Appunti Endocrinologia

BIOSINTESI DEGLI ORMONI

Gli ormoni polipeptidici vengono prodotti come pro-

ormoni che vengono clivati di una loro parte grazie ad

una particolare azione enzimatica per formare l’ormone

attivo; è un esempio di ormone proteico l’insulina,

l’opiomelanocortina (da cui si forma l’ACTH e le beta-

endorfine), le catecolamine che presentano derivazione

amminoacidica in quanto vengono prodotte a livello della

midollare del surrene a partire dalla tirosina oppure gli

ormoni tiroidei.

Gli ormoni steroidei vengono prodotti a livello della ghiandola surrenalica con un

processo enzimatico definito “steroidogenesi surrenalica” in cui tutti i diversi ormoni

vengono prodotti a partire dal colesterolo (il quale presenta un anello

ciclopentanoperidrofenantrene al suo interno con 5 anelli) mediante l’aggiunta di gruppi

ossidrili, di atomi di idrogeno e di doppi; le diverse tipologie di ormoni steroidei vengono

prodotti solamente dalle cellule che possiedono i determinati e specifici enzimi.

Ad esempio, all’interno del surrene sono presenti delle cellule che sono in grado di

produrre gli androgeni deboli (come l’androstenedione che viene prodotto nei primi anni

della pubertà), glucocorticoidi (come il cortisolo che è l’ormone dello stress in quanto

produce un aumento della glicemia, interiviene nel metabolismo proteico e lipidico,

presenta azioni centrali ed a livello osseo, ha un effetto anti-infiammatorio e

immunosoppressivo) e mineralcorticordi (come l’aldosterone che regola il bilancio

elettrolitico permettendo il riassorbimento di Na+, l’escrezione di K+ ed il riassorbimento di

H O a livello dei tubuli distali del rene con conseguente funzione regolatoria della

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pressione sanguigna sotto il controllo del sistema renina-angiotensina).

[nella zona corticale fascocolata e reticolare si producono gli androgeni deboli ed i

glicoerticoidi, mentre nella zona corticale glomerulare si producono i mineralcorticoidi]

Ad esempio, a livello delle gonadi vengono prodotti gli ormoni sessuali come gli estrogeni

(che sono ormoni femminili prodotti a livello ovarico) ed il testosterone (che è il principale

ormone maschile prodotto a livello testicolare); anche in questo caso la molecola

capostipite è il colesterolo.

N.B. Il testosterone viene prodotto a partire dall’estradiolo mediante l’enzima aromatasi.

[A partire dal colesterolo è possibile sintetizzare anche la vitamina D che presenta un

meccanismo di azione simile agli ormoni steroidei, ma una funzione diversa]

RECETTORI NUCLEARI

Gli ormoni steroidei e tiroidei sono liposolubili in quanto sono in grado di oltrepassare le

membrane generando una risposta cellulare lenta che coinvolge sempre l’attivazione di

un sistema che porta alla sintesi di nuove proteine. Sostanzialmente si svolge con il

legame dell’ormone al recettore impropriamente detto “nucleare” perché svolge la sua

funzione a livello del nucleo, ma non si trova necessariamente all’interno del nucleo.

[I ligandi nei recettori nucleari sono anche derivati delle vitamine A e D, dell’acido

retinoico e della vitamina D3]

La superfamiglia dei recettori nucleari è suddivisa in tre classi e sono codificati da oltre

50 geni (portando alla formazione di oltre 75 proteine), quindi possono essere identificati

come veri e propri fattori di trascrizione:

Classe I comprende i recettori per gli ormoni steroidei classici come gli

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ormoni sessuali (estrogeni e androgeni), i glucocorticoidi, i mineralcorticoidi, il

progesterone. Questa classe si differenzia dalle altre classi perché i recettori, una

volta che si legano con l’ormone, formano omodimeri (cioè si uniscono tra di loro) e

possono essere presenti nel citoplasma.

Classe 2 comprende recettori per gli altri ormoni, per gli xenobiotici, per

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ormoni steroidei non classici, per i D3 ed i tiroidei. Questa classe di recettori,

invece di formare omodimeri, formano eterodimeri con i recettori RXR di classe terza

e sono collocati nel nucleo e non nel citoplasma.

Classe 3 comprende quasi esclusivamente il recettore RXR (ce ne sono altri

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ma sono sostanzialmente recettori dei quali ancora non si conosce il ligando); RXR

per funzionare formerà omodimeri con se stesso, ma formano anche omodimeri con

i recettori di classe seconda e sono collocati nel citoplasma.

Nonostante la divisione in tre classi, presentano tutti la stessa struttura e le stesse

porzioni ma con differenze dal punto di vista amminoacidico.

I recettori nucleari si differenziano per la conformazione e la sequenza amminoacidica,

anche se i domini che formano i recettori nucleari sono:

I. Dominio 1 transattivante; è deputato all’attivazione del promotore dei geni

bersaglio, ma non si lega al DNA.

II. Dominio 2 che lega il DNA è formato da una sequenza di 66-68 amminoacidi e

forma una struttura detta “a dita di zinco”, che riconosce sequenze specifiche

che sono sempre esamere a livello dei geni target dei recettori nucleari ed è

coinvolta nella dimerizzazione.

III. Dominio 3 è detto regione cerniera (presenta la più elevata omologia tra tutti i

recettori nucleari e conferisce flessibilità) e permette la localizzazione del

recettore nel nucleo e le modificazioni conformazionali che avvengono a livello

del recettore dopo che si è legato con l’ormone.

