22 Regolazione integrata del metabolismo glicidico e lipidico

VIE DI SEGNALAZIONE DELL'INSULINA

L'insulina immessa in circolo deve attivare ad hoc i vari processi metabolici a livello dei tessuti bersaglio. Essendo una

proteina è idrosolubile e non dispone di traslocatori che le permettono di entrare nelle cellule => deve attivare la risposta

cellulare attraverso l'interazione con RECETTORI localizzati sulla superficie delle cellule bersaglio (recettori di membrana).

recettori con attività tirosino-chinasica intrinseca:

Questi appartengono alla classe dei sono proteine di membrana che,

quando legati dal ligando, si attivano attivando all'interno della cellula un'attività chinasica che fosforila su residui di

tirosina.

Questo recettore può innanzitutto legare insulina solo se si trova in forma dimerica, ovvero se 2 subunità α e 2 β si legano

fra loro: l'interazione con il ligando deve avere questa fase di dimerizzazione.

subunità α

• Le 2 sono esposte nel lato extracell della membrana e contengono il dominio di legame per l'ormone =>

legano l'insulina

subunità β

• Le 2 invece contengono la porzione ad elica idrofobica che si inserisce nelle membrane ed hanno un dominio

intracell con attività catalitica: al suo interno si trova un sito catalitico ad attività chinasica in grado di fosforilare dei

residui di tirosina.

Quando l'insulina si lega al dominio extracell, quello intracell subisce una variazione conformazionale tale per cui l'attività

chinasica di una subunità β fosforila alcuni residui di tirosina dell'altra subunità e viceversa => quando si lega insulina, il

recettore subisce un'autofosforilazione in tirosina intrinseca (è il recettore stesso che si fosforila). Una volta fosforilato e

quindi attivato, il recettore porta all'attivazione di sistemi di trasduzione intracell che portano alla risposta.

Meccanismo di rilascio di insulina Segnale neurale

e sua regolazione Cellula β Glucagone Rimozione di

del Ormoni gastrointestinali peptidi per

pancreas scissione

proteolitica

Vie di segnalazione dell‛insulina

recettore ad attività tirosin-chinasica intrinseca

PIP = fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato

2

PLC = fosfolipasi C di tipo

PI-3 chinasi = fosfatidilinositolo 3-chinasi

PIP

PIP 2

2

MAP

chinasi Attivazione della protein

chinasi B (PKB) e

fosforilazione di specifiche

proteine bersaglio

Fosforilazione di specifici Aumento del Ca intracellulare,

++

fattori di trascrizione e attivazione della protein chinasi C

stimolazione della (PKC) e fosforilazione di

trascrizione di specifici geni specifiche proteine bersaglio

Risposta cellula- e tessuto-specifica

VIE DI SEGNALAZIONE DELL'INSULINA

Le possono essere 3:

SISTEMA delle MAP CHINASI:

1. Prevede l'intervento e l'attivazione del si attiva un sistema a cascata di fosforilazioni che

avviene in quanto il recettore fosforilato può reclutare una proteina adattatrice (IRS) fosforilandola e in auesto modo può

reclutare un'altra proteina adattatrice Gbr-2 che porta all'attivazione delle MAP chinasi, il cui bersaglio finale sono fattori

di trascrizione nucleari che regolano l'espressione di specifici geni, in questo caso quelli che codificano per enzimi

coinvolti nei processi di glicogenosintesi, glicolisi etc.

PI-3 CHINASI

2. Coinvolge la (PI-3K): anche in questo caso l'attivazione del recettore promuove il reclutamento della

fosfatidil inositolo-3 chinasi;

proteina adattatrice IRS che, una volta fosforilata, può attivare la questa attivazione porta

protein chinasi B

all'attivazione di una (PKB) che va a fosforilare proteine bersaglio presenti nel citoplasma e che sono

implicate nei metabolismi glucidico e lipidico, determinandone attivazione/inibizione mediante fosforilazione.

FOSFOLIPASI C di tipo γ:

3. Prevede che il recettore attivato vada ad attivare un'altra proteina di membrana = anche

questa agisce sul PIP2 scindendolo e portando ad un aumento delle conc intracell di Ca, che attivano la PKC (Ca-

dipendente); questa, essendo una chinasi, va a fosforilare proteine bersaglio specifiche coinvolte nel metabolismo

glucidico e lipidico che possono essere attivate/inattivate.

Quando l'insulina interagisce con il proprio recettore, questo si attiva e va ad attivare la PLC-γ, che agisce sul PIP2 del

diacilglicerolo inositolo trifosfato

foglietto interno => lo scinde in (che resta associato alla membrana) e (che viene

liberato nel citoplasma); IP3 va ad interagire con canali del Ca presenti sul RE in modo tale da favorire la fuoriuscita dei

depositi di Ca dal reticolo ed aumentarne i livelli intracell; questo Ca va ad interagire con il DAG rimasto in membrana

portando all'attivazione della PKC che, quando inattiva, è libera nel citoplasma; in presenza invece di Ca e DAG questa

va ad associarsi alla membrana attivandosi. Questa attivazione avviene tramite una variazione conformazionale della

PKC

struttura della stessa. PLC, specifica,

4. Esisterebbe anche una 4ª via che coivolge sempre una ma in questo caso che agisce su glican-fosfatidil

inositoli.

