Biochimica

BIOSEGNALAZIONE

La biosegnalazione è l'insieme di quei meccanismi che contribuiscono alla comunicazione fra diverse parti della cellula o anche fra cellule diverse all'interno del nostro organismo. Prima di addentrarci nei meccanismi, ricordiamo l'organo funzionale più importante che si occupa di stabilire contatti con l'ambiente extracellulare: la MEMBRANA CELLULARE. Essa definisce i confini esterni delle cellule e regola il traffico in entrata e in uscita dalla cellula e media processi di adesione o interazione; si presenta flessibile, pur mantenendo una certa rigidità dovuta alla presenza di colesterolo.

Il modello più accreditato oggi è quello del MOSAICO FLUIDO, secondo cui proteine, glicolipidi e oligosaccaridi sono liberi di muoversi e associarsi sulla membrana grazie a domini lipofili. Molto spesso però, le proteine di membrana restano ancorate ai domini. Le tipologie più ricorrenti sono tre:

• INTEGRALI: Sono...

associate al doppio strato tramite interazioni idrofobiche. Attraversano il doppio strato e spesso possono essere transmembrana qualora attraversino la membrana anche più di una volta, grazie alla presenza dei suddetti domini idrofobici. Possono essere:

1. TIPO I e II: Una sola elica transmembrana
2. TIPO III: Più eliche transmembrana, appartenenti allo stesso polipeptide
3. TIPO IV: Diversi domini transmembrana appartenenti a diverse catene polipeptidiche
4. TIPO V: Ancora lipidica
5. TIPO VI: Eliche transmembrana e ancora lipidiche

PERIFERICHE: Stanno nello strato più esterno associate con domini idrofilici tramite legami a idrogeno.

ANFITROPICHE: Possono avere localizzazione citosolica o di membrana.

L'intero processo biosegnalatorio avviene mediante il SISTEMA NEUROENDOCRINO, ovvero le cellule rispondono a stimoli secernendo segnalatori a livello neuronale ed endocrino che interagiscono con i recettori per indurre una risposta. Il segnale NEURONALE parte dai neuroni.

• MODIFICAZIONI COVALENTI REVERSIBILI
• DOMINI PROTEICI (PID, Protein Interaction Domain)
• SECONDI MESSAGGERI
• VIE DI SEGNALAZIONE al target finale

TRASDUZIONEGPCR: RECETTORI ACCOPPIATI ALLA PROTEINA G

Il nostro genoma codifica per circa 350 tipi di GPCR, 150 dei quali sono orfani, ovvero non si conosce la loro funzione biologica perché non sono stati individuati i loro ligandi. Il recettore ha una forma a serpentina, con 7 domini transmembrana; la proteina G invece è eterotrimerica e interagisce con l'ansa C3 del recettore.

I recettori GPCR più famosi sono quelli COLINERGICI MUSCARINICI, ADRENERGICI, DOPAMINERGICI, SEROTONINERGICI, CANNABINOIDI, OPPACEI e PURINICI. L'estremità carbossiterminale del recettore ha funzione di regolazione negativa: una kinasi fosforila l'estremità per rendere possibile l'interazione con la β-arrestina, che spegne il segnale.

Il ligando di questi recettori, la proteina G, subisce cicli di spegnimento e accensione: lo spegnimento avviene per defosforilazione del GTP, mentre l'accensione avviene per scambio di GDP con GTP:

1. Il ligando esterno
interagisce con il GPCR; γ β α2) Il recettore si attiva e stimola la separazione di Gα e Gβγ da Gα3) Gα si associa all'enzima ADENILATO CICLASI con scambio di GDP/GTP attivandolo: esso trasforma ATP in cAMP.Il cAMP è un secondo messaggero, in grado di attivare la Protein KinasicAMP – Dipendente (PKA). Questa è poi in grado di fosforilare proteine, mutando l'attività delle stesse; cAMP viene poi degradato dalla cAMP-Fosfodiesterasi (cAMP-PDE) e quindi cessa anche l'attività di PKA.o La PKA è legata a un dominio di dimerizzazione R, a sua volta stabilizzato dalla proteina AKAP (A Kinase Anchoring Protein). Quest'ultima possiede diverse isoforme, alcune delle quali avvicinano il complesso alla Adenilato Ciclasi, altre avvicinano il complesso alla Fosfodiesterasi. Quando due molecole di cAMP si legano a R, questo si dissocia dalla subunità catalitica e PKA viene attivata. Questa può quindi fungereda kinasi oppure può influenzare la regolazione dell'espressione genica agendo su CREB. Alcuni batteri hanno come bersaglio le proteine G (es. la tossina del colera). Ciò comporta un'interferenza nella segnalazione cellulare, in particolare si ha una sovraproduzione di cAMP (per regolazione difettosa dell'Adenilato Ciclasi). Tutto ciò provoca un'alterazione nello scambio di ioni nelle cellule dell'epitelio intestinale: viene prodotto Na+ e Cl- in eccesso, che richiama acqua con conseguente disidratazione per diarrea. RECETTORE β2 ADRENERGICO Si tratta di un particolare GPCR, la cui estremità amminoterminale presenta oligosaccaridi legati, che aumentano la specificità dei ligandi (riconoscimento). Un altro componente importante per la specificità è la presenza di Asp: questo è conservato in tutti i GPCR che legano ammine biogene, infatti la sostituzione di Asp con Asn e Gln provoca una riduzione.dell'affinità per agonisti o antagonisti. RTK: RECETTORI CON ATTIVITÀ TIROSIN CHINASICA Questi recettori presentano l'estremità amminoterminale esposta in superficie e diversa per ogni tipo di recettore, mentre l'estremità carbossiterminale è interna alla cellula. Questi recettori hanno un'alta omologia di sequenza, quindi sono tutti molto simili. Di seguito, alcuni importanti: a) INS: Recettore per l'insulina b) VEGF: Fattore di crescita dell'endotelio vascolare c) PDGF: Fattore di crescita per i derivati delle piastrine d) EGF/NGF/FGF: Fattore di crescita dell'epidermide/neuronale/dei fibroblasti Vediamo, in ordine, quali sono gli eventi che portano all'attivazione del recettore e il suo funzionamento: 1) In seguito al legame col ligando (es: ormone), il recettore DIMERIZZA. Questo può avvenire per "avvicinamento" dei domini intracellulari ed extracellulari, o per avvolgimento fra i dimeri (come

