori di classe A ( 2- Adre), 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

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