Appunti di fisiologia cellulare: comunicazione intracellulare

CREB.

Ricapitolando, nelle vie di trasduzione del segnale, a livello della membrana

cellulare si possono attivare diversi tipi di recettori accoppiati a proteine G. Questi

recettori sono collegati a diverse cascate trasduzionali differenti, come la via

dell'cAMP e degli inositoli. L'attivazione di queste vie determina a valle la messa in

gioco di svariate proteine chinasi, che fosforilano specifiche proteine substrato.

Queste proteine substrato, come l'adenilato cislasi, non possono rimanere

fosforilate per sempre, altrimenti non ci sarebbe un ulteriore risposta alla molecola

segnale. Nel momento in cui il ligando si stacca dal recettore la via di trasduzione

del segnale comincia a cessare; i livelli di cAMP o degli inositoli diminuiscono e

pertanto anche l'attivazione delle chinasi diminuisce, ciò, tuttavia, non basta per

spegnere completamente il segnale. Per spegnere del tutto la via è necessario

andare ad agire sui i gruppi fosfato legati ai substrati proteici delle chinasi e

rimuoverli; questo compito è portato a termine dalle proteine fosfatasi, come le

serina-treonina fosfatasi. Nel momento in cui all'interno della cellula aumentano i

livelli delle chinasi, le proteine substrato vengono fosforilate; quando il segnale

inizia a spegnersi e diminuiscono i livelli delle chinasi prevale l'azione delle fosfatasi

che vanno a defosforilare le proteine substrato precedentemente attivate. Quindi le

fostatasi si occupano di ripristinare la situazione di partenza, quella prima che

accorresse la molecola segnale a legare il recettore accoppiato a proteina G.

Un 'altra via di trasduzione del segnale è quella dell'acido arachidonico,

anche'essa dipendente dalla proteina G e dal recettore 7 eliche trans-membrana. I

primi step di questa via sono simili a quelli della via dell' cAMP e degli inositoli.

Quello che cambia è l'enzima attivato a valle, cioè la fosfolipasi A2. Quest'enzima

ha come target il PIP 2 che viene idrolizzato per liberare acido arachidonico. L'acido

arachidonico grazie a proteine di trasporto viene liberato nel citoplasma dove viene

elaborato attraverso varie vie metaboliche : la via delle lipossigenasi 12 , delle

lipossigenasi 5 e delle ciclossigenasi o COX.

La via delle lipossigenasi porta alla formazione dei leucotrieni ( molecole lipidiche

che contribuisco a processi infiammatori) , la via delle ciclossigenasi porta alla

formazione di prostaglandine. Esistono due tipi di enzimi ciclossigenasici COX 1 e

COX 2; questi enzimi sono target dei farmaci antinfiammatori non steroidei

( es. l'aspirina), i FANS. I FANS portano all'inibizione delle prostaglandine coinvolte

nell'infiammazione, agendo su i COX.

I recettori accoppiati a proteina G possono anche interagire con insolite molecole

segnale: le molecole odorose. E' proprio grazie alla presenza di questi recettori

nell'epitelio olfattivo che possiamo tradurre lo stimolo olfattivo. Le molecole odorose

trasducono il segnale legandosi ai suddetti tipi di recettori attraverso la via

dell'cAMP, che invece di attivare proteine chinasi agisce su canali ionici.

Un'altra particolare molecola segnale è il fotone (componenti della luce). Il segnale

prodotto da esso viene trasdotto grazie a recettori legati a proteina G localizzati in

particolari cellule sensitive dei bastoncelli della retina. A livello dei bastoncelli è

presente la proteina 7 eliche trans-membrana rodopsina accoppiata alla proteina G

trimerica chiamata trasducina. La trasducina, una volta attivata dall'arrivo dei

fotoni, agisce sull' enzima guanilato ciclasi che trasforma il GTP in GMP ciclico e

pirofosfato. L'aumento della concentrazione di cGMP va ad agire su determinati

canali ionici Na+ dipendenti determinandone l' apertura o la chiusura. Questo

processo permette il ciclo visivo.

I recettori catalici o recettori legati ad un enzima, sono proteine trans-

membrana associate ad un enzima.

Se ne conoscono 6 tipologie, di cui 5 presenti nell'uomo e una presente solo nei

batteri:

-recettori tirosina chinasi

-recettori associati a tirosina chinasi

-recettori guanil-cislasi

-recettori tirosina/fosfatasi simili

-recettori serina/treonina chinasi

-recettori associati a istidina chinasi (presenti nelle cellule batteriche)

I recettori catalici e quelli associati ad un enzima sono leggermente differenti,

consideriamo per esempio i recettori tirosina chinasi e i recettori associati a tirosina

chinasi. I primi possiedono un dominio effettore che è esso stesso un enzima , i

secondi possiedono un dominio effettore che non è catalico ma è capace, quando

viene attivato, di legare un enzima. Caratteristica di entrambi questi recettori è

quella di essere mono passo, cioè posseggono solo un alfa elica di

attraversamento della membrana. Quindi sorge un interrogativo, come fanno questi

recettori ad accorgersi che sul versante extracellulare si è legata una molecola

segnale per influenzare il dominio citosolico?

