Farmacodinamica recettori

E poi oltre le proteine anche gli acidi nucleici vengono utilizzati come bersagli.

Per esempio i farmaci che agiscono sugli enzimi hanno un azione ben specifica e

quindi il farmaco, agendo, avrà una funzione ben specifica.

I recettori per ligandi endogeni sono i bersagli più attaccati dai farmaci. Tali recettori

sono macromolecole cellulari deputate al riconoscimento di “sostanze chimiche

endogene” e alla generazione di una risposta biologica. Le cellule devono comunicare

tra loro e per fare ciò avviene attraverso la liberazione di sostanze quali

neurotrasmettitori, ormoni, fattori di crescita, autacidi, che sono in grado di legare uno

specifico recettore che porta alla generazione di una risposta biologica.

Come abbiamo detto, i recettori si possono trovare a livello della superficie della

membrana cellulare oppure a livello intracellulare o nucleare.

I recettori di membrana trasducono il segnale portato da mediatori idrofilici che

difficilmente attraversano la membrana cellulare (neurotrasmettitori, fattori della

crescita, citochine). Tali recettori determinano modificazioni delle concentrazioni

ioniche intracellulari attraverso la generazione si secondi messaggeri oppure

attraverso la stimolazione della formazione di macrocomplessi molcolari

biologicamente attivi.

I recettori intracellulari o nucleari trasducono il segnale portato da mediatori lipofili

che diffondono facilmente attraverso la membrana cellulare (ormoni steroidei e

tiroidei, vitamina D, acido retinico…). A differenza dei recettori di membrana questi

sono fattori di trascrizione che, interagendo con le sequenze specifiche del DNA,

inducono modificazioni dell’espressione genica e quindi della composizione proteica

della cellula.

La genomica (studio della funzione dei geni e della loro mutazione in situazioni normali

e patologiche) e la proteomica (studio delle proteine in cellule o tessuti in condizioni

normali o patologiche) hanno potato all’identificazione di più di 1000 recettori espressi

sulla membrana plasmatica, distinguibili per composizione e funzione e raggruppati in

20 famiglie.

I recettori di membrana si dividono in:

- Canali ionici;

- Recettori accoppiati alle proteine G;

- Recettori per le citochine;

- Recettori con attività guanilato-ciclasica;

I recettori canale sono dei complessi macroproteici transmembranari formati da

subunità proteiche che si assemblano per formare un canale idrofilico. Sono molecole

chemiodipendenti e sono tra le molecole più importanti per regolare la comunicazione

rapida tra cellule e l’omeostasi ionica intracellulare. I recettori canale più importanti

sono quelli nicotinici, serotoninergico, glutammatergici ecc. Il legame tra recettore

canale e ligando determina un cambiamento della loro conformazione che causa

l’apertura del canale e induce un flusso ionico. Gli ioni passano in maniera controllata

e selettiva secondo gradiente elettrochimico, determinando una variazione del

potenziale elettrico di membrana e/o l’attivazione di vie di segnalazione intracellulare,

dando così inizio alla risposta

cellulare. Sulla base della carica

ionica che passa nel canale,

l’apertura determina

depolarizzazione o

iperpolarizzazione della membrana

e media rispettivamente eventi

eccitatori o inibitori. Se il passaggio è di ioni di carica positiva si avrà depolarizzazione;

se il passaggio è di ioni di carica negativa si ha iperpolarizzazione.

NB: la stimolazione di recettori diversi comporta differenze in termini di risposta ma

anche di velocità di insorgenza e durata della risposta.

Nella struttura del recettore canale possiamo individuare 3 zone:

- La porzione extracellulare, generalmente di grandi dimensioni, che delimita una

larga camera a forma di imbuto dove si concentrano gli ioni e dove sono

localizzati i dei siti di legame per il ligando;

- La porzione intramembrana, situata alla fine dell’imbuto, che costituisce il poro

ionico vero e proprio che ha una funzione di filtro e quindi seleziona gli ioni in

base alla carica e alla dimensione. A questa funzione di filtro contribuiscono

amminoacidi carichi disposti in più anelli lungo la superficie interna del canale;

- Porzione intracitoplasmatica che presenta dei siti di fosforilazione, importanti

per la regolazione delle cinetiche di apertura e chiusura del canale ionico, e siti

di legame con proteine adattatrici che legano il recettore al citoscheletro e ne

garantiscono la stabilità e la corretta localizzazione nella membrana cellulare.

Tutte queste zone sono formate da subunità proteiche disposte a formare un canale. In

questo canale nel caso del recettore nicotinico passano ioni sodio e potassio, mentre

nei recettori GABA passano gli ioni cloro.

I farmaci attivi su questa classe di farmaci possono avere come bersaglio:

- Il sito ortosterico: siti di legame per il ligando naturale (es nicotina che occupa il

sito dell’acetilcolina).

- Sito allosterico: in una zona di legame diversa da quella del ligando naturale (es

nei recettori gaba la benzodiazepina si lega in un sito diverso di ligando, sito

allosterico). Questo tipo di legame determina un meccanismo di trasduzione

diverso da quello endogeno.

