Comunicazione Cellulare

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1 Comunicazione Cellulare Negli organismi pluricellulari le cellule comunicano a breve medio o lungo raggio mediante molecole segnale Rilasciate da cellula che le produce e ricevute da cellula bersaglio La cellula bersaglio ha un RECETTORE in grado di ricevere informazione Nella cellula bersaglio l informazione veicolata dal recettore si trasmette all interno e la cellula modifica la propria funzione TRASDUZIONE del SEGNALE INTRACELLULARE

2 Anche AUTOCRINA JUXTACRINA

3 Contatto dipendente durante embriogenesi

4 Segnalazioni differenti realizzate mediante molecole diverse nell ambiente extracellulare che segnalano a recettori diversi OPPURE la stessa molecola legandosi allo stesso recettore può veicolare informazioni-segnali differenti a seconda della TRASDUZIONE INTRACELLULARE DEL SEGNALE e alla specificità cellulare Esempio acetilcolina

5 Integrazione di diversi segnalidiversi recettori determina la risposta

6 Molecole segnale i)non attraversano la membrana o ii)attraversano la membrana Quasi nessuna delle molecole segnale extracellulari è in grado di attraversare la membrana plasmatica: queste molecole si legano a proteine recettore poste alla superficie della cellula, che trasducono il segnale extracellulare in vari tipo di segnale intracellulare. Alcune molecole segnale piccole e idrofobiche come gli ormoni steroidei e l ossido nitrico riescono a diffondere direttamente attraverso la membrana plasmatica; essi vanno ad attivare recettori proteici intracellulari che sono enzimi o proteine regolatrici di gene.

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9 Molecole segnale che attraversano la membrana: ORMONI

10 Molecole segnale che attraversano la membrana: ORMONI

11 Molecole segnale che attraversano la membrana: NO NO: OSSIDO NITRICO Comunicazione veloce, diffonde rapidamente all interno. Deriva dall aa ARGININA. Agisce localmente perchè a contatto con H 2 O e O 2 all esterno delle cellule e si trasforma in nitrati e nitriti Nitroglicerina usata per anni per trattamento di angina pectoris, per aumentare afflusso di sangue al cuore favorendo la vasodilatazione

12 Molecole segnale che non attraversano la membrana plasmatica Molecole si legano a recettori della membrana plasmatica che attiva una via del segnale intracellulare o trasduzione del segnale intracellulare. I componenti di questa via possono: 1- RITRASMETTERE IL SEGNALE a cascata ad altre molecole della via 2- AMPLIFICANO il segnale 3- INTEGRANO il segnale ricevendo segnali da più vie, cioè da più recettori 4- DISTRUBUIRE il segnale a diversi effettori suscitando risposte complesse

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15 Trasduttori del segnale intracellulare sono INTERRUTTORI MOLECOLARI, passano da uno stato attivo a uno inattivo e sono di due classi:

16 TRE CLASSI DI RECETTORI DI MEMBRANA- SUPERFICIE Modificano la permeabilità alla membrana Producono corrente elettrica Proteina G accoppiata a sua volta a CANALI o ENZIMI

17 Recettori accoppiati a proteine G GPCR=G protein coupled receptors 700 diversi nelle cellule umane Recettori tutti con struttura simile span membrana 7 volte

18 Recettori accoppiati a proteine G SPEGNIMENTO Ritorno allo stato inattivo della proteina G Alcune tossine batteriche impediscono la disattivazione Tossina del colera Proteina G (alfa) sempre attiva, sempre legata a GTP nelle cellule intestinali. Uscita di ioni Cl- e acqua, disidratazione e morte

19 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI Efflusso di K+ rende più difficile l eccitabilità elettrica, minore contrazione fibre muscolari del miocardio

20 Esempio Bastoncelli dell occhio con fotorecettori Rodopsina che interagisce con una proteina G chiamata TRASDUCINA La Trasducina fa chiudere I canali del Na e altera il potenziale di membrana Liberazione del neurotrasmettitore

21 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI Risposta meno rapida perchè produce altri intermedi di trasduzione

22 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI ADENILATO CICLASI Proteine G che influenzano l enzima adenilato ciclasi che modifica la concentrazione intracellulare di AMP ciclico, importante secondo messaggero intracellulare La fosfodiesterasi termina il segnale perchè riconverte l AMP ciclico in AMP

23 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI ADENILATO CICLASI Cellula nervosa in coltura che produce AMP ciclico in risposta a serotonina. Una proteina fluorescente che cambia colore con il legame con camp rivela la concentrazione di camp, ROSSO molto abbondante

24 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI ADENILATO CICLASI Figure Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)

25 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI ADENILATO CICLASI

26 La proteina G attivata trasmette a effettori che possono essere CANALI o ENZIMI FOSFOLIPASI C

27 CALCIO INTRACELLULARE Secondo messaggero importantissimo che regola una varietà enorme di funzioni cellulari Concentrazione citosol 10-7 M, mentre nel reticolo endoplasmatico è 10-3 M. Pompe lo espellono dal citosol o nell ambiente extracellulare o nel reticolo endoplasmatico, o mitocondri o lisosomi altri organelli in cui è concentrato. In risposta a stimoli, I canali si aprono e il calcio attraversa la membrana secondo il proprio GRADIENTE ELETTROCHIMICO Il calcio nel citosol si lega a proteine per esempio la CALMODULINA che attiva la calcio/calmodulina CHINASI (CaM), che fosforila altre proteine permettendo la trasduzione del segnale-soprattutto nei neuroni.

28 Recettori associati ad enzimi tirosino-chinasici (TRK, tyrosine kinase receptors)

29 Recettori associati ad enzimi tirosino-chinasici (TRK, tyrosine kinase receptors)

30 Effettore Ras

31 Effettore Ras

32 Effettore Ras Figure 16-38a Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)

33 Effettore Ras Figure 16-38b Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)

34 Effettore Ras Figure 16-38c Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)

35 Effettore SMAD

36 Figure Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Effettore PI3K e FOSFATIDILINOSITOLI

37 Poli-fosfoinositidi

38 Localizzazione alle membrane PIs are concentrated at the cytosolic surface of membranes Vicinanza and De Matteis, EMBO J 2008

39 Proteine effettori di fosfatidilinositoli Kutateladze T, Nat Chem Biol 2010 Di Paolo and De Camilli, Nature 2006

40 PI3K-AKT-mTOR Lipton and Sahin, Neuron 2014

41 Effettore PI3K e fosfoinositoli Figure Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)

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