Appunti biologia cellulare

MOLECOLE RECETTORI-LIKE AD ATTIVITA’ TIROSINO FOSFATASICA

Sono dei recettori monocatena aventi due

domini catalitici e caratterizzati da alta specificità

di substrato; hanno sempre attività tirosina-

chinasica, ma i loro ligandi sono sconosciuti. Si

trovano su globuli rossi e mediano l’interazione

tra astrociti e neuroni.

RECETTORI CON ATTIVITA’ SERINA/TREONINA CHINASICA

La superfamiglia del fattore

trasformante di crescita β TGF- β.

Durante lo sviluppo, regolano la

formazione di schemi e

influenzano i vari comportamenti

cellulari, tra cui proliferazione,

differenziamento, produzione

della matrice extracellulare e

morte cellulare. Negli adulti sono

coinvolte nella riparazione dei

tessuti e nella regolazione

immunitaria.

Tutte queste proteine agiscono

tramite recettori collegati ad enzimi che sono proteine transmembrana a singolo passaggio con un dominio

serina/treonina chinasi sul lato citosolico della membrana plasmatica. Ci sono due classi di questi recettori

serina/treonina chinasi (il tipo I e il tipo II) che sono omodimeri strutturalmente simili. Ciascun membro

della superfamiglia TGB- β si lega a una combinazione caratteristica di recettori di tipo I e di tipo II, portando

i domini ad attività chinasica vicini, cosicché i recettori di tipo II possono fosforilare e attivare i recettori di

tipo I, formando un complesso recettoriale tetramerico attivo.

Il recettore attivato di tipo I si lega direttamente e fosforila una proteina latente che regola geni della

famiglia Smac. I recettori attivati dalla famiglia TGF β fosforilano Smad2 o Smad3, mentre i recettori attivati

delle BMP fosforilano Smad1, Smad% o Smad8. Una volta che una di queste Smad attivate da recettore è

stata fosforilata, si dissocia dal recettore e si lega a Smad4, che può formare un complesso con una

qualunque delle cinque Smad. Il complesso Smad si muove nel nucleo, dove si associa con altre proteine

che regolano geni e regola la trascrizione di specifici geni bersaglio

Fra i geni bersaglio attivati da complessi Smad ci sono quelli che codificano Smad inibitrici. Le Smad inibitrici

si lega ai recettori attivati e ne inibisce la capacità di segnalazione almeno in tre modi:

1. Compete con le Smad per il legame al recettore, diminuendo la fosforilazione mediata dalle Smad

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2. Recluta un’ubiquitina ligasi chiamata Smurf che lega ubiquitina al recettore, portando

all’internalizzazione e degradazione del recettore

3. Recluta una proteina fosfatasi che defosforila e inattiva il recettore

RECETTORI GUANILICO CICLASI

I recettori enzimatici ad attività guanilato-ciclasica sono recettori ad attività enzimatica con struttura

semplice, formata da un’unica catena che attraversa la membrana una sola volta, con un dominio

extracellulare che si lega ai ligandi e un dominio intracellulare ad attività guanilato ciclasica, cioè che attiva

la guanilato ciclasi con la formazione del secondo messaggero cGMP. Questi recettori dimerizzano in seguito

al legame col ligando. I ligandi sono peptidi natriuretici:

 Peptide natriuretico atriale ANP

 Peptide natriuretico del cervello BNP 30

VIE DI SEGNALZIONE CHE DIPENDONO DA

PROTEOLISI REGOLATA

La necessitò di segnalazione intercellulare non è mai così grande come durante lo sviluppo animale.

Ciascuna cellula dell’embrione deve essere guidata lungo una via o un’altra di sviluppo secondo la sua storia,

la sua posizione e il carattere delle cellule vicine. A ciascun passaggio della via la cellula deve scambiare

segnali con le cellule vicine per coordinare il suo comportamento con il loro, assicurando il numero

appropriato e la disposizione corretta dei diversi tipi cellulari in ogni tessuto ed organo.

Ci sono vie di segnalazione che dipendono dalla proteolisi regolata per controllare l’attività e la

localizzazione di proteine latenti regolatrici di geni, che entrano nel nucleo e attivano la trascrizione di

specifici geni bersaglio, solamente dopo aver ricevuto il segnale per farlo. Vi sono 4 vie di segnalazione che

dipendono da proteolisi regolata:

Via Delta-Notch Il recettore Notch è meglio conosciuto per il

suo ruolo nella produzione di cellule nervose,

che solitamente originano come singole

cellule isolate all’interno di un foglietto

epiteliale di cellule precursori. Durante

questo processo, quando una cellula

precursore è impegnata a diventare una

cellula nervosa, segnala alle cellule che la

circondano di non svilupparsi nello stesso

modo; le cellule inibite si sviluppano invece

in cellule dell’epidermide. Questo processo,

noto come inibizione laterale, dipende da un

meccanismo di segnalazione dipendente dal

contatto che è attivato da una proteina

segnale transmembrana a passaggio singolo chiamata Delta, espressa sulla superficie della futura cellula

neurale. Legandosi al recettore Notch su una cellula vicina, Delta le segnala di non diventare neurale.

Notch è una proteina transmembrana a singolo passaggio che richiede una processazione proteolitica per

funzionare, agisce come una proteina latente che regola geni. Quando è attivata dall’attacco di Delta su

un’altra cellula, una proteasi associata alla membrana plasmatica rimuove la coda citoplasmatica di Notch e

questa migra nel nucleo dove attiva la trascrizione di una serie di geni che rispondo a Notch. La coda di

Notch agisce legandosi ad una proteina che si lega al DNA, convertendola da repressore trascrizionale ad

attivatore trascrizionale. 31

L’attivazione di Notch è irreversibile: una volta attivata dall’attacco del ligando, la proteina non può più

essere riutilizza. Sia Notch che Delta sono glicoproteine e la lor interazione è regolata dalla glicosilazione di

Notch.

