Segnalazione intracellulare

La superfamiglia dei recettori nucleari

Osserviamo ora il meccanismo con cui questi recettori che sono anche fattori di trascrizione cambiano conformazione.

Il disegno rappresenta una superfamiglia di recettori che si assomigliano gli uni con gli altri, dipende dal fatto che probabilmente hanno un'origine comune. In questo caso possiamo parlare di una famiglia di recettori nucleari che hanno determinate somiglianze di sequenza primaria, amminoacidica e di struttura equi c'è un esempio della forma che può avere un recettore nucleare nella sua struttura inattiva. C'è il dominio che attiva la trascrizione, cioè quello che legherà i fattori che stabilizzano l'RNA polimerasi. È presente anche questo altro dominio che lega l'ormone, il ligando. È una tasca idrofobica perché l'ormone è idrofobico, mantenuta aperta da proteine che cooperano con questi recettori.

Nell'immagine possiamo vedere la forma che...

Il recettore assume la sua conformazione quando è legato all'ormone. L'ormone si è inserito nella tasca idrofobica, permettendo la chiusura della tasca e il ripiegamento del recettore che potrà poi legare dei co-attivatori. Si può osservare il cambiamento conformazionale quando il recettore è legato o non all'ormone.

Risposte primarie e secondarie indotte dall'attivazione di un recettore nucleare:

Abbiamo osservato che i recettori nucleari, una volta attivati, funzionano come fattori trascrizionali e inducono la trascrizione di geni. Questo può sembrare un effetto tutto sommato limitato, ma in realtà questa attivazione dei geni può causare modifiche anche in tempi successivi quando il segnale non è più presente. Si parla di risposte primarie e secondarie ad un certo segnale.

Nell'immagine vediamo il nostro ormone steroideo raggiungere il recettore che cambia conformazione e si lega al promotore. Qui sono mostrati due geni, ma in realtà sono centinaia.

Questi due geni vengono trascritti, poi tradotti e quindi vengono prodotte queste due proteine: proteina "pallina" e proteina "quadratina". Queste due proteine a questo punto potranno avere un effetto sulla nostra cellula ma potrebbero anche essere dei regolatori dellatrascrizione. In effetti nell'esempio la proteina pallina è un inibitore dellatrascrizione di determinati geni mentre la proteina quadratina è l'attivatore della trascrizione di altri geni. Se noi andiamo a misurare gli effetti della segnalazione dopo una o due ore vedremo che sono state prodotte due nuove proteine. Ma se noi invece andremo a misurare gli effetti della segnalazione dopo 5-10 ore vedremo che in realtà le proteine che sono state prodotte, indotte, o che non sono più presenti sono molto di più. Quindi la regolazione dell'espressione genica è stata modificata ulteriormente. Questo dipende dal fatto che ci sono diverse ondate di risposta.

semplicemente in questo caso le prime proteine che vengono prodotte in risposta alla segnalazione stessa sono dei modulatori della trascrizione genica. Quindi essendo essi stessi fattori trascrizionali o inibitori della trascrizione, andrà a ripercuotersi sulla trascrizione di altri geni. In generale tutte le segnalazioni tendono a spegnersi. Nell'esempio questa proteina va a inibire la produzione della proteina pallina e della proteina quadratina stessa. Con questo esempio finiscono gli esempi che riguardano la trasduzione del segnale ad opera di recettori intracellulari. Queste segnalazioni ad opera di fattori intracellulari sono in assoluto i più semplici; arriva il ligando, lega il recettore, il recettore cambia conformazione e si lega al DNA cambiando l'espressione genica.

VIA DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE

Più complesse sono le segnalazioni che prendono origine da recettori esposti sulla membrana perché dalla membrana il segnale deve procedere verso il nucleo,

se regola la trascrizione di geni, o verso enzimi che regolano il metabolismo o verso il citoscheletro. Spesso sono presenti diversi passaggi. Il recettore che lega il ligando, nella fase di RICEZIONE DEL SEGNALE, il recettore dimerizza o cambia qualcosa in risposta a quel legame e essendo costituito anche in una porzione intracellulare è in grado di attivare delle molecole del segnale che si trovano sul versante citoplasmatico del recettore. Quindi il ligando arriva sul versante extracellulare ma le modifiche al recettore vanno ad attivare delle molecole segnale che si trovano all'interno della cellula. Eccol'importanza del recettore come proteina transmembrana, con una porzione esterna attacca il ligando e con la porzione interna attiva la risposta e l'elaborazione del segnale.