NB: l'attivazione di una via in un tipo cellulare non esclude la possibilità che ne venga attivata contemporaneamente

un'altra e quindi possono essere attivate anche tutte 3 contemporaneamente; dipende solo dalla presenza o meno

all'interno di queste cellule delle proteine adattatrici che sono coinvolte nelle risposte. to catlitico

Via di segnalazione

dell‛insulina per

attivazione della

cascata delle MAP

chinasi

Via di segnalazione dell‛insulina per attivazione della PI-3 chinasi

e della protein-chinasi B (PKB) glicogeno sintasi chinasi III,

In questo caso l'attivazione della PKB determina inattivazione mediante fosforilazione della glicogeno sintasi

enzima coinvolto nel processo di glicogenolisi e glicogenosintesi: la sua inattivazione fa sì che la sia attiva

e quindi si abbia glicogenosintesi, scopo dell'insulina.

fosfatidil-inositolo

4,5-bisfosfato

(PIP )

2

fosfatidil-inositolo

3,4,5-trisfosfato

(PIP )

3

Nelle cellule muscolari e adipose la PKB ha anche un'azione sull'aumento del nº di trasportatori GLUT4 presenti sulle

membrane: la PKB fosforilata (perchè attivata dalla PI-3K attivata dall'insulina) favorisce il processo di fusione delle

vescicole contenenti i trasportatori con la membrana => aumenta la loro presenza e quindi la captazione di glucosio.

Via di segnalazione dell‛insulina per attivazione della fosfolipasi C-isoforma

Nb: la PI-3K, effettore nella trasduzione del segnale dell'insulina, è una chinasi (fosfo-transferasi) che fosforila il fosfatidil

inositolo difosfato (PIP2, bifosforilato in 4 e 5), localizzato nel foglietto interno della m.plasmatica => quando l'insulina

interagisce con il recettore e attiva la PI-3K, questa va a fosforilare PIP2 convertendolo in PIP3 (ulteriore fosforilazione

sull'inositolo in posizione 3); questo testimonia l'importanza e il motivo per cui nella distribuzione asimmetrica dei lipidi di

membrana il fosfatidil inositolo si trova prevalente nel foglietto interno: è un composto coinvolto nei processi di trasduzione

del segnale (non tutti i PIP2 presenti nel foglietto interno sono però coinvolti nel processo perchè non tutti sono fosforilati in

4 e 5). Il segnale indotto si spegne andando a rimuovere l'insulina dal recettore e defosforilando il PIP3, ripristinando PIP2

=> la PKB viene defosforilata e non può più essere attiva per agire sulle proteine bersaglio.

Azione dell‛IP e del DAG: L‛ormone lega uno

3

attivazione della protein chinasi C (PKC) specifico recettore Spazio

extracellulare

Recettore Fosfolipasi C-isoforma

(PLC )

attivata da recettori Tyr-chinasici

Il recettore attivato Fosfolipasi C-isoforma

causa lo scambio del

GDP legato alla (PLC )

subunità di Gq con

α

GTP attivando Gq Membrana

La subunità di Gq si dissocia

α plasmatica

dalle subunità e , trasloca in

β

membrana e attiva la PLC

La PLC attivata idrolizza il PIP 2

a diacilglicerolo e IP 3 Citoplasma

Reticolo

endoplasmico L‛IP si lega ad uno specifico diacil

3

recettore sul RE determinando il

rilascio di Ca sequestrato nel

++ glicerolo

reticolo (DAG)

IP 3 Protein chinasi C

(PKC)

DAG e Ca attivano la protein

++

chinasi C sulla superficie della

membrana plasmatica

Scissione del legame fosfo-

estereo lasciando il DAG

associato alla membrana e La PKC fosforila in Ser/Thr

proteine bersaglio intracellulari

liberando nel citosol IP3 specifiche evocando la risposta

cellulare

Meccanismo di attivazione e traslocazione della protein chinasi C ( PKC)

L'attivazione avviene tramite una modifica confromazionale

della PKC stessa: ➨ quando è inattiva non è associata alla

C1

membrana e si distinguono 4 domini: (in

cui sono presenti residui aa con cariche +

che hanno il ruolo, una volta che la chinasi è

attiva, di legarsi alle teste polari dei PL di tipo

C2

anionico), (dominio responsabile del

legame con gli ioni Ca una volta che è

C4

attivata), (dominio catalitico, che va ad

C3

interagire con la proteina bersaglio) e (che

consente solo la conformazione corretta).

Quando la PKC è inattiva il dominio C4 è

bloccato dal C1 perchè le cariche - del C4

vanno a formare ponti salini cn le cariche +

del C1.

➨ qndo aumentano le conc di Ca grazie

all'azione dell'IP3, il Ca va ad interagire cn

C2 => modificazione conformazionale

dell'intera proteina ed esposizione del C4 =>

C1

in presenza di Ca interagisce con le

cariche - delle teste dei PL anionici e una

porzione di questo dominio permette il

legame più saldo intercalandosi con le

porzioni idrofobiche dei PL;

C2

il dominio che lega il ca conferisce ulteriore stabilità al legame perchè il ca fa da ponte tra le cariche - della membrana e

C4

quelle della proteina; il può interagire con la proteina bersaglio. In auesta conformazione viene esposto in maniera

dominio di legame per l'ATP

corretta anche un –> essendo una chinasi è necessario che si esponga il sito catalitico ler il

legame con il substrato, ma è necessario anche che si esponga il sito di legame per l'ATP: modificando la conformazione, il

C3

dominio modifica la sua struttura e crea un sito di legame per l'ATP in modo tale che questo si leghi e possa essere

usato come substrato donatore di fosfato per andare a fosforilare la proteina bersaglio.

Azione del glucagone sul metabolismo energetico

effetto iperglicemizzante

Nel fegato il glucagone:

glicogenolisi

gluconeogenesi