nel caso di INS),o per avvicinamento fra due molecole di ligando e fra due estremitàdei monomeri, o per partecipazione di proteine corecettoriali chedimerizzano insieme al recettore.

2) La dimerizzazione comporta anche l’avvicinamento dei residui ditirosina legati all’estremità carbossiterminale. Avviene una“AUTOFOSFORILAZIONE” dei residui di Tirosina: la kinasi di unmonomero fosforila le Tirosine dell’altro.

3) Attivazione di una cascata kinasica mediata da proteine Gmonomeriche, chiamate RAS. Attivandosi, fosforilano a cascata Raf(MAPKKK), Mek (MAPKK) ed Erk (MAPK): quest’ultima kinasi puòagire su fattori trascrizionali (come Elk1, Sap1a e Net, Fos, Jun).

La proteina RAS è stata scoperta da Tony Hunter nel sarcoma di rattovirus-indotto (RAt Sarcome) e la associò alla proliferazione cellulare.Così come per le proteine G eterotrimeriche, RAS-GTP è la formaattiva, mentre RAS-GDP è quella inattiva:

l'interruttore è proprio lo scambio GTP/GDP.

Dal punto di vista strutturale, i domini di RAS sono per il legame con il fosfato (10-17, 57-62) per il legame al nucleotide guanilico (113-120, 145-149). Poi ci sono le zone effettrici (32-42) e a una sequenza CAAX (186-189), ovvero il sito di isoprenilazione (o geranil-geranilazione) per l'ancoraggio alla membrana.

Purtroppo, in posizione 12 o 17 possono esserci mutazioni: nella posizione 12 c'è un amminoacido importante per l'attività GTPasica, perciò se viene sostituito con un amminoacido non reattivo si impedisce la disattivazione di RAS-GTP. È una mutazione molto frequente in alcuni tipi di cancro; nella posizione 17 c'è il sito di legame con il fosfato ed è quel sito che determina l'affinità fra le forme RAS-GTP/GDP. Una mutazione a carico di questo sito provoca un aumento dell'affinità e si favorisce il legame RAS-GDP inattiva.

La differenza di altre proteine, l'attivazione di RAS è provocata da FATTORIDI SCAMBIO, non dalla fosforilazione di domini SH. Per esempio, nella via dell'EGF le tirosine fosforilate interagiscono con una proteina adattatrice chiamata GRB2, che lega un fattore di scambio chiamato SOS, che la avvicina a RAS (proprio perché SOS ha una localizzazione citosolica). Nel citosol Raf, una serina-treonina kinasi che ha un'alta affinità per RAS-GTP, vi si lega fungendo da effettore.

Un altro esempio dell'utilità di questi recettori sta nel pathway della PLC-γ, in quanto questo tipo di recettori attiva la PLC-γ per fosforilazione (non come la PLC-β attivata da Calcio).

GCR: RECETTORI CON ATTIVITÀ GUANILIL CICLASICA

Questi recettori riescono a convertire il GTP nel cGMP, con effetti di regolazione della ritenzione idrica, sviluppo cerebrale, rilassamento del muscolo cardiaco, tutti effetti mediati da una proteina kinasi.

cGMP-dipendente (PKG). Questi recettori mediano gli effetti di due tipi di ormoni:

1. FATTORE NATRIURETICO ATRIALE: Viene rilasciato dall'atrio cardiaco in seguito all'aumento del volume sanguigno. Si lega a livello dei tubuli renali, provocando un richiamo di acqua, e dei muscoli vascolari lisci, diminuendo la pressione e aumentando l'afflusso di sangue.
2. GUANILINA E UROGUANILINA: Vengono secrete dall'intestino in seguito a digestione di cibi salati, regolano la secrezione di Cl- e l'assorbimento di Na+. Queste due molecole sono il bersaglio dell'endotossina termostabile di E. Coli, che influenza negativamente l'assorbimento di acqua, con conseguente diarrea e crampi addominali.

La forma citosolica della guanilil-cicla