Morfogeni: mediatori locali che inducono l’espressione di proteine che indirizzano le cellule verso specifici

lieage. Sono secreti da cellule specializzate in regioni diverse dell’embrione. Sono diffusibili e agiscono su

gruppi estesi di cellule. La loro azione è in funzione del gradiente.

Via Wnt-Frizzled Le proteine Wnt sono molecole segnale secrete che agiscono da

mediatori locali e morfogeni per controllare molti aspetti dello sviluppo.

Le proteine Wnt sono proteine secrete inusuali, in quanto hanno una

catena di acido grasso attaccata covalentemente all’N-terminale cha

aumenta il loro legame alle superfici cellulari. Le proteine Wnt possono

attivare almeno tre tipi di vie di segnalazione intracellulare:

1. La via Wnt/β-catenina

2. La via della polarità planare che coordina la polarizzazione delle

cellule sul piano di un epitelio in via di sviluppo e dipende dalle

GTPasi della famiglia Rho

3. La via Wnt/Ca2+ che stimola un aumento del Ca2+

intracellulare

Tutte e tre le vie iniziano con il legame di proteine Wnt ai recettori di

superficie della famiglia Frizzled, che sono proteine transmembrana a

sette passaggi. Quando sono attivate dal legame con Wnt, le proteine

Frizzled reclutano la proteina impalcatura Dishevelled, che è necessaria

per trasmettere il segnale lungo tutte e tre le vie di segnalazione.

La via Wnt/ β-catenina agisce regolando la proteolisi della proteina

multifunzionale β-catenina, che agisce sia nell’adesione cellula-cellula

che nella regolazione di geni. Le Wnt agiscono legandosi sia a una

prolina Frizzled che a un corecettore proteico LRP. Nelle cellule

epiteliali, la maggior parte della β-catenina di una cellula è localizzata

nelle giunzioni aderenti cellula-cellula, dove è associata a caderine, che

sono proteine transmembrana che mediano l’adesione cellula-cellula.

La β-catenina presente in queste giunzioni aiuta le caderine a legarsi al

citoscheletro di actina. La β-catenina che non è associata alle caderine è

rapidamente degradata nel citoplasma.

La degradazione della β-catenina citoplasmatica dipende da grandi

complessi di degradazione proteici, che legano la β-catenina e la

tengono fuori dal nucleo mentre ne promuovono la degradazione.

Il legame di una proteina Wnt sia al recettore Frizzled che al recettore

LRP porta i due recettori insieme a formare un complesso. Così la

fosforilazione e degradazione di β-catenina son inibite, permettendo

alla β-catenina non fosforilata di accumularsi gradualmente e migrare nel nucleo, dove altera lo schema di

trascrizione genica. 32

In assenza della segnalazione di Wnt, i geni che rispondono a Wnt sono tenuti silenziati mediante un

complesso inibitore di proteine regolatrice di geni. La β-catenina funziona come coattivatore, inducendo la

trascrizione dei geni bersaglio di Wnt.

I meccanismi di spegnimento prevedono:

 Inibizione tramite molecole secrete di Wnt su Frizzled

 Inibizione tramite molecole secrete che inducono downregulation di LRP

 Inibizione tramite molecole che bloccano Dishevelled

Via Hedgehog-Smoothened Almeno tre geni

codificano proteine

Hedghog nei vertebrati:

 Sonic

 Desert

 Indian Hedghog

La forma attiva di tutte le

proteine Hedghog è

accoppiata

covalentemente a

colesterolo e a una catena

di acido grasso.

Tre proteine transmembrana mediano le risposte alle proteine Hedghog:

 Patched: attraversa la membrana 12 volte

 Smoothened: proteina transmembrana a sette passaggi

 iHog: hanno 4 o 5 domini di tipo immunoglobulinico e due o tre domini simili alla fibronectina di

tipo III

In assenza di segnale Hedghog, Patched tiene Smoothened sequestrato e inattivo in vescicole intracellulare.

Il legame Hedghog a iHog e Patched inibisce l’attività di Patched e induce la sua endocitosi e degradazione. Il

risultato è che Smoothened diventa fosforilato, trasloca sulla superficie e trasmette il segnale a valle.

Gli effetti a valle sono mediati da una proteina latente che regola geni chiamata Cubitus interruptus (Ci). In

assenza di segnale da parte di Hedghog, Ci è ubiquitinata e tagliata proteoliticamente nei proteasomi.

Tuttavia, invece di essere completamente degradata, Ci è processata in modo da dare una proteina più

piccola, che si accumula nel nucleo, dove agisce come repressore della trascrizione, aiutando a tenere

silenziati i geni che rispondono a Hedghog.

Quando la via di segnalazione di Hedghog è attivata e quindi Smoothened è rilasciata nella membrana

plasmatica recluta i complessi proteici e Ci non è più tagliata. Tra i geni attivati da Ci c’è lo stesso Patched.

La segnalazione di Hedghog può promuovere la proliferazione cellulare, e una segnalazione eccessiva può

portare a tumori. 33

Via NF-kB Le proteine NF-kB sono

proteine latenti che regolano

geni che si trovano nella

maggior parte delle cellule

animali e che sono al centro

di molte risposte da stress,

infia