La fase successiva viene chiamata fase di TRASDUZIONE DEL SEGNALE dove il segnale avanza in una serie di reazioni a catena che portano all'effetto finale. In questa fase possono essere coinvolte

1. RECETTORI ACCOPPIATI A CANALI IONICI: Sono i cosiddetti canali dipendenti da ligando. Un ligando (ad esempio un neurotrasmettitore) viene riversato nei paraggi del canale che lega una molecola di segnale e si apre (fa entrare o uscire ioni a seconda del gradiente elettrochimico).
2. RECETTORI A 7 DOMINI TRASMEMBRANA ACCOPPIATI A PROTEINE G TRIMERICHE: Vengono chiamati anche recettori serpentina perché sono costituiti da 7 regioni transmembrana, quindi attraversano la membrana 7 volte, e sono codificati da molti geni nel nostro genoma, quasi 1000 geni che codificano per recettori di questa superfamiglia di recettori (recettori che si assomigliano ma non identici perché ogni gene codifica un recettore diverso). Questi recettori hanno funzioni molto varie; molti servono per sentire gli odori, riconoscono le molecole che ci permettono di

Sentire gli odori. Il funzionamento dipende da proteine g trimeriche. Queste sono proteine g particolari perché al contrario di ranche è monomerica, le proteine g trimeriche sono formate da tre subunità: alfa, beta e gamma. Il recettore attiva le proteine g trimeriche e la subunità alfa andrà ad attivare specifici enzimi capaci di scatenare una via di trasduzione del segnale. Quindi il recettore a 7 domini transmembrana lega un ligando, il ligando induce un cambio conformazionale nel recettore tale che questo cambio trasmette all'interno della cellula e induce il legame del recettore alle proteine g trimeriche. Questo legame attiverà la subunità alfa che a sua volta scambierà GDP con GTP e andrà ad attivare degli enzimi specifici.

RECETTORI ACCOPPIATI A ENZIMI: Hanno un dominio enzimatico o sono associate a proteine con dominio enzimatico. Questi sono recettori studiatissimi perché sono i recettori dei fattori di

La crescita e la regolazione dei mitogeni sono regolate dalla segnalazione indotta da questa classe di segnali. Il meccanismo di attivazione dei recettori in questo caso dipende dall'induzione della dimerizzazione di due recettori, per cui il ligando in genere è dimerico o ha due punti di legame. Essenzialmente, induce due catene recettoriali ad associarsi, a dimerizzare. Questi recettori sono in genere recettori a singolo passo transmembrana e l'arrivo del ligando induce una dimerizzazione. Questa dimerizzazione avvicina i domini catalitici e scatena l'attivazione dei recettori che portano poi all'innesco delle reazioni intracellulari. Esistono anche recettori di questa classe che non possiedono loro stessi l'attività enzimatica, non hanno un dominio enzimatico, ma sono associati a proteine con attività enzimatica. Per questo si parla di recettori con attività enzimatica o accoppiati a enzimi.

MECCANISMO DI SEGNALAZIONE INTRACELLULARE,

EXT-INT

Iniziamo a capire in termini molto generali cosa significa trasduzione del segnale quando parliamo di recettori di membrana.

Se nei recettori nucleari il meccanismo era molto semplice, perché il recettore funziona anche da fattore trascrizionale, nella trasduzione del segnale che vedremo adesso, molte di queste in realtà contano una serie di passaggi. Dal punto di vista della segnalazione questo permette modulazione e integrazione di diversi segnali. Ecco che dal recettore si hanno una serie di reazioni a cascata che portano generalmente all'attivazione di un enzima metabolico, quindi a un cambio delle capacità metaboliche delle cellule, al cambio dell'espressione genica della cellula con attivazione di fattore trascrizionale o di repressori, oppure a un cambio del citoscheletro.

Possiamo dividere i protagonisti in:

• recettore che riceve il segnale
• proteine della segnalazione che si occupano della fase di segnalazione intracellulare
• proteine effettori finali

Cioè quelle che una volta attivate danno luogo alla risposta, alla segnalazione. Nell'immagine a fianco vediamo lo stesso schema ma con complessità maggiore. La via è più complessa, molto spesso si dirama e quindi da un sito comune si attivano più vie. In questo caso un recettore può attivare una proteina, un enzima, che ne attiva un altro che legandosi con una proteina adattatrice ne attiva ancora un altro. Poi si ha una diramazione di due vie collaterali. Questo enzima che viene poi attivato è un enzima che produce un cosiddetto secondo messaggero, cioè è un enzima che produce molecole a partire da un reagente. In queste molecole vanno ad attivare nuovamente un enzima, è un meccanismo di amplificazione.