Appunti di Biologia Cellulare per l'esame del corso di laurea triennale in Scienze Biologiche (Università Milano Bicocca)

I RECETTORI COLLEGATI A PROTEOLISI

I recettori collegati a proteolisi sono recettori di membrana che con la loro attivazione determinano

la modulazione del processo proteolitico a carico di una determinata proteina.

Le vie attivate in genere portano alla trascrizione genica e sono importanti:

 – –

durante lo sviluppo embrionale (via Delta Notch, via Wnt Frizzled,

–

via Hedgehog Smoothened)

 –KB)

durante i processi infiammatori (via NF

–

La via Delta Notch

Questa via di comunicazione è molto importante nella regolazione del sistema immunitario ma è

anche coinvolta nello sviluppo embrionale, in particolare a livello del sistema nervoso in

collegamento al processo di inibizione laterale (la modalità che le cellule adottano per controllare

quando una cellula dell’epitelio si sta differenziando verso il fenotipo

la tipologia cellulare presente:

neurale invia segnali che inducono le cellule vicine a non fare lo stesso).

Notch è il recettore transmembrana: nasce come catena unica ma è soggetto a un taglio proteolitico

nel Golgi e a una serie di glicosilazioni. In seguito viene inserito nella membrana.

Esiste una sola tipologia di Notch e a seconda delle glicosilazioni avrà diversa specificità.

Delta è il ligando che rimane attaccato alla superficie della cellula segnalante. Interagisce con Notch

delle cellule vicine determinando un taglio proteolitico a carico del recettore (grazie alle proteine

ADAM): l’estremità extracellulare viene internalizzata nella cellula con Delta mentre

della famiglia

la parte restante migra nel nucleo dove agisce come fattore di trascrizione negativo.

Quando una cellula si sta differenziando verso il fenotipo neurale, tramite una segnalazione

inibitrice dipendente da contatto, induce le cellule vicine a non fare lo stesso. Questo perché

esprime fortemente Delta. Tuttavia, spesso all’interno di un tessuto le cellule esprimono sia Delta

che Notch: si instaura così una competizione dalla quale esce vincitrice la cellula che esprime

maggiormente Delta. Tra le diverse cellule c’è una asimmetria dovuta alla presenza di specifiche

molecole chiamate NUMB che funzionano da inibitori di Notch.

RICORDA: In alcuni casi fattori addizionali interagiscono con Delta e con Notch per rendere

alcune cellule suscettibili al segnale di inibizione laterale o renderle incapaci di rispondervi.

–

La via Wnt FRIZZLED

(una famiglia di 19 proteine nell’uomo) sono molecole segnale secrete che

Le proteine Wnt

agiscono da morfogeni per controllare diversi aspetti dello sviluppo (di solito inducono

proliferazione cellulare). I morfogeni sono molecole che agiscono da mediatori locali che inducono

l’espressione di proteine che indirizzano la cellula verso specifici lineage.

Le proteine Wnt possono attivare tre vie:

– β catenina

1. la via Wnt (la via canonica di Wnt)

2. la via della polarità planare (la via di attivazione di Rho)

– 2+

3. la via Wnt Ca

N.B. Nelle tre vie è necessario innanzitutto il legame di Wnt con il recettore di membrana

FRIZZLED e in seguito il richiamo della proteina impalcatura DISHEVELLED

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β catenina

La via Wnt - β catenina, proteina che media l’interazione

Questa via regola la proteolisi della proteina

–

caderine actina nelle giunzioni aderenti e che è anche coinvolta nella regolazione dei geni.

In condizioni basali questa proteina è libera nel citoplasma o legata all’actina: la β catenina che non

è associata alle caderine è soggetta a una rapida degradazione attraverso complessi proteici di

–

degradazione che coinvolgono diverse proteine, tra cui la serina treonina kinasi GSK3.

Questi complessi proteici sono tenuti insieme grazie a proteine impalcatura: axina e APC.

–

La via inizia con Wnt che si lega al recettore FRIZZLED e al co recettore LRP: le proteine kinasi

fosforilano la coda citosolica di LRP facendo sì che recluti e inattivi l’axina. In questo modo viene

β catenina

smantellato il complesso di degradazione e la può accumularsi.

–

In seguito la proteina migra nel nucleo dove induce attività pro proliferativa (sintesi di Myc).

RICORDA: Lo spegnimento della via viene affidato a molecole antagoniste secrete che si legano a

–

Wnt FRIZZLED; molecole che servono per bloccare DISHEVELLED; molecole che inducono la

–

down regulation di LRP.

–

La via Hedgehog Smoothened

Le proteine della famiglia Hedgehog importanti nell’uomo sono Sonic, Desert e Indian.

RICORDA: Si parla di proteine Hedgehog perché una mutazione porta alla formazione di una larva

con processi spinosi (simile a un porcospino).

I recettori che mediano le risposte date da queste proteine sono:

 Patched (12 domini transmembrana)

 iHog (1 dominio transmembrana)

 Smoothened (7 domini transmembrana mantenuti in vescicole vicino alla membrana)

In condizioni basali Patched inibisce Smoothened e lo tiene vincolato in vescicole.

