Ruolo della membrana plasmatica: - nelle comunicazioni intercellulari. - nella trasduzione del segnale extracellulare

Transcript

1 Ruolo della membrana plasmatica: - nelle comunicazioni intercellulari - nella trasduzione del segnale extracellulare

2 Tra cellule vicine, la comunicazione può avvenire con diverse modalità.

3 Pure la comunicazione tra cellule lontane può avvenire con diverse modalità

4 In ogni caso, la comunicazione è effettuata da una molecola segnale che, interagendo con un recettore, evoca una risposta specifica da parte della cellula bersaglio

5 Classificazione dei messaggeri chimici Messaggeri Paracrini: Sostanze chimiche che comunicano con cellule vicine. La cellula bersaglio deve essere abbastanza vicina da poter essere raggiunta dal messaggero per diffusione. Es: fattori di crescita, fattori della coagulazione, citochine Messaggeri Autocrini: Simili ai paracrini, eccetto per il fatto che agiscono sulla stessa cellula che li ha secreti, di conseguenza, la cellula secernente è anche la cellula bersaglio. Spesso un messaggero autocrino è anche paracrino. Es: citochine

6 Classificazione dei messaggeri chimici Neurotrasmettitori: Vengono rilasciati nel liquido interstiziale da cellule del SN, i neuroni. Escono dal terminale assonico che è molto vicino alla cellula bersaglio (sinapsi). La cellula che libera il NT è la cellula presinaptica mentre la cellula bersaglio è postsinaptica. Es: Ach che provoca la contrazione del muscolo. Ormoni: Rilasciati da Gh. Endocrine nel liquido interstiziale da cui diffondono nel sangue. Viaggiano in circolo fino a raggiungere la cellula bersaglio, anche molto distante. Es: insulina, secreta dal pancreas Neurormoni: secreti da cellule neurosecretrici, es. ADH

7 Proprietà dei Recettori Specificità per il ligando Il legame è un interazione chimica, veloce e reversibile La forza del legame tra un messaggero e il suo recettore viene chiamata AFFINITA

8 Proprietà dei Recettori Un ligando può legarsi a più tipi di recettori con diversa affinità

9 Ampiezza della risposta Dipende: - Concentrazione del ligando - Numero dei recettori presenti nella cellula - Affinità del recettore per il ligando La risposta della cellula bersaglio aumenta all aumentare della concentrazione del ligando M + R M-R RISPOSTA

10 Ampiezza della risposta Concentrazione del ligando

11 Ampiezza della risposta Numero di recettori Per una data concentrazione del ligando, all aumentare dei recettori si ha un aumentata intensità di risposta. Up-regolazione e down-regolazione: variazione del n di recettori rispetto alla condizione normale

12 Ampiezza della risposta Affinità del Recettore per il ligando Ad uguale concentrazione i recettori ad alta affinità si legano maggiormente al ligando con una risposta più intensa.

13 Agonisti Antagonisti

14 Agonisti Antagonisti Noradrenalina Fenilfetrina (antagonista) Recettori alpha-adrenergici Fenilfetrina (agonista) Vasocostrizione

15 MECCANISMI MOLECOLARI DELLA TRASDUZIONE DEL SEGNALE EXTRACELLULARE - Ormoni, fattori di crescita - Fattori locali - Neurotrasmettitori - Stimoli di varia natura (luce, odoranti, stimoli meccanici, ecc.)

16

17 Recettori Intracellulari: nel citosol o nel nucleo Di membrana

18 Meccanismo d azione degli ormoni liposolubili, steroidei e tiroidei (meccanismo lento)

19 Poiché le modificazioni della sintesi proteica possono richiedere hrs o gg gli effetti dei ligandi lipofilici sono molto lenti a svilupparsi

20 Specificità d azione degli ormoni liposolubili Ciascun ormone è rilasciato in risposta ad uno stimolo specifico L ormone si lega ad un recettore specifico nel suo tessuto bersaglio Il complesso ormone-recettore regola la trascrizione di specifici geni Come conseguenza, sono prodotte specifiche proteine che rappresentano la risposta all ormone

21 Termine dell azione dell ormone liposolubile Al cessare dello stimolo, l ormone non è più liberato L ormone in circolo è degradato, principalmente ad opera del fegato Il recettore non è più attivato La trascrizione genica torna ai valori basali Le proteine di nuova sintesi sono degradate, secondo il loro normale turnover

22 Ormoni (ligandi) idrosolubili Non potendo penetrare all interno della cellula, agiscono interagendo con un recettore di membrana

23 Ormoni (ligandi) idrosolubili I recettori per questi messaggeri sono: Recettori-enzima Recettori canale Recettori proteine-g

24 Diversi tipi di recettori di membrana Gli ormoni utilizzano prevalentemente

25 Si tratta di proteine transmembrana, con il lato recettoriale che si affaccia sul versante extracellulare e la parte enzimatica rivolta verso il citoplasma. Questi enzimi sono solitamente inattivi ma possono essere attivati dal legame con il ligando

