Cell signaling

CELL SÌGNALLING

Tutto ciò che avviene per produrre un segnale, farlo circolare e raggiungere le cellule bersaglio (=target cell), le quali devono attuare una risposta.

Segnali diversi: apoptosi, survive, proliferate

I segnali extracellulari sono classificati in base alla distanza in:

• Autocrini: la segnalazione autòcrina è caratterizzata da cellule che agiscono contemporaneamente da segnale e da bersaglio; è un'autostimolazione, perché le cellule rispondono a sostanze che esse stesse hanno liberato > accade anche nelle cellule tumorali.
• Paracrini: nella segnalazione parácrina la cellula bersaglio si trova in prossimità della cellula segnale e la sostanza che funge da segnale agisce sul gruppo di cellule bersaglio adiacenti.
• Endocrini: nella segnalazione endòcrina le cellule di organi endocrini rilasciano ormoni, cioè sostanze segnale che raggiungono ogni distretto del corpo tramite la circolazione sanguigna e si

ligando è la molecola utilizzata per lo scambio di informazione, prodotto dalla cellula segnale per legandosi al recettore specifico della membrana plasmatica (proteina integrale di membrana) della cellula bersaglio. Questa è un'interazione altamente specifica. A questo punto, percepito il segnale, avviene la trasduzione intracellulare del segnale (passaggio dall'esterno all'interno della cellula bersaglio, fino al nucleo). Può avvenire in due modi: - il recettore cambia temporaneamente la sua conformazione (anche nel lato citosolico) a causa dell'interazione con il ligando, richiamando fattori di trascrizione che vengono a loro volta eccitati a cascata, giungendo fino ai pori nucleari che, entrando nel nucleo, modificano la trascrizione genica. - il recettore modifica la sua conformazione, richiamando l'effettore che induce le

modificazioni a cascata.eventi a cascata,Tipicamente avvengono quindi prodotti da un effettore o dal recettore stesso.Il ligando può essere formato da:

• proteine e peptidi: molto abbondanti
• singoli amminoacidi (es: glutammato nel sistema nervoso)
• singoli nucleotidi
• steroidi (derivanti del colesterolo) come testosterone ed estrogeni
• derivati degli acidi grassi (come gli eicosanòidi derivanti dall'acido arachidonico, scambiati nella regolazione della pressionesanguigna, del dolore, della coagulazione del sangue)
• gas disciolti (senza carica e piccoli, diffondono velocemente nel medesimo tessuto): il monossido di carbonio CO e ilmonossido di azoto NO (protossido di azoto)

1. Recettori

Le molecole segnale possono quindi essere di due nature chimiche:

• recettoriidrosolubili: neurotrasmettitori e mediatori chimici locali, oltre che la maggior parte degli ormoni > si legano atransmembrana (o di superficie) in inglese Cell Surface Perception.
• liposolubili: ormoni

gli steroidei e tiroidei, derivanti degli acidi grassi, superano il doppio strato di fosfolipidi e si legano ai recettori intracellulari, noti come Intracellular Perception. Questi recettori legano ioni che vengono introdotti nella cellula attraverso il recettore stesso, il quale si modifica per permetterne l'entrata. Per questo motivo, sono definiti recettori ionotropici. Al contrario, i recettori metabotropici, noti anche come recettori legati a proteine G (GPCR G Protein Coupled Receptors), non sono canali ionici ma attuano un metabolismo per trasdurre il segnale. Esistono due tipi di recettori metabotropici: quelli legati a proteine G e quelli con attività enzimatica intrinseca. I recettori legati a proteine G sono chiamati anche "recettori transmembrana" perché sono costituiti da una proteina che contiene 7 eliche transmembrana, oltre a una porzione extracellulare che interagisce con il ligando e una citosolica che trasduce il segnale, trasferendolo all'interno della cellula. Quando il ligando interagisce con questi recettori, si attivano una serie di passaggi intracellulari.

La porzione extracellulare, il segnale viene trasdotto mediante un cambiamento conformazionale del recettore, in proteina estrinseca G trimèrica particolare nella sua porzione citosolica. Vicino al recettore, nella parte citosolica, si trova la (3subunità: alfa legata a un GDP, beta e gamma). L'interazione recettore-proteina G produce due effetti:

1. la proteina ottiene energia, sostituendo GDP con GTP; subunità alfa amplifier
2. la si separa da beta e gamma (le quali non sono necessarie) e interagisce con un'altra proteina, detta secondi messaggeri* (amplificatore), il quale inizia a trasdurre il segnale producendo piccole molecole (detti messaggeri).

