Le risposte indotte dai messaggeri primari hanno come risultato quello di adattare l organismo alle condizioni imposte dall ambiente esterno o

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1 Negli organismi superiori l integrazione funzionale dei vari organi è resa possibile da informazioni che vengono diramate per via nervosa o per via umorale. Sebbene funzionalmente distinti, questi due sistemi di informazione e regolazione sono fra loro strettamente coordinati da un comune centro di controllo (l ipotalamo) e da interdipendenti sistemi di effettori cellulari.

2 Gli ORMONI ed i FATTORI di CRESCITA e DIFFERENZIAMENTO sono messaggeri chimici (messaggeri primari) che regolano lo sviluppo ed il differenziamento cellulare e coordinano l attività di cellule e tessuti nell organismo adulto. I messaggeri primari esplicano la loro azione sulle cellule bersaglio, dotate di recettori capaci di riconoscere il segnale e di dispositivi molecolari atti a tradurre lo stimolo in idonee modificazioni metaboliche e funzionali

3 Le risposte indotte dai messaggeri primari hanno come risultato quello di adattare l organismo alle condizioni imposte dall ambiente esterno o interno. Tale adattamento, che tende a preservare l organismo nelle condizioni fisiologiche ottimali, viene indicato con il termine di OMEOSTASI.

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11 E PROPRIO VERO? Uno dei sistemi attraverso i quali un tessuto può modificare la risposta ad un messaggero primario è la variazione del numero di recettori presenti nella membrana

12 I messaggeri primari i cui recettori si trovano nella membrana plasmatica delle cellule bersaglio attivano, dopo interazione con il loro recettore, un processo di TRASDUZIONE di segnali. Questo processo implica spesso la modificazione della concentrazione intracellulare di un SECONDO MESSAGGERO, per esempio l AMP ciclico (camp), il Ca ++, l inositolo trisfosfato (IP3), ecc. I recettori implicati nei processi di trasduzione del segnale appartengono sostanzialmente a tre classi (superfamiglie): (1) Recettori con 7 segmenti ad a elica, transmembrana; (2) Recettori con un unico segmento transmembrana, ad a elica. (3) Recettori con struttura oligomerica operanti come canali ionici, sensibili a specifici ligandi.

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21 Un ulteriore possibile effettore dei recettori collegati a proteine G trimeriche è la Fosfolipasi C

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25 Proteine G trimeriche: un po di numeri Sono noti più di 100 recettori diversi, accoppiati a proteine G; tra questi alcuni legano lo stesso messaggero primario ma evocano risposte intracellulari diverse Sono noti 6 geni per subunità b Sono noti 12 geni per subunità g Sono noti più di 20 geni per subunità a Le subunità a sono classificate in 4 principali famiglie: - Gs: contenenti subunità a che stimolano l adenilato ciclasi; - Gq (Gq, G 11, G 14, G 16 ): contenenti subunità a che attivano la PLC; - Gi (G i1, G i2, G i3, G 01, G 02, G Z ): inattivano l adenilato ciclasi ma hanno anche altre funzioni; -G12 (ubiquitaria): ruolo non chiaro

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29 cgmp Nelle cellule è presente anche il cgmp. In generale, le concentrazioni di camp e cgmp sono inversamente correlate. Per esempio, nelle cellule in attiva proliferazione, la concen trazione del cgmp è elevata, mentre quella del camp è bassa. Come il camp si forma dall ATP in una reazione catalizzata dalla Adenilato ciclasi, così Il cgmp si forma dal GTP in una reazione catalizzata dalla Guanilato ciclasi La guanilato ciclasi (GC) esiste in forme diverse, con diversa localizzazione subcellulare. (1) Una forma si trova nella membrana plasmatica ed è un recettore con un solo segmento transmembrana, ad a elica. Tra i suoi ligandi, il peptide natriuretico atriale (ANP), ad azione ipotensiva, secreto dall atrio cardiaco. (2) Una forma citosolica funziona da recettore dell NO, ossido nitrico. Questa GC è un dimero ab contenente un gruppo prostetico eme, il cui Fe ++ lega l NO Il cgmp è coinvolto in molti processi cellulari, in parte mediati da una chinasi cgmp-dipendente (PKG). Per esempio, regola l apertura di canali ionici nelle cellule gliali del cervelletto e blocca la conduttività delle gap junctions delle cellule retiniche.

