Biochimica - biosegnalazione

Biosegnalazione

Introduzione

La biosegnalazione è il processo che permette di mettere in comunicazione le cellule. Perché avvenga, sono necessari: un segnalatore (o ligando), un recettore e delle molecole che trasducono il segnale. La segnalazione ormonale avviene in due modi: per contatto, nel caso che i segnalatori siano sulla membrana cellulare, oppure a distanza, nel caso degli ormoni liberati in circolo.

Mentre la trasmissione del segnale può avvenire in cinque modi:

• Juxtacrina → contatto tra le cellule grazie a molecole di membrana
• Endocrina → rilascio del segnalatore in circolo e raggiungimento del recettore sulla cellula bersaglio
• Paracrina → la molecola segnalatoria diffonde in una regione limitata segnalando a molecole vicine, sono detti anche mediatori locali
• Autocrina → la cellula che emette il segnale è la stessa che lo recepisce, come nelle cellule tumorali
• Sinaptica → meccanismo specifico del sistema nervoso centrale (SNC) in cui la segnalazione avviene tramite le sinapsi

Segnalazione mediata da proteine di membrana

Questa segnalazione può essere di due tipi:

• Omotipica → le proteine di interazione sono le stesse, come nel caso delle caderine che tengono assieme il tessuto epiteliale
• Eterotipica → le molecole di segnalazione sono diverse, come nel caso delle efrine che mediano un meccanismo di repulsione cellulare

Trasduzione del segnale

La trasduzione del segnale è il processo che si ha con l’interazione ligando-recettore e deve avere delle caratteristiche precise:

• Specificità → per avere una risposta precisa il recettore deve essere specifico per un solo ligando
• Sensibilità → il recettore deve avere un’elevata sensibilità per il suo ligando, che corrisponde ad un’elevata affinità e quindi una bassa Km, in modo che anche con piccole variazioni di concentrazione avviene la segnalazione. La sensibilità può aumentare di un po’ grazie alla cooperatività recettore-ligando
• Amplificazione → a partire dal legame di una sola molecola permette di attivare una cascata enzimatica, un enzima che ne attiva altri e così via
• Modularità → la presenza di più domini nelle proteine permette di riconoscere e legare domini di altre proteine, migliorando l’efficienza del sistema di segnalazione, ciò anche grazie a proteine che legano i diversi enzimi della cascata, dette proteine scaffold
• Desensibilizzazione → se un segnale dura a lungo nel tempo il recettore perde la sua sensibilità, quando però scende sotto un livello critico la sensibilità aumenta
• Integrazione → è la capacità di una cellula di ricevere più segnali e dare una risposta unificata che soddisfi tutte le necessità
• Divergenza → l’attivazione di più vie di segnalazione da parte del recettore una volta ricevuto il segnalatore

Segnalatori

I ligandi possono essere di due nature: ormoni lipofili oppure ormoni idrofili. Gli ormoni idrofili utilizzano facilmente il circolo sanguigno e presentano il recettore sulla membrana della cellula bersaglio. Il segnale viene trasmesso nella cellula grazie ad un secondo messaggero e l'attivazione della cascata che porta alla modifica alla trascrizione di alcuni geni.

Gli ormoni lipofili sfruttano uno specifico trasportatore per raggiungere la cellula bersaglio e presentano recettori intracellulari con cui si legano e migrano nel nucleo come complesso recettore-ormone modificando la trascrizione genica.

Recettori

I recettori si possono dividere in tre classi principali: ionotropici, metabotropici e le proteine CAM.

I recettori ionotropici generano l’apertura o la chiusura di un canale in seguito al legame con il ligando. I recettori metabotropici permettono la sintesi di un secondo messaggero. Le proteine CAM sono invece le proteine di adesione cellulare che, legandosi alla matrice, ad esempio, possono indurre una modifica nel citoscheletro.

In base al tipo di segnalazione che instaurano si può avere un’ulteriore classificazione: recettori accoppiati a proteine G, recettori con attività enzimatica, canali ionici controllati e recettori di adesione.

I recettori accoppiati a proteine G sfruttano l’attivazione di una proteina associata per attivare gli enzimi e la sintesi di secondi messaggeri, come nel caso del recettore β-adrenergico. I recettori con attività enzimatica presentano una porzione che agisce come un enzima, ad esempio i recettori ad attività Tyr chinasica che fosforilano le proteine sui residui di Tyr nel momento in cui si ha il legame con il ligando. I canali ionici controllati sono recettori la cui apertura viene controllata dalla presenza del legame con il ligando. I recettori di adesione possono essere integrine.

Recettori accoppiati a proteine G

I recettori accoppiati a proteine G (GPCR) sono tutti formati da 7 α-eliche che si dispongono nella membrana con l’estremità N-terminale esternamente alla membrana e con l’estremità C-terminale nel lato del citosol.