I recettori accoppiati alle proteine G sono la famiglia recettori più numerosa e

rappresentano il bersaglio della maggior parte dei farmaci. Sono dei recettori a 7

domini transmembrana in quanto sono formati strutturalmente da una catena

polipeptidica che attraversa 7 volte la membrana plasmatica in corrispondenza di 7

regioni idrofobiche. Il sito di legame per il ligando si trova in una zona idrofilica nelle

prozioni transmembrana o extracellulari della molecola. Il tratto di sequenza compreso

tra la regione transmembrana 5 e 6 rivolta verso il citoplasma è molto importante per

il riconoscimento delle proteine G specifiche con cui ciascun recettore si accoppia.

L’estremità ammino terminale della catena polipeptidica dei recettori delle proteine G

risulta fuori dalla cellula e mentre quella carbossi terminale risulta nel citoplasma.

Questi recettori hanno la caratteristica di trasdurre il segnale attraverso l’attivazione

di un intermediario, la proteina G, presente nello spazio citoplasmatico. Le proteine G

sono situate nello spazio citoplasmatico, più precisamente sono legate alla membrana

dalla parte del citoplasma, e sono degli enantiomeri costituiti da 3 subunità

denominate alfa, beta e gamma.

I recettori accoppiati alle proteine G posseggono attività GTPasica intrinseca: I

neurotrasmettitori o ormoni

agiscono sul recettore determinando

un cambiamento di conformazione e

questo fa si che la proteina G si

attivi e subisca un distacco dalla

subunità alfa. L’attivazione della

proteina G porta all’attivazione di

effettori quali fosfolipasi e cliclasi

oppure sui canali ionici. Ognuna di

esse sintetizza o libera numerose

molecole di secondi messaggeri che

a loro volta possono attivare

numerose proteinchinasi. Il risultato

finale porterà a degli effetti biologici. L’adenilato ciclasi produce AMPc, mentre la

fosfolipasi determina il rilascio di DAG e IP3. Nel caso dei canali ionici il messaggio è

trasportato da una rapida entrata di ioni che a seconda dello ione coinvolto può

produrre una cascata metabolica (nel caso di Ca2+), una depolarizzazione (Na+) o una

iperpolarizzazione (Cl-) della membrana, che a sua volta induce un cambiamento

conformazionale di molte proteine di membrana responsabili dell’effetto biologico.

Le proteine G possono essere stimolatorie o inibitorie e quindi per esempio nel caso

dell’adenilato ciclasi la proteina G inibitoria inibisce la produzione di AMPc, mentre la

proteina G stimolatoria stimola la produzione di AMPc.

I farmaci agiscono soprattutto sui recettori legati alle proteine G, ma anche sulle

citochine (soprattutto i farmaci biotecnologici). Le citochine sono delle proteine di

piccolo peso e vengono secrete dalle cellule in risposta agli antigeni. Fanno parte delle

citochine le intereluchine, fattori di Necrosi Tumorale, famiglia dell’iL-6, interferoni,

chemochine, fattori stimolanti la formazioni di colonie, fattori di crescita. Le citochine

agiscono su molte cellule coinvolte nelle risposte infiammatorie ed immunitarie. Le

loro funzioni sono:

1. Fare parte dell’immunità innata;

2. Crescita, attivazione e differenziazione dei linfociti;

3. Attivazione delle cellule infiammatorie;

4. Stimolazione dell’ematopoiesi;

Le citochine agiscono fondamentalmente in forma locale,

sia sulla stessa cellula che le produce (attività autocrina,

es linfociti T e IL-2), sia sulle cellule vicine (attività

paracrina). In minor porzione, agiscono su cellule e tessuti

distanti dal sito in cui sono prodotte (attività endocrina es

IL-1) e si trovano nell’ambiente extracellulare e non in

circolo come gli ormoni.

I recettori per le citochine si dividono in due grandi

famiglie:

- I recettori di tipo 1 che legano molti fattori di

crescita emopoietici, il GH, la prolattina e molte intereleuchine;

- I recettori di tipo 2 che legano gli interferoni, le interleuchine 10 e 22 e il fattore

7 della coagulazione.

Tutti i recettori per le citochine sono

composti da una o più proteine

transmembrana contenenti un dominio

extracellulare per il legame con la

citochina e uno intracellulare per

l’attivazione del segnale responsabile

della risposta.

La via utilizzata per la trasduzione del

segnale dei recettori per le citochine si

chiama “via JAK STAT”: il recettore è

attivato dal segnale della citochina. La

trasduzione del segnale avviene

attraverso la dimerizzazione del recettore provocata dal ligando che porta

all’attivazione della via JAK. La via JAK ha una funzione chinasica che fosforila il

recettore. Ciò determina il legame di un fattore di trascrizione STAT al recettore

fosforilato e passa, dopo dimerizzazione, nel nucleo dove si lega al DNA e promuove la

trascrizione dei geni che rispondono a STAT. Più precisamente STAT si lega alla

sequenza di DNA detta promotore che controlla l’espressione genica di un'altra

sequenza di DNA con conseguente controllo delle funzioni cellulari come crescita,

differenziamento e morte cellulare (apoptosi). L’alterazione e la mancata regolazione

della via JAK/STAT può portare a sindromi immunodeficienti o al cancro.

Meccanismo d’azione dell’eritropoietina: l’Eritropoietina si attacca al recettore delle

citochine, il suo legame determina la fosforilazione del recettore che è in grado di

legare il fattore di trascrizione che viene a sua volta fosforilato e dimerizzato e

riuscendo ad entrare nel nucleo determina la modificazione dell’espressione genica.

I recettori per i fattori di crescita: quella dei fattori di cresc