30 RECETTORE ATTIVANTE (es: effettore beta) ORMONE ADENILATO CICLASI RECETTORE INIBITORIO (es: effettore alfa2) ORMONE Proteina G stimolatoria g b as GDP g b as GTP as TOSSINA COLERICA E TOSSINA DELLA PERTOSSE ai ai GTP b g ai GDP b g Proteina G inibitoria -Vibrio cholerae (Gram negativo)- produce una endotossina di 87 kda (composta di subunità A e B: AB 5 ) le subunità B mediano il legame alle membrane delle cellule bersaglio e, più precisamente al ganglioside GM1. la subunità A è composta da due peptidi (A1 ed A2, legati da un ponte disolfuro); A1 (22 kda) catalizza l ADP-ribosilazione di un residuo di Arg della Ga S. Questa modificazione inibisce l attività GTPasica della Ga S., che, di conseguenza, rimane sempre attiva (i livelli di camp rimangono sempre alti) -Bordetella pertussis (Gram negativo)- produce un eterodimero che catalizza la ADP-ribosilazione di un residuo di Cys della Ga i. Questa modificazione inibisce lo scambio del GDP con GTP. Di conseguenza, la Ga i rimane sempre inattiva (i livelli di camp rimangono sempre alti).

31 Enzimi: -NAD+:diphthamide ADP-ribosyltransferase -PARP L ADP-ribosilazione è una modifica post-traduzionale delle proteine che implica l aggiunta di una o più unità di ADP-ribosio su un residuo di arginina, acido aspartico o acido glutammico. Questo tipo di modifica è coinvolto nella trasdzione di segnali e nel controllo di molti processi cellulari, come la riparazione del DNA e l apoptosi.

32 Ghiandola endocrina: secerne insulina, glucagone e somatostatina. Regola la glicemia Ghiandola esocrina: secerne enzimi digestivi nell intestino tenue, regolando l assorbimanto di nutrienti Posizionato dietro lo stomaco; Testa e collo si trovano a livello della curva del duodeno, mentre il corpo attraversa la cavità addominale posteriore orizzontalmente; Mostra variazioni individuali di dimensione; è più grande negli uomini. Le cellule che secernono ormoni sono quelle delle isole del Langerhans (1-2% della massa totale del pancreas)

33 Ormone iperglicemizzante, secreto in condizioni di ipoglicemia; Ha effetto opposto a quello dell insulina; Ha, invece, effetto simile a quello di: - adrenalina - GH -glucocorticoidi

34 Anche adrenalina, recettori b-adrenegici

35 Gq: PLC Aumentano IP3 e Ca ++ Gi: adenilato ciclasi inibita camp diminuisce Gs: adenilato ciclasi attiva Aumenta camp Gs: adenilato ciclasi attiva Aumenta camp

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40 GEF: potenziale oncogenico GAP: potenziale oncosoppressore

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42 EFFETTO IPOGLICEMIZZANTE: Promuove, con meccanismi diversi, l ingresso del glucosio nelle cellule muscolari e adipose (GLU-4) e negli epatociti; Promuove l immagazzinamento del glucosio sotto forma di glicogeno (glicogenosintesi); Promuove la lipogenesi

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45 Recettoori TK: modello generale

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50 BBA, Mol. Bases. Dis (2009): AS160= RabGTPase activating protein. AS160 fosforilata è inattiva. L inattivazione di AS160 favorisce la forma Rab-GTP

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56 Molte citochine attivano delle chinasi chiamate Giano (JAK), che, a loro volta, attivano un circuito che attiva la trascrizione di geni controllati da trasduzione del segnale (STAT). Le chinasi JAKs vengono fosforilate in tirosina, e ciò potenzia la loro attività catalitica. I substrati chiave delle JAK sono, appunto, le STAT, che possiedono dei domini SH2 che ne mediano la dimerizzazione. Le STAT dimeriche si trasferiscono nel nucleo, dove si legano a sequenze consensus presenti nei promotori dei geni-bersaglio, facendone aumentare l espressione. La famiglia JAK comprende 4 proteine e la famiglia STAT 7proteine.