26 Recettore ad attività tirosin chinasi (sono i + comuni) Catalizzano l aggiunta di un P alle catene laterali dell Aa tirosina della proteina bersaglio

27 -Il messaggero si lega al recettore -Cambio conformazionale -Attivazione dell enzima tirosin-chinasi -Fosforilazione di una Pr (modifica delle proprietà della Pr) -Modifica dell attività della Pr

28 esempio di ligando che agisce attivando la tirosin chinasi è: INSULINA, rilasciata dal pancreas in risposta ad abbondanza di nutrienti, in particolare glucosio Principali tessuti bersaglio: fegato, muscolo scheletrico, tessuto adiposo L insulina è un ormone anabolizzante ( depositi) e stimola il consumo del glucosio (glicolisi) La glicemia torna a valori normali

29 Recettori canali di membrana Canali rapidi: proteine funzionano sia come recettore che canale ionico

30 Diversi tipi di recettori di membrana Non solo effetti sulle proprietà elettriche Ma può anche agire da secondo messaggero Il Ca è un ottimo secondo messaggero perché la sua concentrazione intracell è molto bassa

31 Il Ca viene mantenuto basso nella cellula grazie a 3 meccanismi: Trasporto attivo di Ca fuori (Ca2+ ATPasi) Sequestro di Ca grazie al legame con proteina plasmatiche Trasposrto attivo di Ca all interno di organuli intracellulari (REL e Mitocondri)

32 Regolazione dei canali ionici Non solo canali

33 Recettori accoppiati a proteine G Si tratta di recettori a 7 domini di transmembrana che, attivati dal legame con il ligando, attivano una proteina G Esistono vari tipi di proteine G (GTP) La proteina G attivata influenza, a sua volta, specifici effettori Effettori delle proteine G sono canali ionici o enzimi di membrana

34 proteine G Sono eterodimeri: Alpha (45 KD) Beta (35KD) Gamma (8 KD) -α e γ sono ancorate al doppio strato lipidico - β interagisce con la γ

35 Proteine G perchè legano il nucleotide GUANOSINA (nella subunità alpha) Nel suo stato inattivo la proteina G lega una molecola di GDP quando un ligando si lega al recettore la proteina G rilascia GDP e lega una molecola di GTP e diventa attiva. Il legame con il GTP causa la dissociazione dell eterodimero α-βγ in α e βγ che possono muoversi verso la proteina effettrice causandone un cambiamento di attività. Solitamente è la subunità α ad indurre l attivazione della proteina effettrice.

36 La proteina G non rimane attiva per molto tempo, in quanto è capace di idrolizzare il GTP e perciò di inattivare il segnale Questa è una risposta canale più prolungata rispetto a l interazione ligando recettore canale

37 Se l effettore della proteina G è un enzima di membrana, si produce un secondo messaggero E il secondo messaggero che trasferisce all interno della cellula il segnale portato dall ormone, ossia il primo messaggero

38 ESEMPIO: Se l effettore della proteina G è un canale ionico, la risposta cellulare consiste nella variazione della concentrazione di uno ione specifico In genere si tratta di canali per il calcio, in cellule muscolari che, come conseguenza si contraggono Ca++ intracellulare è molto basso, M

39 L effettore adenilato ciclasi porta a produzione del secondo messaggero AMP ciclico Enzima che degrada l AMP ciclico

40

41 L attività dell adenilato ciclasi è stimolata dalla proteina Gs, inibita dalla proteina Gi I ligandi che agiscono attraverso questa via riducono i livelli intracellulari di camp

42 L AMPc agisce attivando le protein chinasi AMPc-dipendenti (PKA) Proteina + ATP PKA Proteina-P + ADP La proteina fosforilata cambia la propria funzionalità

43 Gli enzimi regolati da proteine G sono associati con la produzione di secondi messaggeri nel citoplasma Catalisi di un secondo messaggero

44 Tossina colerica interferisce con le proteine G La tossina batterica si lega ad un ganglioside ( fosfolipide con un residuo glucidico) di membrana delle cellule intestinali Una subunità della tossina entra nella cellula ed attiva la proteina G Si attiva l adenilato ciclasi con formazione di AMPc che attiva una protein-chinasi C è una fosforilazione ed attivazione dei canali del Cl- che trascinano Na+ fuori L H2O segue gli elettroliti per osmosi Si possono perdere fino a 20 L di H2O al giorno

45 Inibiscono l adenilato ciclasi (Gi) ad esempio adrenalina (via recettore α2) nel fegato Messaggeri locali, quali prostaglandine, adenosina, somatostatina Neurotrasmettitori, quali acetilcolina, dopamina, serotonina

