4. Recettori con attività enzimatica e vie di segnalazione

H

ridondante: in quanto il medesimo effetto biologico può essere indotto da diverse

– citochine; in questo modo se una via venisse bloccata, il s.i. risulterebbe

ugualmente efficiente.

sinergica: in quanto le citochine possono interagire tra loro in modo positivo,

– essendo entrambe necessarie allo svolgimento di una certa funzione.

antagonista: nel caso in cui l'interazione tra più citochine sia negativa, avendo

– queste effetti opposti.

Non tutte le famiglie di citochine sfruttano i recettori della via Jak-Stat; tra le principali

citochine della famiglia Jak-Stat che sfruttano recettori per le citochine di tipo I (o recettore

ematopoietina) e II (o recettore interferone) ci sono: le interleuchine (regolano la

funzionalità dei leucociti), gli interferoni (α, β e γ, intervengono nelle infezioni virali),

l'eritropoietina (stimola la produzione di eritrociti), G e GM-CSF (Colony Stimulating

Factors), con G e G indicano le cellule che vengono attivate (Granulociti e Macrofagi).

Tra i recettori di tipo I (o ematopoietina) ci sono:

- superfamiglia di IL-2: sono tutti accomunati dalla medesima catena γ, mentre la

specificità per l'IL che riconoscono è data da un'altra catena.

- GM-CSF: condividono la catena β

- G-CSF

Il recettore è costituito da due catene, posizionate vicine tra loro, ma non connesse nello

stadio inattivo, ognuna delle quali è associata a una proteina tirosina-kinasi della famiglia

JAK (distinte in JAK1/2/3 e Tyk2). La trasduzione del segnale, a seguito del legame

dell'interferone α, prevede la dimerizzazione del recettore, quindi l'avvicinamento delle

catene, con le rispettive proteine, che si transautofosforilano a livello del sito catalitico

delle kinasi, potenziando l'attività fosforilasica delle proteine, e sul dominio (nella coda

terminale) che sarà il sito di legame per le proteine a valle: le Stat. Queste una volta legate

verranno fosforilate dalle Jak, quindi si distaccheranno e dimerizzeranno, attraverso il

dominio SH2 fosforilato, migrando nel nucleo per attivare la trascrizione di geni coinvolti

nel ciclo cellulare e nel differenziamento, funzionando come fattore di trascrizione.

L'azione di questi recettori associati a proteine tirosina-kinasi citoplasmatiche quindi è

proprio quella di attivare la trascrizione genica abbastanza rapidamente.

La via può essere spenta attraverso due principali meccanismi:

presenza di tirosin-fosfatasi: bloccano le fasi iniziali della via di trasduzione del

– segnale

attivazione da parte delle Stat di geni che codificano per proteine inibitrici, fungendo

– da feedback positivo che spegne il segnale.

2. Molecole recettori-like ad attività tirosino-fosfatasica

Si tratta di proteine ad alta specificità che defosforilano la proteina bersaglio, questo fa sì

che il numero di geni che le codificano sia molto elevato, maggiore di quello per le proteine

chinasi. Sono proteine che vengono attivate solo nel momento opportuno, trovandosi

normalmente spente. Presentano due domini catalitici e sono monocatena; i loro ligandi

sono sconosciuti.

Tra i più importanti recettori-like c'è il CD45 presente a livello dei linfociti; una volta attivato

questo è in grado di rimuovere il primo fosfato dalla proteina Src (LCK) associata al CD4,

permettendo così di continuare la trasduzione del segnale.

3. Recettori con attività serina/trenonina chinasica

A questa classe appartengono due grosse famiglie di ligandi:

- Superfamiglia del fattore trasformante di crescita β: TGF-β e attivine

- Proteine morfogeniche dell'osso: BMP

Questi recettori svolgono funzioni differenti in base allo stadio di sviluppo: nello stadio

fetale agiscono da morfogeni, regolando il differenziamento cellulare verso uno specifico

fenotipo, mentre nell'adulto sono meno diffusi e si concentrano in particolari regioni,

andando a riparare danni ai tessuti e regolando il sistema immunitario.

Si tratta di recettori monocatena, suddivisi in classe I e II; ognuno è presente come

omodimero, ma l'attivazione prevede la formazione di un tetramero (2 catena di classe I e

2 catene di classe II), in cui la classe II fosforila e attiva la classe I. Il meccanismo è molto

simile a quello JAK-Stat, in cui si genera un sito di riconoscimento a seguito della

fosforilazione della classe I su cui vengono attratte delle proteine: le SMAD.

Le SMAD sono una classe di proteine distinte in base alla funzione, in quanto alcune si

legano ad altre SMAD, altre al recettore (SMAD-R) e altre ancora inibiscono il

meccanismo.

Le SMAD-R, una volta legate al recettore, vengono anch'esse fosforilate, quindi si

allontanano e dimerizzano legando nel citoplasma le co-SMAD (la più famosa è la SMAD-

4); il dimero attraverso i pori nucleari raggiunge il nucleo, funzionando come fattore di

trascrizione.

In questa via sono presenti una serie di meccanismi di spegnimento rapidi e importanti;

primo fra tutti è la necessità di avere un'elevata concentrazione di ligando, tale per cui

essendo sempre attivo il recettore, questo può permettere una trascrizione genica veloce

ed elevata. Inoltre la presenza di fosfatasi nel nucleo fa sì che le SMAD-R vengano

defosforilate, quindi escano dal nucleo, tornando nel citoplasma; se il recettore è ancora

attivo allora la SMAD-R dimerizza, tornando nel nucleo, viceversa il segnale viene

bloccato. C'è quindi un continuo riciclo di SMAD-R tra il nucleo e il citoplasma. In base a

quanto il recettore rimane attivo si ha una certa trascrizione genica.

