Chimica farmaceutica - recettori seconda parte

Recettori accoppiati a proteina G

Questa è la famiglia più numerosa di recettori ed il bersaglio della maggior parte dei farmaci utilizzati a scopi terapeutici. La caratteristica di questi recettori è di trasdurre il segnale generato dal legame con il mediatore attivando una proteina G. Le proteine G rappresentano una famiglia di molecole proteiche eterotrimeriche e derivano il loro nome dalla capacità di legare il GTP e di possedere un'attività GTPasica intrinseca. Le tre subunità che costituiscono ciascuna proteina G (α, β, γ) vengono chiamate ma è solo la subunità α che è capace di legare ed idrolizzare il GTP e quindi è maggiormente caratterizzante.

Quando uno di questi recettori viene attivato dal suo agonista, esso subisce una modificazione conformazionale grazie alla quale riesce ad attivare una specifica proteina G che, a sua volta, incorpora una molecola di GTP presente nel citoplasma; il legame

con il GTP provoca la α.dissociazione delle tre subunità e l'attivazione della subunità Quest'ultima rimane attiva finché non riesce ad idrolizzare il GTP in GDP grazie alla sua attività GTPasica intrinseca. Durante il periodo di attivazione, la subunità modula l'attività di effettori enzimatici (ad es. adenilato ciclasi ele fosfolipasi) ed alcuni canali ionici. Ogni proteina G attiva in modo specifico uno solo di dettieffettori. L'attivazione della adenilato ciclasi e delle fosfolipasi induce (o inibisce) la sintesi di secondi messaggeri (come cAMP, IP3, diacilglicerolo) che attivano una serie di reazioni enzimatiche a cascata che sono responsabili dell'effetto biologico indotto dall'attivazione recettoriale (Fig. 2). Una singola molecola dell'agonista, legandosi con un recettore accoppiato a proteine G, può portare alla produzione di molte molecole di secondi messaggeri ciascuna delle quali.

Può attivare numerose altre molecole enzimatiche in una cascata che sempre più si amplifica. Una conseguenza di questa cascata amplificatrice di eventi biochimici è che la durata degli effetti indotti dall'attivazione di questa classe di recettori può essere anche dell'ordine di minuti; essa dipende non solo dalla durata dell'interazione farmaco-recettore, ma soprattutto dalla efficienza di meccanismi cellulari specifici preposti alla riduzione della concentrazione del secondo messaggero e alla abolizione delle modificazioni da esso indotte dopo la sua liberazione. Per queste caratteristiche i recettori associati a proteina G vengono detti metabotropi, così da distinguere funzionalmente da quelli canale a rapida risposta, detti ionotropi.

4a) Rappresentazione schematica a) Struttura tridimensionale

Fig 2. Recettore accoppiato a proteina G. In b) gli "Y Y" nella parte N terminale indicano siti di glicosilazione, mentre i tondini pieni

(●) indicano siti di fosforilazione. In a) i siti 1 2 sono recettori per l'ormone stimolante la tiroide (TSH) e il sito 3 per l'ormone luteinizzante (LH); possono essere sede di mutazioni e di patologie ereditarie. I recettori accoppiati a proteine G sono inclusi in un'unica superfamiglia genica in quanto hanno una organizzazione molecolare comune: essi sono monomerici, cioè formati da una singola catena polipeptidica che attraversa sette volte la membrana plasmatica in corrispondenza di altrettante regioni idrofobiche e che si organizza spazialmente nella membrana in modo da costituire una particella globulare. Il sito di legame per il neurotrasmettitore si trova nelle porzioni transmembranarie o extracellulari della sequenza aminoacidica. Il tratto di sequenza compresa tra la regione transmembrana 5 e 6 è rivolta verso il citoplasma ed è importante per il riconoscimento delle proteine G specifiche con cui ciascun recettore si accoppia; questo.Il sito è quindi responsabile dell'effetto dell'attivazione recettoriale. Dato il complesso meccanismo di trasduzione di questi recettori è chiaro che si potrà intervenire farmacologicamente sulla loro funzionalità a diversi livelli: sul sito di legame dell'agonista naturale, sull'attivazione della proteina G sulla produzione e distruzione del secondo messaggero, sulle modificazioni indotte dai secondi messaggeri. In realtà la maggior parte degli strumenti farmacologici a nostra disposizione è costituita da agonisti od antagonisti del ligando endogeno, dei quali si parlerà nei capitoli specifici della parte descrittiva. αGli effetti stimolanti o inibenti di agenti agonisti o antagonisti dipendono dal tipo di subunità presente all'interno della proteina G; si conoscono le seguenti varianti: Subunità Proteina G Attività ed effettore α 2+ Stimolazione della adenilciclasiStimolazione influsso di Ca_Gssα +Inibizione della adenilciclasi Stimolazione influsso di KG_iiα 2+Inibizione influsso di Ca_Gooα Stimolazione della fosfolipasi C_Gqq... ... .... 5Fig. 3 Processi biochimici più importanti attivati da recettori associati a proteina GChimica dei processi associati alla stimolazione dei recettori associati a proteina GCome illustrato in Fig. 3 il recettore a proteina G attivato da un agonista promuove la combinazione fra la proteina G e una molecola di OHGuanina guanosintrifostato (GTP) presente nel citosol. IN legami più deboli e quindi più reattivi nel GTP sono6N 71 quelli di natura anidridica fra i residui di acido9H N 32 N fosforico: l'energia che si libera dalla loro scissioneN Legameβ glucosidicoHO HO HO che avviene in un solo passaggio è compatibile con'HO O O O 5 O l'ambiente fisiologico (temperatura e inerzia versoP P P '1 ribosio' altri legami covalenti). Come si è

già ricordato3O O O H H sopra la formazione del complesso fra GTP eHO OH Proteina G è responsable dell'attivazione dellaesteremisto αsubunità che, rimanendo legata al GTP sianidridi inorg. β γdistacca dalle subunità e e permane nello statoGTP attivo modulando l'adenilatociclasi, la fosfolipasi Ce canali ionici. Questo stato attivato permane finché, per effetto dell'attività GTP-asica intrensecadella stessa subunità a dal GTP viene rimosso per idrolisi un residuo fosfato e trasformato inguanosindifosfato (GDP): il complesso proteina e GDP risultante non è più attivo e si riaccoppiaalle subunità b e g ripristinando le condizioni iniziali.

G-O-PO(OH)-O-PO(OH)-O-PO(OH)2 + H2O → G-O-PO(OH)-O-PO(OH)2 + H3PO4 6