Modulo 12 biosegnalazione

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Alina Coppola
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1 Modulo 12 biosegnalazione

2 La trasduzione del segnale Capacità di ricevere e rispondere a segnali esterni alla membrana è un processo fondamentale per la vita. Organismi pluricellulari si scambiano informazioni: Segnale chimico = informazione L informazione è rilevata da recettori specifici ed è convertita in una risposta cellulare che implica un processo chimico di conversione. La conversione dell informazione prende il nome di trasduzione del segnale

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4 Risposte integrate di una cellula

5 Alcuni segnali a cui le cellule rispondono Antigeni Componenti della matrice extracellulare Fattori di crescita Ipossia Luce Molecole odorose Neurotrasmettitori Nutrienti Ormoni Microorganismi Patogeni Sapori Segnali dello sviluppo Segnali tattili

6 I principali sistemi di trasduzione del segnale Innesco del segnale è diverso ma le caratteristiche della trasduzione sono simili

7 Recettori accoppiati alle proteine G Proteina G: proteina eterotrimerica che lega i nucleotidi della guanina (G) o guanosilici. Tre componenti: 1) Recettore a 7 eliche transmembrana (GPCR) 2) proteina G trimerica (esempio Gs) funziona da interruttore biologico, quando lega il GTP si attiva. 3) La Gsα separata da Gsßγ attiva l enzima effettore adeninil ciclasi 4) produce il secondo messaggero camp 5) camp attiva enzimi a valle

8 Le proteine G sono interruttori biologici Le proteine G si alternano in modo ciclico tra il legame con il GDP (spente) o al GTP (accese). L attività GTPasica intrinseca della proteina G in molti casi stimolata da proteine GAP (proteine attivatrici della GTPasi) determina la velocità con cui il GTP è idrolizzato a GDP-.

Con GTP legato: espone due regioni chiamate interruttore I (switch I) I ed interruttore II (switch II) in grado di interagire con le proteine a valle della via di segnalazione, fino a

9 Il prototipo delle proteine G: la proteina Ras. La proteina Ras è un proteina G monomerica (20kDa). Tutte le proteine G hanno lo stesso meccanismo interruttore: Sono inattive se legano il GDP ed attive quando legano il GTP. Con GTP legato: espone due regioni chiamate interruttore I (switch I) I ed interruttore II (switch II) in grado di interagire con le proteine a valle della via di segnalazione, fino a che la proteina inattiva se stessa idrolizzando il P e producendo GDP. Il γ-fosfato interagisce con l ansa P Ala146 conferisce specificità per il GTP rispetto all ATP. Proteina Ras legata all analogo non idrolizzabile del GTP Gpp(NH)p La perdita del γ-fosfato impedisce i legami H con Thr35 e Gly60 ed il rilassamento delle regioni switch

Diverse proteine regolano l attività delle proteine G L attività GTPasica delle proteine G (sia trimeriche che monomeriche) è aumentata dall interazione con dei modulatori dell attività GTPasica:

10 Diverse proteine regolano l attività delle proteine G L attività GTPasica delle proteine G (sia trimeriche che monomeriche) è aumentata dall interazione con dei modulatori dell attività GTPasica: proteine attivatrici le GTPasi (GAP ) o regolatori delle proteine G segnale (RGS) e con i fattori scambio del GTP (GEF). Le GAP e le RGS determinano quanto a lungo l interruttore rimane aperto (inducono l idrolisi del GTP) I GEF (esempio recettori attivati) promuovono il rilascio di GDP e il legame al GTP Gli effetti combinati stabiliscono l intensità della risposta ai segnali che arrivano ai recettori

L adrenalina da inizio ad una serie di tappe che amplificano il segnale originario Es: recettore per l adrenalina Esempio: il recettore ß-adrenergico.

11 L adrenalina da inizio ad una serie di tappe che amplificano il segnale originario Es: recettore per l adrenalina Esempio: il recettore ß-adrenergico. L adrenalina esercita i suoi effetti tramite camp che attiva allostericamente la protein kinase A (PKA). La PKA fosforila molti enzimi tra cui quelli (glicogeno fosforilasi b) che portano al rilascio nel fegato di glucosio dal glicogeno. L attivazione a cascata amplifica il segnale di migliaia di volte. I sistemi di trasduzione del segnale devono spegnarsi se lo stimolo è terminato. 1) Distacco dal recettore quando l agonista cala in [ ] 2) Idrolisi del GTP tramite attività GTPasica 3) idrolisi del camp da parte di fosfodiesterasi dei nucleotidi ciclici

L AMP ciclico attiva la proteina chinasi A (PKA) alterandone la struttura quaternaria Esempio di integrazione tra controllo allosterico e fosforilazione.