Il legame della proteina Hedgehog con iHog e con Patched porta all’inibizione dell’attività di

Patched che viene endocitato e degradato. In questo modo Smoothened può essere fosforilato,

traslocato in superficie e trasmettere il segnale.

che è soggetta all’azione del complesso proteico

La proteina chiave della via è la proteina C

i

Costal . La proteina C è legata ai microtubuli, viene fosforilata da 3 kinasi ed è soggetta a un taglio

2 i

proteolitico: il frammento di proteina migra nel nucleo dove agisce da fattore di trascrizione

negativo. Quando la via è attivata, la proteina C non viene più fosforilata e si allontana dai

i

microtubuli. In questo modo non è più soggetta al taglio proteolitico e può migrare tutta intera nel

nucleo, dove attiva la trascrizione.

–

La via NK KB

–

Le proteine NF KB sono proteine latenti che regolano geni nella maggioranza delle cellule

animali. La via è coinvolta nelle risposte infiammatoria, nell’accrescimento dei tumori e nello

sviluppo embrionale per la specificazione dell’asse dorso – ventrale. Tra le molecole segnale che

– – α

attivano la via si ricordano IL 1, TNF e patogeni che interagiscono con i toll like receptors.

– α, interagisce con il recettore e può attivare la via o condurre ad

La molecola, per esempio TNF

apoptosi. Proteine kinasi IKK fosforilano la proteina inibitrice IKB, soggetta a taglio proteolitico in

–

modo da attvivare NF KB che migra nel nucleo e agisce da fattore di trascrizione.

RICORDA: NF- KB trascrive anche i geni per la proteina che spegne la via, IKB.

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I RECETTORI INTRACELLULARI

I recettori intracellulari sono molecole recettoriali che si trovano nel nucleo o nel citoplasma della

cellula bersaglio. Sono coinvolti nella segnalazione del sistema endocrino: i loro ligandi possono

essere ormoni, secreti nel torrente circolatorio e legati a specifiche proteine.

I ligandi di questi recettori sono piccole molecole segnale idrofobiche che penetrano attraverso la

membrana per legarsi ai recettori e innescare la risposta cellulare.

I recettori intracellulari sono anche noti come recettori nucleari perché funzionano come fattori di

trascrizione. Determinano una doppia ondata di trascrizione: geni della risposta primaria (early) e

geni della risposta secondaria (delayed).

RICORDA: Due sono le caratteristiche della comunicazione mediata da questi recettori:

il recettore mostra un’alta

1. affinità per il suo ligando

2. la comunicazione è lenta e perdura nel tempo (gli ormoni hanno una emivita lunga)

I ligandi

Le molecole segnale che si legano ai recettori intracellulari possono essere:

 ormoni steroidei

 ormoni tiroidei (controllo metabolismo cellulare)

 acido retinoico (effetti sul differenziamento cellulare; deriva da vitamina A)

 2+

vitamina D (assorbimento Ca a livello intestinale e deposizione e riassorbimento osso)

 acidi grassi

 ligandi sconosciuti ( recettori orfani)

Gli ormoni steroidei

Sono molecole apolari relativamente piccole che derivano dal colesterolo, la cui struttura chimica è

determinata da quattro anelli carboniosi. Si distinguono in glucocorticoidi (cortisolo),

mineralcorticoidi (aldosterone) e ormoni sessuali (estrogeni, androgeni, progesterone).

N.B. Gli ormoni steroidei si differenziano tra loro per i gruppi laterali legati agli anelli carboniosi.

La classificazione dei recettori intracellulari

I recettori intracellulari possono essere suddivisi in 3 classi:

 Classe I nel nucleo

 Classe II nel nucleo

 Classe III nel citoplasma 20

La classe III

I recettori della classe III si trovano nel citoplasma della cellula bersaglio. I loro ligandi sono gli

ormoni steroidei (omodimeri). Una volta che il recettore viene attivato dal legame con la molecola

segnale dimerizza con un’altra molecola recettoriale. Come dimero migra nel nucleo dove funziona

da fattore di trascrizione interagendo con specifiche sequenze del DNA (HRE).

Queste sequenze sono palindrome: consistono di 11/15 nucleotidi e la sequenza è ripetuta invertita

e capovolta attorno a un centro di simmetria di 3 nucleotidi spaziatori.

La classe I e II

I recettori di queste due classi si trovano nel nucleo. I loro ligandi sono eterodimeri e, come i

recettori della classe III, agiscono come fattori di trascrizione interagendo con specifiche sequenze

del DNA (HRE). Queste sequenze possono essere palindrome, ripetute e singole non ripetute.

La struttura dei recettori intracellulari

I recettori intracellulari sono formati da una singola catena polipeptidica di 400/1000 aa che vede

una regione N-t (regione ipervariabile, AF-1, ormone indipendente) e una regione C-t (AF-2,

ormone dipendente) dove si trovano i siti di interazione con il ligando e per la dimerizzazione.

Nei recettori intracellulari ci sono diversi domini:

 dominio a/b

 dominio c (DBD)

 dominio d (NLS)

 dominio e (LBD)

 dominio f

Il dominio a/b

Questo dominio si lega a complessi proteici nucleari importanti per la regolazione della

trascrizione. Inoltre ci sono siti di interazione per i cooregolatori.

Il dominio c E’ una regione di circa 70 aa, in prevalenza

Questo dominio è responsabile del legame con DNA.

Cys organizzate intorno a un atomo di zinco (zinc finger). Una volta che il recettore è stato attivato

migra nel nucleo per interagire con specifiche sequenze del DNA dette HRE, situate a monte di un

promotore genico. In questo modo si ha la stabilizzazione del complesso di inizio della trascrizione

che recluta la RNA polimerasi II.

N.B. I recettori intracellulari hanno domini DBD molto simili. La specificità è determinata dalle

diverse