Biochimica speciale - Appunti

SEGNALI SCATENATI DALL’INSULINA NEI DIVERSI TIPI DI CELLULE

Possiamo semplificare gli effetti intracellulari dell’insulina su tre direttrici:

Via IRS-MEDIATA, che porta all’attivazione di AKT (PKB), aPKC, PP1 ecc…

1) Via CAP-Cbl, che, insieme alla prima via (con AKT), porta alla traslocazione di

2) GLUT4 sulla membrana.

Attivazione delle MAPcinasi.

3)

Via IRS Mediata

L’insulina si lega al recettore, ne scatena l’autofosforilazione tramite la funzione tirosina-

chinasica contenuta nel dominio citosolico della subunità beta. Questo fosfo-tirosine a loro

volta determinano l’attivazione di alcuni tipi di proteine.

Innanzitutto determinano la fosforilazione di una serie di substrati del recettore per

l’insulina (IRS = insuline receptore substrate), cioè sono i substrati dell’azione tirosina-

chinasica del recettore per l’insulina. Oltre a questi IRS, di cui ve ne sono 4, ci sono anche

altri tipi di proteine che possono essere fosforilate dal recettore per l’insulina. Dunque il

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recettore per l’insulina fa due cose: fosforila le proprie tirosine e fosforila le tirosine presenti

sugli IRS (il più importante è l’IRS1).

Una volta che il recettore è stato fosforilato in tirosina, la fosfotirosina viene riconosciuta

da un dominio particolare collocato anch’esso su IRS1 che si chiama PTB. Il PTB è un

dominio che si lega alla tirosina fosforilata del recettore, consentendo alla tirosina-chinasi di

fosforilare ulteriormente delle tirosine presenti su IRS1. A questo punto alcune tirosine

fosforilate su IRS1 sono riconosciute da un dominio SH2, che è presente sulla subunità

p85 della PI3K. Una volta che la subunità p 85, che contiene SH2 ha interagito con la

tirosina fosforilata su IRS1, attiva la seconda subunità della PI3K, che è la p110. Questo

eterodimero della PI3K, una volta riconosciuta la fosfotirosina su IRS1, si attiva.

La PI3K possiede un terzo dominio importante nella segalazione. Uno è il PTB (quello che

riconosce la fosfotirosina sul recettore per l’insulina), l’altro è il dominio SH2 e il terzo è il

dominio PH. Il dominio PH deriva da Pleckstrin Homology. La plecstrina è una proteina

presente nelle piastrine. Questo dominio si trova su diversi tipi di proteine e la sua

caratteristica è di consentire alle proteine che contengono questo dominio di andare a

legarsi sulla membrana plasmatica interagendo con i fosfoinositidi, in particolare con il

fosfatidil inositolo bisfosfato (PIP2), che è il precursore di IP3 e del DAG. Anche IRS1 ha

un dominio PH. Esso infatti, una volta legato al recettore, si lega anche alla

plasmamembrana, interagendo sempre con del PIP2.

È fondamentale che PI3K interagisca con i fosfoinositidi, perché sono suoi substrati. Lei

fosforila ulteriormente in posizione 3 il PIP2 trasformandolo in PIP3.

La PI3K a sua volta determina l’attivazione di un’altra proteina, la PDK (di cui ce ne sono 2

tipi), che è una chinasi dipendente dai fosfoinositidi, cioè anch’essa ha un dominio PH che

le consente di interagire come i fosfoinositidi.

La PDK a sua volta fosforila un’altra chinasi detta PKB o AKT. Quest’ultima è un punto

fondamentale dell’azione dell’insulina sotto diversi aspetti. La sua attivazione determina vari

effetti che conosciamo essere propri dell’insulina: stimolare il trasporto del glucosio,

stimolare la sintesi del glicogeno, stimolare la sintesi proteica (che rientra anche nell’effetto

mitogenico), inibire la lipolisi e inibire la gluconeogenesi a livello epatico.

Tornando indietro, un processo fondamentale delle IRS è quello di attivare la PI3K che col

meccanismo prima descritto va ad attivare AKT. La wortmannina è uno degli importanti

inibitori della PI3K se ad un evento metabolico viene somministrata wortmannina e viene

inibito, sicuramente è mediato dalla PI3K.

Un effetto importante dell’AKT è quello di indurre la traslocazione delle vescicole

contenenti GLUT4 dall’interno della cellula sulla membrana, quindi l’effetto del trasporto del

glucosio da parte dell’insulina è mediato almeno in parte da AKT.

Via di CAP-CBL

Un altro determinante del trasporto del glucosio è una seconda serie di eventi in cui

apparentemente non è coinvolto un substrato del recettore per l’insulina, ma la

fosforilazione in tirosina del recettore insulinico determina il reclutamento di una serie di

proteine (CAP, CBL…) che a loro volta reclutano altre proteine. Tutto ciò stimola il

trasporto di GLUT4 dall’interno della cellula sulla membrana.

Dunque, il trasporto del glucosio è mediato da almeno 2 diverse vie attivate dall’insulina.

La PI3K attiva anche delle protein-chinasi c atipiche (aPKC, in cui “a” significa atipiche),

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che sono regolate in maniera diversa dalle classiche PKC (la alfa, la beta, la delta…).

Queste aPKC vanno ad attivare la fosfo-proteina-fosfatasi-1 (PP1), la cui attività l’abbiamo

incontrata in varie tappe del metabolismo, in cui l’insulina induce una defosforilazione di

proteine mediata da PP1.

L’insulina è un ormone che attiva sia delle chinasi sia delle fosfatasi.

Tra le aPKC, due di loro sono importanti nel diabete: le aPKC lambda e la aPKC zeta.