12 L AMP ciclico attiva la proteina chinasi A (PKA) alterandone la struttura quaternaria Esempio di integrazione tra controllo allosterico e fosforilazione. La PKA enzima allosterico R 2 C 2 viene attivata dal regolatore intracellulare camp (adenosin monofosfato ciclico) camp R= subunità regolatorie C = subunità catalitiche Complesso C 2 R 2 della PKA (inattivo) Complessi C 2 + R 2 (attivo) La subunità C, quanto attiva, fosforila substrati contenenti la sequenza Arg-Arg-X-Ser-Ile La subunità R contiene la sequenza Arg-Arg-Asn-Ala-Ile (seq psudosubstrato) che mima quella del substrato bloccandone l attività. campc fa rilasciare le subunità R da C rendendole attive.

Desensibilizzazione del recettore ß-adrenergico per effetto prolungato dell agonista Meccanismo differente dal normale spegnimento del segnale: desensibilizzazione: l intensità del segnale cala anche

13 Desensibilizzazione del recettore ß-adrenergico per effetto prolungato dell agonista Meccanismo differente dal normale spegnimento del segnale: desensibilizzazione: l intensità del segnale cala anche se lo stimolo perdura nel tempo. 2 proteine coinvolte. βark: chinasi del recettore β- adrenergico, è attivata per fosforilazione da PKA βarr: beta arrestina proteina scaffold si lega ai recettori PGCR se fosforilati

Alcune tossine che causano il colera sono enzimi che alterano la funzione delle proteine G stimolatorie L aggiunta di una molecola di ADP-ribosio alla

14 Alcune tossine che causano il colera sono enzimi che alterano la funzione delle proteine G stimolatorie L aggiunta di una molecola di ADP-ribosio alla proteina Gαs rende quest ultima perennemente attiva. La patologia del colera è la conseguenza di una regolazione errata dell adenil ciclasi e sovrapproduzione di camp

15 Recettori accoppiati a proteine G che portano all attivazione della fosfolipasi C Altri recettori accoppiati a proteine G (PGCR) portano all attivazione della fosfolipasi C (PLC) tramite la proteina Gq (stesso meccanismo della Gs). La PLC attivata che scinde il PIP 2 (fosfatidilinositolo) del foglietto interno della membrana nei secondi messaggeri diacilglicerolo (DAG) e IP 3 (inositolo 1,4,5, trisfosfato).

16 Recettori accoppiati a proteine G che portano all attivazione della fosfolipasi C DAG porta alla attivazione della protein kinasi C (PKC) dando avvio ad una catena di fosforilazioni, che concorreranno alle risposte funzionali della cellula. IP 3 regola l apertura di canali del Ca ++ uno dei principali messaggeri intracellulari ed avvia una ampia serie di risposte cellulari (contrazione, secrezione, ecc.). La fuoriuscita di Ca++ attiva differenti enzimi calcio-dipendenti tra cui la PKC stessa. Isoenzimi differenti di PKC agiscono su substrati differenti con ruoli funzionali caratteristici.

17 Proteine che legano il calcio: la calmodulina Le variazioni di Ca intracellulare (da < 10-7 M) sono rilevate da proteine che legano il calcio. Calmodulina (CaM): media l azione di enzimi stimolati da Ca2+. (kd M) a) b) Proteina con 2 domini leganti il Ca++ (2 per dominio) e una lunga elica centrale. LA calmodulina+ca ha una conformazione più chiusa ed è in grado di legare enzimi bersaglio modulandone l attività (PK CaM dipendenti, o CaM chinasi) c) Motivo elica-ansa-elica (EF hand) che lega uno ione Ca2+. comune a diverse proteine che legano Ca2+.

18 Sistemi di trasduzione dei segnali basati su recettori GPCR (G protein coupled receptors)

Recettori con attività tirosin-chinasica: il recettore per l insulina (INSR) Es. recettore per l insulina (INSR), prototipo dei recettori enzimatici tirosin chinasici.

19 Recettori con attività tirosin-chinasica: il recettore per l insulina (INSR) Es. recettore per l insulina (INSR), prototipo dei recettori enzimatici tirosin chinasici. Formati da tre componenti: 1) Un dominio recettoriale extracellulare 2) Un dominio monopasso transmembrana 3) Un dominio citoplasmatico che è un enzima con attività tirosin chinasica Il dominio citoplasmatico si attiva per autofosforilazione di tre residui di Tyr Poi fosforila altre proteine bersaglio.

20 La stimolazione del recettore porta ad una cascata di fosforilazioni di proteine La chinasi fosforila in Tyr altre proteine come IRS-1. IRS-1 fosforilato diventa il punto di nucleazione di un complesso di diverse proteine che porta il messaggio ai bersagli del citosol e attraverso una cascata di fosforilazioni (cascata delle MAP chinasi) (raf-1, MEK e ERK sono membri di protein-chinasi) al nucleo. L insulina quindi regola l espressione genica, tramite proteine attivate per fosforilazione che entrano nel nucleo e agiscono positivamente sulla trascrizione di circa 100 geni diversi. Essenziali per la divisione cellulare.

21 Azione dell insulina sulla sintesi del glicogeno e sul trasporto di glucosio PI3K fosfoinositide 3 chinasi GSK3 glicoseno sintasi chinasi 3

22 Recettori con attività tirosin-chinasica

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