Il recettore 7 eliche trans-membrana all'arrivo del ligando era capace di

riarrangiarsi producendo il sito di legame per la proteina G effettrice. I recettori

mono passo a causa della loro conformazione a singola elica non sono capaci di

andare incontro a variazioni strutturali , quindi hanno elaborato un' altra strategia

per comunicare segnali all'interno della cellula detta dimerizzazione. La

dimerizzazione è il metodo attraverso il quale la maggior parte dei recettori mono

passo è in grado di attivare il proprio dominio effettore. Il legame del ligando con il

dominio recettoriale extracellulare provoca un cambiamento conformazionale del

recettore, il quale va a dimerizzare e quindi accoppiarsi con un ugual recettore

adiacente legante la stessa molecola segnale. Questa dimerizzazione sul versante

extracellulare fa sì che i domini effettori citosolici possano attivarsi in maniera

reciproca fosforilandosi (visto che parliamo di un recettore con attività chinasica)

a vicenda.

I recettori tirosina chinasi hanno il dominio citosolico che ha attività tirosina

chinasica, questo vuol dire che quando suddetto dominio si attiva, va a fosforilare

residui di tirosina di proteine substrato. I recettori tirosina chinasi sono in genere

mono passo, come detto precedentemente, fatta eccezione per il recettore che lega

l'insulina che ha 2 alfa eliche. I recettori mono passo legano per la maggiore fattori

di crescita come l'EGF (fattore di crescita epidermico).

Analizziamo più nel dettaglio il recettore per l'EGF e quello per l'insulina.

Il recettore per l'EGF è una proteina trans-membrana costituito da un dominio

extracellulare sul quale è presente il sito di legame per l'EGF , un alfa elica di

attraversamento , e una porzione citosolica nella quale possiamo distinguere un

dominio effettore tirosin chinasico e una lunga coda amminoacidica contenente

anche tirosina. Tutti gli altri recettori tirosina chinasi hanno una struttura simile a

questa appena enunciata.

Quando arriva, EGF va ad interagire col dominio recettoriale extracellulare e il

recettore va incontro a dimerizzazione, coinvolgendo un altro recettore adiacente

affine. Conseguentemente alla dimerizzazione si avvicinano i domini citosolici dei

due recettori d'interesse e l'uno fosforila l'altro su residui di tirosina appartenenti

alle code amminoacidiche; avviene quindi una fosforilazione reciproca delle code

citosoliche che consente l'avviamento dell'attività chinasica dei recettori. A questo

punto possono essere intraprese varie vie di trasduzione del segnale. Una di queste

vie è quella che riguarda l'attivazione della fosfolipasi C gamma (PLC gamma).

La fosfolipasi C gamma si attiva per tirosinfosforilazione tramite il legame con il

dominio citosolico del recettore per l' EGF. Quest'enzima va ad agire sul PIP 2

facendo la stessa cosa che faceva la fosfolipasi C beta, cioè scinde il PIP 2 in

diacilglicerolo che rimane in membrana ed IP3 che va nel citoplasma. L'IP3 a livello

del reticolo endoplasmatico liscio può influenzare ed aprire i canali del calcio. Il

calcio da secondo messaggero può attivare diverse chinasi.

Questa via porta agli stessi risultati ottenuti passando attraverso la via degli

inositoli, ma non partendo da un recettore accoppiato a proteina G bensì da uno

catalico.

Le tirosine da fosforilare nella cellula sono tante ,ecco perché esistono numerose vie

di trasduzione del segnale che coinvolgono proteine chinasi.

Un 'altra via di trasduzione che coinvolge recettori catalici simili a quello per l'EGF

sfocia nel nucleo e porta alla modificazione della trascrizione genica: si tratta della

via delle MAP chinasi, proteine chinasi attivate da agenti mitogeni. La via delle

MAP chinasi, oltre al recettore catalico, richiede proteine intermedie che vengono

chiamate adattatrici, come le GBR 2 o le SOS, le quali attraverso l'attivazione di

proteine G monomeriche come ASS stimolano le MAP chinasi a fosforilare fattori di

trascrizione nucleari.

La via delle MAP chinasi e quella della fosfolipasi C gamma possono attivarsi

insieme perché hanno tempi di risposta differenti in quanto la via della fosfolipasi si

svolge tutta nel citoplasma ed è quindi più rapida rispetto alla via delle MAP chinasi

che coinvolge il nucleo.

Parlando del recettore tirosina chinasico per l'insulina abbiamo detto che esso

costituisce un' eccezione perché non è mono passo ma presenta due eliche trans-

membrana. Il recettore per l'insulina è costituito da due subunità trans-membrana

chiamate beta, ognuna delle quali presenta un'alfa elica di attraversamento; legate

a queste due subunità beta abbiamo due subunità periferiche extracellulari

chiamate alfa. Le due subunità alfa vengono chiamate lecta dominio ed hanno il

compito di legare l'insulina. Quando l'insulina interagisce con le subunità alfa, che

sono legate alle subunità beta da ponti disolfuro, provoca un riarrangiamento

strutturale delle subunità beta trans-membrana provocando la fosforilazione

reciproca su residui di tirosina delle porzioni citosoliche delle suddette subunità. In

questo caso non c'è bisogno di una dimerizzarione perché il recettore è già di per sè

un dimero. Quindi il legame dell'insulina ha provocato l'attivazione dei due domini

citosolici del recettore. A questo punto le tirosine fosforilate del dominio

citoplasmatico possono legare una molecola proteica chiamate IRS 1 ( substrato

del recettore dell'insulina 1). L'IRS appena fosforilato lega a sua volta un enzima

che si chiama fosfatidilinositolo 3 chinasi detto anche PI 3 . Il PI 3 va ad agire

sul fosfatidil inositolo (PIP 2) di membrana aggiungendogli un gruppo fosfato in

posizione 3