L'interazione termina quando la subunità alfa ha consumato l'energia del GTP e il sistema torna al punto di partenza. Le arrestine sono piccole sequenze proteiche che si legano ai GPCR e competono con le proteine G trimeriche (per evitare un'eccessiva iperstimolazione della cellula). Alcune tossine

batteriche inibiscono il normale shutt-off delle proteine G: l’attività GTPasica viene bloccata risultando in unapersistente attivazione delle vie a valle, per esempio dell’adenilato ciclasi.
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La tossina colèrica, all'interno delle cellule intestinali, blocca la proteina alfa legata all'amplificatore, generandoun'iperstimolazione > squilibrio degli elettroliti nel plasma, forte diarrea. Come conseguenza ha anche l'aumento dei livelli dicAMP e la secrezione di grandi quantità di fluido nell'intestino. Questa perdita d'acqua può portare alla morte per disidratazione.
Il primo recettore di questo tipo ad essere studiato fu la proteina integrale di membrana detta rodopsina: si trova nei coni e neibastoncelli all'interno della retina. Una malattia genetica detta retinite pigmentòsa che colpisce la rodopsina presente nellaretina, danneggiandola irreparabilmente > la vista si concentra solo

al centro del campo visivo e per questo la conseguenza viene spesso detta "vista a cannocchiale".

secondi messaggeri* I prodotti dagli amplifier appartengono a 3 famiglie diverse:

• molecole idrofobiche: l'amplifier fosfolipasi C gamma (PLCgamma), partendo da un fosfolipide di membrana detto fosfotidilinositolo (presente sul lato citosolico della membrana plasmatica), produce:
  • diacilglicerolo (DAG)
  • PKC proteina: lipide (quindi liposolubile) che rimane in membrana e attiva la proteina estrinseca chinasi C (la quale a sua volta fosforila altre proteine bersaglio)
  • IP3 inositolotrifosfato: Ca2+ (molto solubile che diffonde fino al SER, dove induce l'irruzione del Ca2+ nel citosol: questo ione è il vero responsabile della trasduzione del segnale perché prima nel citosol non era presente in grandi quantità)
• molecole idrofile (cAMP, cGMP): il citosol è un ambiente acquoso, quindi la diffusione è rapida. cAMP è l'amplifier adenilatociclasi

partendo dall'ATP, produce staccando• due fosfati e formando un legame tra il fosfato e il gruppo -OH legato alproteina chinasi A (PKA),carbonio 3’ del pentoso. cAMP diffonde e si lega aenzima che, attivato, catalizza la fosforilazione (=l'attacco di gruppi fosfato)di proteine bersaglio, che a volte sono fattori di trascrizione. La proteinafosforilata cambia la sua conformazione nello spazio. Se la proteinabersaglio è un fattore di trascrizione, espone così le sequenze dilocalizzazione nucleare, che permettono l'apertura del poro nucleare e lasua entrata nel nucleo: può così avvenire l'inibizione o l'induzione dellatrascrizione di alcuni geni, modificando l'espressione genica della cellula.Nel caso in cui la proteina bersaglio non sia un fattore di trascrizione, puòessere una proteina che agisce in una via metabolica. Nel citosol sonofosfatasi,abitualmente presenti le proteine che hanno il compito di

eliminare il fosfato legato a proteine citosoliche. Nel citosol sono anche presenti le cAMP fosfodiesterasi, proteine che degradano il cAMP, disattivando progressivamente la PKA e terminando la fosforilazione.

Esempio: Al calo della glicemia, il glucagone (prodotto dal pancreas) è un ormone che, giunto agli epatociti, funge da ligando per un recettore accoppiato a proteina G: l'amplifier adenilatociclasi produce cAMP, attivando PKA che fosforila le proteine. In questo modo esse perdono la loro capacità di indurre l'accumulo di glicogeno. La glicogenosintetasi, che fosforila a sua volta la PKA attivata, porta alla mobilizzazione del glucosio degradando il glicogeno accumulato.

- molecole gassose NO e CO e perché diffondono rapidamente e attraversano facilmente la membrana plasmatica (giungendo alle cellule vicine: sono anche messaggeri intracellulari).

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Recettori accoppiati

ad enzimi attività enzimatica intrinseca”. I sono anche detti “ad Interagendo con il ligando, i recettori stessi cambiano la loro conformazione. tirosin-chinasi, I più conosciuti sono le ovvero i recettori “adattività tirosin chinasica”: aggiungono gruppi fosfato a livello dell'amminoacido tirosina della propria sequenza amminoacidica (attuando autofosforilazione) e di proteine bersaglio. Molti recettori di questo tipo stimolano una catena di eventi che culmina con l'induzione della proliferazione o della specializzazione della cellula. Spesso sono formati da una singola catena polipeptidica con un unico segmento transmembrana e hanno molti domini distinti. Nella porzione extracellulare è presente il dominio di legame per il ligando, mentre nel versante citosolico il recettore forma la tirosina chinasi e una coda citosolica. La trasduzione del segnale inizia quando viene legato il ligando: a dimerizzazione del recettore a questo punto

avviene la (omodimero), ovvero un'associazione di due recettori tramite un meccanismo che crea un ponte fisico. A questo punto, la tirosina chinasi di ciascun recettore fosforila le tirosine del recettore vicino: questo processo è autofosforilazione. Il recettore fosforilato recluta un certo numero di proteine citosoliche, ciascuna delle quali si lega a una regione (dominio) diversa di esso. Ciò, a sua volta, porta all'attivazione di diverse vie di trasduzione del segnale. Tra queste ci sono la via che ha come secondi messaggeri la cascata proteina Ras-inositolo-fosfolipide-calcio e la via della proliferazione cellulare. Quest'ultima è importante nella regolazione della proliferazione cellulare; appartiene a una super famiglia di oltre un centinaio di piccole proteine G: è infatti una piccola GTPasi (simile alle proteine G trimeriche). Le proteine citosoliche richiamate sono di 4 tipi: - proteine