Segnalazione cellulare

Segnalazione cellulare

In un organismo pluricellulare le sue cellule comunicano fra di loro. La comunicazione si attua mediante messaggeri molecolari e recettori: i messaggeri, anche chiamati ligandi, sono inviati dalla cellula secretoria, i recettori sono situati sulla cellula bersaglio, ricevono il messaggio e lo "traducono" nell'azione corrispondente, ovvero una risposta cellulare.

Fasi della comunicazione cellulare

Tipi di biosegnalazione

Si possono avere diversi tipi di comunicazione cellulare, e in tal caso il messaggero acquista l'aggettivo del tipo di comunicazione che effettua (es. messaggero autocrino):

• Autocrina: la cellula secretrice e la cellula bersaglio coincidono. Es. cellule del pancreas rilasciano insulina anche per sé stesse;
• Paracrina: cellula secretrice e bersaglio sono vicine tra loro. Il messaggero molecolare viene secreto nel liquido interstiziale e, per diffusione, raggiungerà le cellule bersaglio. Es. il testosterone secreto dai testicoli agisce in maniera paracrina sui tubuli seminiferi adiacenti per stimolare la spermatogenesi, oppure i neurotrasmettitori rilasciati nella fessura intersinaptica dal neurone presinaptico al neurone postsinaptico;
• Endocrina: cellula secretrice e bersaglio sono lontane tra loro. Il messaggero molecolare, in genere un ormone, viene rilasciato nel flusso sanguigno e da qui raggiungerà le cellule bersaglio. Teoricamente il circolo ematico distribuisce gli ormoni a tutte le cellule, ma soltanto quelle dotate degli appositi recettori potranno ricevere il messaggio. I messaggeri molecolari che viaggiano nel sangue si trovano in concentrazioni molto esigue (10^-8 M), ma questo è compensato dal fatto che la reazione di formazione del complesso ligando-recettore ha una K (costante di associazione) elevatissima, che significa che la formazione del complesso è estremamente favorita (la reazione è spostata a destra). Nella pratica questo significa che il recettore ha un’altissima affinità per il ligando, e quello che succede è che il recettore, avendo un’affinità così alta, riesce ad acchiappare immediatamente le molecole di ligando dal circolo sanguigno anche quando queste si trovano in piccolissime quantità;
• Dipendente da contatto: il messaggero molecolare è situato sulla cellula secretrice e per questo necessita di un contatto diretto con la cellula bersaglio. Un esempio è la migrazione dei leucociti.

Agonismo e antagonismo

Un agonista è una molecola che si lega al recettore e ne attiva la funzione. Un antagonista è una molecola che, pur legandosi selettivamente al recettore, non è in grado di attivarlo. L'antagonista può essere ortosterico, se si lega al sito di legame, o allosterico, se si lega in un sito diverso.

Nel caso di antagonista ortosterico, vi è inibizione competitiva, in quanto agonista e antagonista competono per lo stesso sito di legame, ma tuttavia soltanto l'agonista riesce ad attivare il recettore. Nel caso di antagonista allosterico, vi è inibizione incompetitiva, ovvero inattiva il sito attivo mediante un cambio conformazionale. Un esempio di antagonista competitivo è la caffeina.

Recettori

Nella comunicazione cellulare ciò che è importante è il recettore, non tanto il messaggero. Uno stesso messaggero può comunicare messaggi diversi a seconda del recettore con cui si lega, ed è merito dei recettori se nella cellula avviene quel determinato effetto perché essi stabiliscono il modo in cui viene trasdotta l'informazione, ovvero stabiliscono la risposta cellulare. Hanno elevatissima affinità per il ligando (consentendo una risposta cellulare anche a basse concentrazioni di quest'ultimo), sono selettivamente specifici per una o poche molecole e per operare legano il ligando con interazioni deboli e formano il complesso ligando-recettore (similmente a come fanno gli enzimi col substrato).

Il messaggero inoltre può funzionare sia da agonista che antagonista, nel senso che può attivare o inibire la risposta cellulare.

Desensitizzazione, downregulation e upregulation

I recettori possono andare incontro ai fenomeni di desensitizzazione, downregulation e upregulation. La desensitizzazione recettoriale consiste in una modifica conformazionale del recettore che gli fa perdere parzialmente o totalmente la capacità di rispondere al ligando (ad es. nel caso del tabagismo i recettori ionotropi vengono desensitizzati e molti di essi anche legando il ligando non si aprono). La downregulation è l'internalizzazione di alcuni recettori di membrana in seguito a desensitizzazione. Consiste nell'endocitare i recettori al fine di ridurne il numero così da sottoregolare la risposta cellulare a un ligando eccessivamente presente. L’upregulation è il fenomeno opposto della downregulation e consiste nell’esporre sulla membrana vescicole contenenti recettori al fine di riuscire ad acchiappare un ligando troppo poco concentrato.

In base alla loro localizzazione i recettori si suddividono in: recettori di superficie e recettori intracellulari.

Recettori di superficie

Sono antenne molecolari situati sul plasmalemma che captano i messaggeri idrofili disciolti nel liquido interstiziale. Sono il tipo di recettori più comune. Sono formati da un dominio recettoriale extracellulare, un dominio idrofobico transmembrana e un dominio effettore intracellulare.

Si distinguono due grandi classi di recettori di superficie: ionotropici e metabotropici.

Recettori ionotropici

Sono canali ionici collegati a un sito recettoriale e ad apertura ligando-dipendente. Questi recettori convertono un segnale chimico in un segnale elettrico. Il legame con il ligando determina l'apertura del canale e la conseguente entrata degli specifici ioni.

Recettori metabotropici

Sono recettori che, in seguito al legame con il ligando, innescano la trasduzione del segnale. La trasduzione del segnale consiste in una cascata di reazioni biochimiche mediate da secondi e terzi messaggeri che culminano con la realizzazione di un certo effetto biologico. Il recettore metabotropico è soltanto il primo tassello di una serie coordinata di enzimi e molecole varie che conducono all'attivazione finale di un effettore in grado di determinare la risposta biologica.

Le principali vie di trasduzione del segnale sono queste: la trasduzione del segnale spesso va incontro al fenomeno di amplificazione del segnale. Un messaggero extracellulare provoca la formazione di molti messaggeri intracellulari che provocano la formazione di ancora più messaggeri, e via dicendo. In genere la risposta cellulare dipende dal numero di complessi recettore-messaggero che si formano. Il numero dei complessi recettore-messaggero dipende dalla concentrazione del messaggero, dei recettori.