La conversione dell informazione da una forma ad un altra è il punto critico della trasmissione e prende il nome di: TRASDUZIONE DEL SEGNALE Nella comunicazione cellulare: Molecola segnale Proteina recettore in una cellula bersaglio, che deve rispondere al segnale 1
COMUNICAZIONE NEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI ENDOCRINA: ghiandole endocrine producono ormoni che circolano nel sangue, sono segnali aperti a tutto l organismo. PARACRINA: le molecole segnale agiscono a livello locale, diffondono nella matrice extracellulare. NEURONICA: le molecole segnale agiscono attraverso le cellule neuronali, lungo l assone si muove un segnale elettrico che in prossimità della terminazione assonica si trasforma in un segnale chimico: neurotrasmettitore. CONTATTO-DIPENDENTE: due cellule adiacenti sono in contatto diretto attraverso il legame di una molecola segnale prodotta da una cellula e un recettore presente sull altra cellula. COMUNICAZIONE NEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI 2
Segnalazione CONTATTO-DIPENDENTE nell embriogenesi di cellule nervose dall ectoderma 3
A QUALI MOLECOLE SEGNALE LA CELLULA RISPONDE? IN CHE MODO RISPONDE? 1. LA CELLULA PUO RISPONDERE SOLO SE POSSIEDE UN RECETTORE IN GRADO DI RICONOSCERE UNA MOLECOLA SEGNALE 4
2. LA STESSA MOLECOLA SEGNALE PUO INDURRE EFFETTI DIVERSI IN DIFFERENTI CELLULE BERSAGLIO 3. LA RISPOSTA CELLULARE DIPENDE DALLA PRESENZA DI MOLTI SEGNALI EXTRACELLULARI CONTEMPORANEI 5
TRASDUZIONE DEL SEGNALE TRASDUZIONE: AMPLIFICAZIONE DEL SEGNALE 6
Alberts et al., L ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005 RECETTORI INTRACELLULARI RISPONDONO ALL OSSIDO NITRICO (NO) (Uso farmacologico di nitroglicerina) Alberts et al., L ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005 7
RECETTORI INTRACELLULARI RISPONDONO AD ORMONI IDROFOBICI IN GRADO DI ATTRAVERSARE LA MEMBRANA PLASMATICA RECETTORI INTRACELLULARI 8
ES: ORMONI GLUCOCORTICOIDI (es. cortisolo) In assenza di stimolo il recettore è inattivato mediante il legame con una proteina di inibizione (HSP90) RECETTORI DI SUPERFICIE Sono raggruppati in tre grandi famiglie e differiscono per il segnale intracellulare che generano: RECETTORI ANNESSI AI CANALI IONICI: inducono un passaggio di ioni, trasmissione diretta e rapida nel sistema nervoso. RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: attivano la proteina G che lega il GTP. RECETTORI LEGATI AD ENZIMI: agiscono da enzimi o attivano enzimi a cui sono associati. 9
RECETTORI DI SUPERFICIE Trasduzione di un Segnale chimico in Segnale elettrico Segnale elettrico: Na +, K +, Cl -, Ca ++ Segnale chimico: neurotrasmettitore RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G e RECETTORI LEGATI AD ENZIMI: Molte proteine segnale intracellulari agiscono da INTERRUTTORI MOLECOLARI Meccanismi di attivazione e inattivazione proteica 10
RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: - Costituiscono la più grande famiglia di recettori di superficie - Unica catena polipeptidica che attraversa 7 volte la membrana Recettori accoppiati a proteine G (GPCR) siti di glicosilazione (legame tramite Asn) extracell. citosol ancoraggio lipidico siti di fosforilazione I Recettori Accoppiati a Proteine G (GPCR) rappresentano una famiglia di > 1000 membri strutturalmente correlati. Queste proteine sono anche chiamate Recettori a 7 Domini Transmembrana. 11
Struttura Generale dei Recettori a ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G (GPCR) siti di glicosilazione (legame tramite Asn) extracell. ancoraggio lipidico dominio transmembrana citosol siti di fosforilazione Caratteristiche generali dei GPCRs comprendono: domini transmembrana ad α-elica, ancoraggio ai lipidi che ne stabilizza la conformazione, siti di fosforilazione citosolici che ne regolano l attività, e siti di glicosilazione extracellulare che permettono l interazione con molecole extracellulari e altre cellule. ATTIVAZIONE DEI RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G La subunità α ha attività GTPasica PROTEINE G COSTITUITE DA 3 SUBUNITA Subunità α legata al GDP: proteina G inattiva Subunità α legata al GTP: proteina G attiva 12
RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G E ATTIVAZIONE DI ENZIMI: ADENILATO CICLASI LE PROTEINE ADENILATO CICLASI FORMANO camp DA ATP Attivata da proteine G Enzima che spegne il segnale trasformando camp in AMP; è inibito dalla caffeina nelle cellule del sistema nervoso 13
RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: RISPOSTE RAPIDE E RISPOSTE LENTE RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: AZIONE DELLA PROTEIN CHINASI camp-dipendente (PKA) 14
Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del tipo di membrana 15
Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del tipo di membrana RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: AZIONE MEDIATA DA FOSFOLIPASI C (fosfatidilinositolo) 16
RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: RISPOSTA RAPIDA DEI FOTORECETTORI RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G: RISPOSTA RAPIDA DEI FOTORECETTORI 17
RECETTORI LEGATI AD ENZIMI - RECETTORI TIROSIN CHINASICI - PIU COMUNI - RECETTORI SERIN TREONIN CHINASICI AMMINOACIDI TARGET DI FOSFORILAZIONI 18
TUTTI I RECETTORI TIROSIN CHINASICI ATTIVANO LA PROTEINA RAS (proteina monomerica che lega il GTP) 19
RAS ATTIVA UNA CASCATA DI MAP-CHINASI RAS COSTITUTIVAMENTE ATTIVA E INDIPENDENTE DA SEGNALI EXTRACELLULARI PROLIFERAZIONE CELLULARE INCONTROLLATA IL 30% DI TUMORI UMANI E ASSOCIATO MUTAZIONI CHE ATTIVANO RAS 20
I RECETTORI PER LE CITOCHINE ATTIVANO TIROSIN CHINASI: Meccanismo rapido per il controllo dell espressione genica RECETTORI PER CITOCHINE: RECETTORI PER L INTERFERONE 21
RECETTORI PER CITOCHINE DIVERSE ATTIVANO DIVERSE STAT RECETTORI PER CITOCHINE DIVERSE ATTIVANO DIVERSE STAT Model of IFNγ-mediated gene activation by phosphorylation and dimerization of Stat1α! 22
Recettore tirosin-chinasico I RECETTORI SERIN TREONIN CHINASICI: TRASMISSIONE DIRETTA DEL SEGNALE 23
COMPLESSITA DELLA SEGNALAZIONE CELLULARE TRASDUZIONE DI UN UNICO MESSAGGIO 24