Un altro effetto della aPKC è quello di fosforilare l’enzima glicogeno-sintasi-chinasi di tipo 3

rendendola inattiva. La glicogeno sintasi- cinasi 3 rendeva inattiva la glicogeno sintasi,

quindi in definitiva, PKC inibisce u enzima che inattivava la sintesi di glicogeno, quindi

aumenta il glicogeno.

[ Ripetendo : l’insulina tramite l’IRS1, la PI3K e AKT attiva il trasporto di glucoso, però esiste

un’altra via, indipendente da IRS1, che è attivata direttamente dal recettore per l’insulina,

tramite sempre il riconoscimento di tirosine fosforilate sul recettore. Poi la PI3K attiva anche

delle protein chinasi c atipiche come la lambda e la zeta, che da un lato attivano la PP1,

quindi favoriscono la fosforilazione di vari enzimi coinvolti nel metabolismo cellulare, e in

parallelo vanno a inibire la glicogeno sintasi chinasi 3. Qui vi è uno schema che spiega

le modalità con cui avviene l’attivazione di quest’ultimo enzima. Si immagina che la

PKB(AKT)
 induca direttamente la forforilazione della sintasi chinasi 3, in realtà lo fa tramite

delle protein cinasi c].

L’insulina aumenta la sintesi di glicogeno attraverso due meccanismi:

Determina la fosforilazione della glicogeno sintasi chinasi, che quando è fosforilata

1) diventa inattiva. Quindi il primo effetto è di inibire la demolizione di glicogeno

mediante la glicogeno sintasi chinasi e aumentare la quantità di glicogeno sintasi

chinasi inattiva. Il compito della glicogeno sintasi chinasi è quello di fosorilare la

glicogeno sintasi, che nella forma fosforilata era inattiva. Quindi il concetto è che

tramite PKB, attivata da PDK-1, vengono attivate delle aPKC con le quali inattiviamo

l’enzima che a sua volta avrebbe inattivato la glicogeno sintasi. Questo è un primo

modo con cui viene inibita la demolizione di glicogeno e quindi in parallelo viene

favorita la sintesi.

Sempre tramite PKB(AKT) l’insulina, attraverso un’altra via, va ad attivare PP1. Il

2) ruolo di PP1 è di defosforilare la glicogeno sintasi, rendendola attiva e

determinando un’aumentata sintesi del glicogeno.

Un altro effetto della PKB è quello di attivare la proteina FOXO1, che quando viene

fosforilata da PKB viene rapidamente riconosciuta e ubiquitinata, quindi poi è sottoposta a

degradazione da parte di proteosomi. In assenza di insulina invece FOXO1 va a legarsi a

dei promotori che favoriscono la sintesi per esempio di ormoni preposti alla

gluconeogenesi, come la fosfoenolpiruvato-carbossicinasi e la glucoso-6-fosfatasi (in

particolare nel fegato)  effetto anti-gluconeogenico nel fegato proprio perché inattiva questa

importante proteina che fa da attivatore degli enzimi della gluconeogenesi.

Abbiamo visto come l’insulina favorisce la sintesi del glicogeno sia nel muscolo sia nel

fegato e come invece blocca la gluconeogenesi.

AKT ha un’importante funzione di stimolo della sintesi proteica perché attiva la chinasi

p70 detta anche S6K. S6-chinasi è molto importante nell’attivazione della sintesi proteica.

(non è necessario sapere i passaggi intermedi)

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Una terza via importante di segnalazione dell’insulina, sempre mediata da IRS1, è

l’attivazione della cascata delle MAPcinasi.

Down-regolazione del Recettore

L’insulina (emivita di pochi minuti), dopo che si è legata al recettore, può essere o

degradata nel circolo sanguigno, soprattutto ad opera del fegato, oppure può essere

internalizzata. I domini citosolici del recettore per l’insulina sono 3: dominio

iuxtramembrana, dominio tirosina-chinasi, dominio ricco di serine e treonine.

Il dominio iuxtramembrana è importante perché indirettamente interagisce con la clatrina,

quindi consente l’internalizzazione del recettore. L’insulina lega al recettore, determina la

serie di eventi prima descritti, poi favorisce l’internalizzazione del complesso insulina-

recettore. Una volta internalizzato, il recettore si separa dall’insulina, l’insulina viene

degradata dagli stessi tipi di enzimi che lavorano nel fegato (vengono rotti i ponti disolfuro

e viene idrolizzata nei singoli amminoacidi). Il recettore può o tornare sulla membrana o

può essere ulteriormente demolito. Più alta è la quantità di insulina e più prolungata è la

sua persistenza in circolo, tanto più facile è la probabilità che il recettore venga degradato 

down-regolazione (riduzione della capacità della cellula di rispondere a ulteriori

somministrazioni di insulina).

Abbiamo anche altri meccanismi di stop dell’insulina, che sono alla base della insulino-

resistenza caratteristica del diabete di tipo 2. Vi è una serie di chinasi, come la PKC di tipo

classico (alfa,beta, delta..), la AKT stessa, alcune MAPcinasi che sono in grado di

fosforilare alcune serine precenti nell’ultimo tratto del dominio citosolico del recettore per

l’insulina. Queste chinasi possono anche fosforilare delle serine presenti sulle IRS.

Quando si fosforila in serina anziché in tirosina il recettore, l’attività del recettore viene

inibita (viene bloccata la trasmissione del segnale). Lo stesso vale quando si fosforilano in

serina le IRS. Quindi il concetto è che l’insulina promuove l’attivazione di una serie di eventi,

tra cui il reclutamento di AKT, la quale, insieme ad altre chinasi attivate dall’insulina stess