Un altro meccanismo di inibizione che interessa sia BMP sia TGF- β è la presenza di

molecole solubili (cordina/noggin) che legando il BMP4 (ligando), impediscono la corretta

trasduzione del segnale, non essendo più attivati i recettori. In questo modo è anche

possibile circoscrivere il segnale a una certa area.

Infine un altro meccanismo che viene attivato più lentamente rispetto alle fosfatasi è la

trascrizione di geni per proteine inibitrici, che spengono in maniera forte il segnale

andando a indurre la degenerazione delle SMAD-R e dei recettori. Queste proteine sono

in grado di reclutare ubiquitine-ligasi, che poliubiquitinando SMAD-R e il recettore,

indicano al proteasoma di degradarli. Per il recettore si ha anche il passaggio attraverso i

caveosomi, che lo indirizzano verso il proteasoma.

Le proteine inibitrici possono anche attivare delle fosfatasi che agiscono sempre sul

recettore.

Oggi è stato sviluppato un trial clinico, ancora in fase di sperimentazione, che ha origine

dall'ipotesi di sfruttare il BMP4 come cura antitumorale; l'ipotesi è stata formulata da una

neolaureata.

Si è scoperto che la popolazione di cellule di un tumore è variegata e composita; sembra

infatti che le cellule si organizzino in modo da svolgere una funzione ben specifica; tra

queste vi sono le cellule staminali, una popolazione di cellule che è responsabile delle

recidive tumorali, in quanto se estratta è in grado autonomamente di dare origine a un

tumore. Tutte le altre popolazioni di cellule sono dotate di un'attività proliferativa, che però

viene presto persa. Idealmente colpendo proprio la popolazione di cellule staminali è

possibile eliminare il tumore.

Sapendo che il BMP4 ha la capacità di indurre il differenziamento cellulare, partendo da

una biopsia del tumore, da cui espandendo le cellule tumorali si ottiene una popolazione

cellulare su cui vengono testati i vari farmaci, si osserva se effettivamente somministrando

BMP4 alle cellule si blocca la proliferazione, in favore del differenziamento.

L'analisi preliminare prevede per prima cosa la ricerca di recettori (classe I e II) che

leghino il BMP4, in modo da dimostrare che la cellula sia responsiva per quel segnale.

Una volta individuati, fornendo BMP4 alle cellule si osserva che dopo un certo tempo si

formano SMAD fosforilate, il che indica un'attivazione della via. Funzionalmente però si

ricerca se il segnale aumenta la morte cellulare per apoptosi; effettivamente si osserva

che l'aumento non è significativo, ma il BMP4 è in grado di indurre una riduzione

dell'attività proliferativa; compiendo una curva di crescita, si osserva che in più linee

cellulari la proliferazione diminuisce.

Morfologicamente le cellule in crescita sono tondeggianti, quelle in via differenziativa

invece hanno una forma più allungata e iniziano a esprimere particolari proteine.

In vivo, trattando cellule di glioblastoma con BMP4, impiantandole in organismi con

immuno-deficienza, si osserva che le cellule tumorali sono molto meno espanse e gli

organismi sopravvivono molto più a lungo.

4. Recettori ad attività guanilico ciclasi

I ligandi sono peptidi natriuretici, come ANP e BNP.

ANP viene per esempio secreto dal cuore e permette di abbassare la pressione, andando

a stimolare i reni, facendo rilassare la muscolatura dei vasi e aumentando la secrezione di

sodio.

Segnali collegati a proteolisi

Durante l'embriogenesi vi sono importanti vie:

Delta-Notch

– wnt-Frizzle

– Hedgehog

–

Durante i processi infiammatori una via importante è quella invece di:

NFκB

–

Delta-Notch

Questa via è attiva soprattutto durante l'embriogenesi e lo sviluppo ed è permessa da una

comunicazione da contatto in quanto sia il segnale Delta, sia il recettore Notch sono

proteine transmembrana. Svolge un ruolo particolarmente importante nel s.i. e nel cervello

ed è stata studiata soprattutto per lo sviluppo delle setole sensoriali di Drosophila.

Rappresenta la base molecolare del fenomeno dell'inibizione laterale, un fenomeno attivo

soprattutto nell'embriogenesi.

Nella Drosophila sono presenti regioni in cui alcune cellule dovranno differenziarsi per

divenire cellule nervose, affinché siano setole sensoriali, mentre altre devono divenire

cellule epiteliali; la via delta-notch permette appunto di determinare quale cellula debba

differenziare in cellula nervosa e quale no, in modo da ottenere la giusta quantità di cellule

nervose.

Quello che avviene è che in una certa regione di cellule non specializzate, che

apparentemente sono uguali tra loro, una in particolare diviene predominante, prende il

sopravvento su quelle adiacenti, differenziando in cellula nervosa; si tratta di un

meccanismo inibitorio perché contemporaneamente le cellule adiacenti vengono inibite

nello sviluppo, differenziando in cellule epiteliali. Questo è possibile perché le cellule

adiacenti, attraverso i recettori notch presenti sulla loro superficie, percepiscono il segnale

delta, espresso ad elevate concentrazioni dalla cellule che prende il sopravvento.

Sebbene tutte le