IV. Dominio 4 che lega l’ormone e che presenta un secondo dominio transattivante

formato da 12 α-eliche.

[Gli amminoacidi più conservati sono il 2 e il 3, mentre i domini transattivanti hanno

lunghezza variabile a seconda del recettore]

Gli hormone-responsive elements (HRE) sono le sequenze bersaglio nel DNA in grado di

riconoscere un dimero proteico (quindi due regioni del DNA legano un recettore); essi

differiscono per la sequenza nucleotidica, per lo spazio tra le sequenze di legame al

recettore (che è caratteristico di ciascun recettore e consente il legame dei diversi dimeri)

e per l’orientamento dei siti di legame.

I recettori di classe prima e terza sono presenti nel citoplasma e non sono liberi, ma

sono legati ad un complesso con almeno altre due proteine dette Heat Shock Protein

(HSP, la cui funzione è quella di essere proteine che reagiscono in seguito a shock

termico, di mantenere la struttura tridimensionale, di stabilizzare il recettore

prevenendone il trasferimento e la degradazione e presentano un’azione facilitante nella

dissociazione del recettore dal DNA; esse possono legare anche altre proteine dette

ciprofilline o immunofilline).

Quando arriva l’ormone steroideo, che tranquillamente oltrepassa la membrana, si lega

al recettore di classe prima o di classe terza in modo che il complesso formato dal

recettore con le proteine permetta il distacco delle Heat Shock Protein ed il recettore vada

incontro ad una modificazione traslazionale che ne permette la dimerizzazione con un

altro uguale a se stesso. A questo punto, il recettore passa all’interno del nucleo grazie a

delle sequenze, si lega al DNA sulla porzione del promotore dei geni target di tale ormone

e attiverà un meccanismo che porterà alla trascrizione.

A livello nucleare, sono presenti particolari molecole co-attivatrici cellula-specifiche che

interagiscono fisicamente con il dominio che lega il recettore per attivare il recettore e la

via di segnalazione e che vengono codificate da molti geni (i principali sono SRC1, SRC2,

SRC3), la cui espressione è regolata dagli stessi ormoni steroidei stessi. I co-repressori

sono molecole con un’azione opposta ai co-attivatori, in particolare hanno la funzione di

deacetilare le proteine istoniche in modo da rendere la struttura del DNA più compatta e

meno accessibile per la trascrizione (interagiscono principalmente con i recettori steroidei

soprattutto di classe seconda, anche se ci sono alcuni casi in cui è possibile che

interagiscano anche con quelli di classe prima); il legame del recettore al co-repressore è

stimolato dagli antagonisti degli ormoni quindi essi sono importanti sia per lo sviluppo di

nuovi farmaci sia per cercare di modulare la funzione degli ormoni steroidei (vengono

studiati soprattutto per quanto riguarda i tumori ormone-dipendenti come possibili

target farmacologici).

N.B. Esiste un meccanismo d’azione genomico, cioè di attivazione dei geni target, che non

coinvolge gli ormonei e che è presente anche in assenza di essi, infatti è noto che i

recettori steroidei siano in grado di modulare la trascrizione quando vanno ad interagire

con altri fattori trascrizionali: ad esempio il fattore androgenico è in grado di legarsi ai

fattori trascrizionali ETS favorendo la proliferazione cellulare (sono importanti nei cancri

poiché iperespressi).

N.B. Spesso i co-attivatori sono trovati iperespressi all’interno delle cellule cancerogene

di tumori alla mammella o alla prostata (sono tumori ormoni-dipendenti).

Nel caso di recettori di classe seconda, che sono già presenti nel nucleo, il ligando può

legarsi al suo recettore che si trova già collocato a livello del responsing element sul DNA

inibendo la trascrizione oppure legarsi prima al recettore che si lega al DNA favorendo la

trascrizione.

N.B. Se nelle cellule le HSP sono iper-espresse diminuisce la transattivazione dei

recettori per gli ormoni steroidei.

Le immunofilline appartengono alla famiglia delle HSP ma hanno principalmente una

funzione regolatoria tutt’oggi sconosciuta (piuttosto che di mantenimento della stabilità).

In alcuni casi, sono in grado di legare farmaci immunosoppressori e di inibire, in qualche

modo, la funzione dei recettori in modo modulare la responsività al recettore.

Queste proteine non si legano direttamente al recettore ma lo fanno tramite le HSP, ad

esempio, in condizioni normali c’è una immunofillina detta FKB52 che è legata al

recettore del glucocorticoide permettendogli di rispondere all’attivazione e di attivare i

processi di regolazione proteica; in seguito all’attivazione del recettore vengono prodotte

alcune proteine come la FKBP51 che va anch’essa a legarsi al complesso, ma a differenza

della precedente, ha azione inibitoria sull’effetto dell’ormone.

N.B. Un altro meccanismo che può essere coinvolto nell’attivazione o nella disattivazione

di questi recettori è la fosforilazione. Di recente, è stato scoperto che i recettori nucleari

possono essere fosforilati con un meccanismo mediato dagli steroidi stessi per

promuoverne l’attività (è ancora in discussione se questo processo abbia un ruolo

fisiologico o meno).

Dal 1990 si è scoperto che gli ormoni steroidei possono attivare delle vie di segnalazione

classiche; inizialmente questa teoria degli effetti rapidi o non genomici degli ormoni

steroidei non ha risc