46 Esempio di ligando che agisce aumentando i livelli intracellulari di AMP ciclico GLUCAGONE, rilasciato dal pancreas in risposta a caduta della glicemia Tessuto bersaglio: epatociti, dove aumenta l AMP ciclico intracellulare e attiva PKA PKA Glicogeno Fosforilasi-P + Isomerasi Glucosio 1P Glucosio 6P Glucosio Fosfatasi Il fegato rilascia glucosio in circolo e la glicemia si aggiusta

47 Le azioni di adrenalina (via recettore β) e glucagone a livello epatico si sommano Adrenalina camp Glucagone PKA Glicogeno + Fosforilasi Isomerasi Glucosio 1P Glucosio 6P Fosfatasi Glucosio Cellula epatica Più glucosio è liberato dal fegato e la glicemia aumenta maggiormente

48 L adrenalina agisce anche nel muscolo scheletrico, con lo stesso meccanismo d azione Adrenalina PKA Glicogeno + Fosforilasi Isomerasi Glucosio 1P Glucosio 6P Cellula muscolare Lattato..ma la macanza dell enzima fosfatasi determina una diversa risposta cellulare

49 In definitiva, molti sono gli ormoni o ligandi che agiscono aumentando l AMPc intracellulare..ma la risposta da parte delle diverse cellule varia a seconda del bersaglio della PKA

50 Come termina la risposta mediata da secondo messaggero - il ligando in assenza dello stimolo non è più prodotto - il recettore non viene più attivato - la proteina G viene inattivata: idrolisi del GTP a GDP e riassociazione delle tre subunità - l effettore (AC) non viene più attivato - il secondo messaggero (AMPc) viene inattivato per via enzimatica (fosfodiesterasi) - la PK non viene più attivata - le proteine fosforilate vengono defosforilate per via enzimatica (fosfatasi)

51 Una diversa proteina G (Gq attiva le fosfolipasi) trasferisce l attivazione del recettore all effettore fosfolipasi C che genera due secondi messaggeri

52 Gruppo specifico del fosfolipide

53

54 Due secondi messaggeri

55 Il calcio fuoriuscito dalle riserve concorre con DAG all attivazione della PKC; inoltre, si lega alla proteina calmodulina, attivandola Il complesso calcio-calmodulina lega e attiva, a sua volta, la chinasi calcio-calmodulina-dipendente Calmodulina Chinasi attiva La chinasi, attivata, fosforila specifici substrati Calmodulina attiva

56 Esempi di ormoni che agiscono attivando la PLC OSSITOCINA: liberata dall ipofisi al termine della gravidanza, determina la contrazione delle cellule muscolari della parete uterina GASTRINA: liberata da cellule endocrine della parete dello stomaco, in risposta al suo riempimento, determina la contrazione della parete gastrica

57 Alcuni ormoni hanno più tipi di recettori e, a seconda del recettore, evocano risposte diverse Recettori adrenergici: Recettori beta aumentano i livelli di camp, gli alfa 2 li riducono Recettori alfa 1 stimolano la PLC

58 LA CONCENTRAZIONE DEL CALCIO INTRACELLULARE PUO AUMENTARE ANCHE IN RISPOSTA A STIMOLI NON ORMONALI, PLC-INDIPENDENTE ES: STIMOLI ELETTRICI

59

60 Un altro effettore delle proteine G è la fosfolipasi A2 Questa via è spesso attivata secondariamente a stimolazione della PLC L acido arachidonico e i suoi metaboliti regolano svariate funzioni: proliferazione, secrezione, contrazione, ecc.

61 Gruppo specifico del fosfolipide

62 Il meccanismo a secondo messaggero amplifica l azione dell ormone

63 L OSSIDO NITRICO (NO) COME MESSAGGERO LOCALE

64 L endotelio come regolatore della muscolatura liscia vasale L ACh stimola la sintesi e il rilascio di NO (Endothelial- Derived Relaxing Factor = EDRF) L NO aumenta i livelli di cgmp a livello del muscolo vasale (vasodilatazione) ACh Ca 2+ calmodulina Il meccanismo d azione dell NO citrullina + NO NOS attiva Ca-calmodulina NOS inattiva L-arginina cellula endoteliale GC basale GC = guanilato ciclasi NOS = NO-sintasi NO cgmp GC attiva rilassamento GTP cellula m. liscia

65 FOSFODIESTERASI

66 NO-donatori e PDE-inibitori come vasodilatatori: farmaci antianginosi e Viagra I livelli di cgmp che inducono vasodilatazione possono essere aumentati con: 1 farmaci NO-donatori che rilasciano NO reagendo con i gruppi tiolici (SH ) delle cisteine (es. nitroglicerina) 2 farmaci che bloccano le fosfodiesterasi (PDE). Bloccando la PDE-5 i livelli di cgmp aumentano (viagra, sildenafil)

67 Le diverse vie di trasduzione del segnale operano in parallelo, ma interagiscono anche tra loro per dare risposte coordinate e sinergiche