57 Controllo spaziale dei segnali attraverso formazione di rafts, addensamenti (a) Un segnale extracellulare induce localmente (b) il reclutamento e l accumulo di rafts lipidici sulla superficie della cellula grazie al fatto che integrine e/o recettori di fattori di crescita specificano i siti di interazione locale (c) una componente cruciale della trasduzione del segnale, come Rac1-GTP viene attivata ed inizia il riarrangiamento del citoscheletro di actina (d) ciò permette l ulteriore reclutamento di elementi a livello del microdominio di trasduzione che si sta formando a livello di membrana Golulb et al. (2005), Curr.Opin. Neurobiol.14,

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59 Il rimodellamento dell ECM è coinvolto nello sviluppo, nella fibrosi, nel riparo tissutale e nella stromatogenesi In risposta alle modificazioni della ECM, le integrine regolano molti altri processi cellulari correlati, come: proliferazione, sopravvivenza, migrazione cellulare ed invasione Le integrine funzionano come meccano-trasduttori e possono trasformare in segnali chimici le forze meccaniche generate dall ECM e/o dal citoscheletro

60 Le molecole dell ECM possono essere tagliate da diverse proteasi. Tra queste ultime, una rilevanza particolare ha MT1- MMP, una proteasi che sostiene il fenotipo invasivo La MT1-MMP legata alla membrana taglia il collagene fibrillare di tipo I (così sopprimendone il ruolo negativo sulla crescita) ed attiva la prommp-2 nelle immediate vicinanze delle cellule cancerose, creando un microambiente che promuove la proliferazione.

61 La STROMATOGENESI è un processo che porta ad una alterazione dello stroma associato ad u n tumore e che procede in parallelo con la neoplasia. I fibroblasti stromali adiacenti al tumore producono una maggiore quantità di fibronectina (che è anche maggiormente organizzata) e di collagene I Una conseguenza della STROMATOGENESI è che la ECM associata al tumore diviene più rigida. Le cellule sentono l elevata rigidità dell ECM attraverso le integrine e rispondono con una modificazione dei segnali che da queste vengono trasdotti. Un aumento della rigidità della ECM stimola l espressione delle integrine ed induce in queste modificazioni conformazionali attivanti. Ne consegue una perturbazione dell architettura cellulare, l attivazione di Rho, un alterazione del citoscheletro e l attivazione della crescita ERKdipendente.

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63 Trends Cell Biol 17 (2007)

64 Page-McCaw et al. Nature Reviews Molecular Cell Biology 8, (March 2007) doi: /nrm2125 a Matrix metalloproteinases (MMPs) are expressed as pro-proteins. A conserved Cys residue in the pro-domain coordinates the zinc ion, which would otherwise be used for catalysis. The pro-domain is removed by a combination of a cleavage in the domain and a cleavage between the pro-domain and the catalytic domain. b Most MMPs share a conserved domain structure of pro-domain, catalytic domain, hinge region and hemopexin domain (1). All MMPs are synthesized with a signal peptide, which is cleaved during transport through the secretory pathway. MMP2 and MMP9 have three fibronectin type II repeats in their catalytic domains (2). Membrane type MMPs (MT-MMPs) are linked to the plasma membrane either by a transmembrane domain or by a glycosylphosphatidylinositol (GPI) linkage, attached to the hemopexin domain (3). Minimal MMPs lack the hinge and hemopexin domains (4). MMP21 has a truncated hinge domain. Drosophila melanogaster DmMMP2 has an insertion of 214 amino acids into its hinge domain. MMP23 (not shown) has a non-conserved N- terminal domain that consists of an immunoglobulin IgC2 domain and a ShKT domain; it is unclear if MMP23 contains a Cys residue switch.

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