TRASDUZIONE DEL SEGNALE

TRASDUZIONE DEL SEGNALE

TRASDUZIONE DEL SEGNALE Specificità (specificità riconoscimento) Amplificazione e diversificazione della risposta (cascata enzimatica) Integrazione tra segnali Spegnimento del segnale

Schema generale di un sistema di segnalazione

Le molecole segnale sono di natura chimica e dimensioni diverse: proteine, nucleotidi, amminoacidi, steroidi, retinoidi, gas. I recettori possono essere di membrana o intracellulari Il recettore deve avere un alta affinità e specificità per il segnale; Kd 10-8-10 M Il recettore deve inattivarsi rapidamente

Cellule diverse rispondono allo stesso segnale in modo differente Il segnale all interno della cellula deve amplificarsi e diversificarsi

Bevan, P. J Cell Sci 2001;114:1429-1430

Integrazione del segnale Ciascuna cellula ha un set di recettori per rispondere ad un corrispondente set di segnali. La combinazione di questi segnali determina il destino della cellula

TIPI DI SEGNALAZIONE

Segnale: Ormoni steroidei e tiroidei Vit D; acido retinoico

HRE: elemento di risposta ormonale, Diversificazione

Amplificazione e spegnimento

Inibitori recettore degli estrogeni Recettore per gli ormoni steroidei

Segnale: NO NO Sintasi Attivazione della Guanilico ciclasi

NO Sintasi

Adenilato (guanilato) Ciclasi

I percorsi di trasduzione del segnale devono essere attivati/disattivati con estrema precisione. Sono necessari interruttori molecolari. I due stati conformazionali sono riconosciuti da proteine bersaglio completamente differenti. Le variazioni conformazionali sono indotte da variazioni della fosforilazione della proteina o di un nucleotide (GTP, ATP).

Recettore 7TM Recettore accoppiati alle proteine G (GPCR) 7 a eliche transmembrana Trasducono segnali di vario tipo: proteine, AA, lipidi, luce, odori, Recettori più numerosi negli eucarioti (1-5% dei geni totali) Modelli: recettore β- adrenergico e la rodopsina Sono bersaglio di agenti terapeutici e droghe

Recettore 7TM Agonisti ed antagonisti del recettore β adrenergico

Recettore e G-protein

Proteina G eterotrimerica Interruttori molecolari in moltissimi processi biologici: trasduzione, traffico vescicolare, sintesi proteica Sono legate alla membrana da ancore lipidiche Attività intrinseca GTPasica molto bassa stimolata da altre proteine, ad esempio il bersaglio L idrolisi GTP induce cambio conformazionale irreversibile fino alla sostituzione del nucleotide. Sensibili allo stato energetico della cellula

Proteina G eterotrimerica La subunità α lega il nucleotide e si lega a GPCR in presenza di βγ. Le subunità βγ si legano ad α GDP, ma non ad α GTP Le subunità βγ garantiscono che il recettore catalizzi la sostituzione GDP con GTP e non viceversa

Gs Adenilico ciclasi

Fosfodiesterasi inibita da caffeina e teofillina

PKA La PKA fosforila specifiche ser/thr in proteine bersaglio attivandole. Adrenalina- glucagone

AMPLIFICAZIONE CRE: camp response element

Spegnimento del segnale

Spegnimento del segnale Adattamento: una prolungata esposizione allo stimolo diminuisce la risposta della cellula. Endocitosi del recettore. Fosfodiesterasi Attivazione della ser/thr fosfoproteine fosfatasi

Inibizione delle G-protein

G inibitorie (rec( α-adrenergici, somatostatina)

Altri secondi messaggeri attivati da G- protein

Gq: rec α-adrenergici, vasopressina, acetil colina

IP3 apre il canale per il Ca. [Ca 2+ ] aumenta 100 volte. Il Ca rientra con la CaATPasi Ca 2+ Calmodulina

Calmodulina Recettore intracellulare ubiquitario del Ca 2+. Lega 4 ioni Ca che inducono un cambio conformazionale. Una volta attivata si lega a proteine bersaglio subendo un ulteriore cambio conformazionale. CaM-chinasi Troponina PKC Subunità della glicogenofosforilasi chinasi muscolare

PKC L aumento del Ca 2+ citosolico fa traslocare la PKC dal citosol alla membrana. DAG e fosfolipidi negativi attivano la PKC PKC fosforila Ser/Thr in proteine bersaglio. Alcuni cancerogeni lipidici (esteri del forbolo) attivano la PKC in assenza di segnale.

Segnali olfattivi

Segnali gustativi

Molecole gustative Stereospecificità

Bastoncelli e visione

Recettori legati ad enzimi rispondono a fattori di crescita, mediatori locali (10-9 -10-11 M) che promuovono crescita e differenziamento risposta lenta Possono determinare anche risposte rapide (modificazioni del citosol, e/o metaboliche) Anomalie nella segnalazione attraverso questi recettori possono avere un ruolo nella trasformazione tumorale

Recettori legati ad enzimi I recettori sono proteine transmembrana monopasso. Sono dimeri/oligomeri oppure dimerizzano in presenza del segnale. Il dominio citoplasmatico ha una attività tirosinchinasi intrinseca o è associato ad una tirosinchinasi. La fosforilazione del recettore fornisce siti di riconoscimento per proteine adattatrici che propagano il segnale

Metabolismo e trasporto glucosio crescita cellulare e differenziazione

Metabolismo energetico

crescita cellulare e differenziazione

Insulina Recettore

Attivazione del recettore dell insulina Il recettore autofosforila 3 tirosine Una tirosina è un sito di ancoraggio per IRS-1 che viene fosforilato formando multipli siti di docking Le tirosine fosforilate sono riconosciute da proteine che contengono il dominio SH2.

Dominio SH2: Protein chinasi Src La chinasi Src riconosce il bersaglio attraverso il dominio SH2 e SH3. csrc normale, protooncogene, regolata V-src oncogene sempre attiva

Oncogeni I virus che inducono tumori trasportano oncogeni, simili a geni (proto-oncogeni) presenti nelle cellule animali bersaglio. Il virus del sarcoma di Rous ha v-src, omologo a c- src Entrambe codificano per una tirosin chinasi: c-scr controllata, v-src incontrollata. Altri oncogeni: v-ras, v-erbb, v-fos, v-jun. Gli oncogeni non sono necessariamente di origine virale, ma piuttosto derivano da proto-oncogeni mutati Perché una cellula subisca una trasformazione maligna sono necessari più di un evento oncogenico

IRS-1 1 e PIP 3 PIP 3 chinasi attiva anche una PLC PIP 3 inattivato da PTEN Mutazioni in PTEN in molti tumori Akt o PKB

IRS-1 1 e GRB-2/SOS GRB-2/SOS: proteina adattatrice che accoppia il recettore attivato alla proteina G Ras

Proteina G monomerica Ras Legata alla membrana da ancora lipidiche Lo scambio GDP/GTP è determinato dal legame con una proteina attivatrice GEF (Sos) Attività intrinseca GTPasica molto bassa stimolata da proteine GAP Attiva una cascata di Ser/Thr fosforilazione Mutazioni in Ras in molti tumori

Raf Mek Erk