Endocrinologia Granata parte 2

Lezione 6

I R accoppiati a proteine G son dei R con 7 domini transmembrana che, differentemente dai R

accoppiati alle tirosine-chinasi, attivano di solito un secondo messaggero, che generalmente è

l’adenilato ciclasi; c’è una proteina G che passa dalla forma inattiva alla forma attiva quando

il R si lega all’ormone, c’è poi uno scambio GDP GTP, quindi l’attivazione ulteriore della

forma GTP dell’enzima e in questo modo si forma il secondo messaggero (proteina G +

enzima dà origine a secondo messaggero), che può essere cAMP o diverso a seconda del

Recettori accoppiati a proteine G (GPCRs)

segnale che viene attivato.

7 domini transmembrana Il legame con il R attiva le proteine G (trimeriche) ad esso

l’enzima effettore

associate e (es. adenilato ciclasi) che

catalizza la sintesi del secondo messaggero (es. cAMP). Il

secondo messaggero innesca le reazioni cellulari, regola la

trascrizione di geni specifici e modifica l’attività di E e

proteine non enzimatiche.

I G protein-coupled R sono la famiglia più importante di R perché son codificati da molti

geni, sono riconosciuti da molti ormoni e sono anche bersaglio di molti farmaci. Sono anche

,

attivati da molte sostanze, che possono essere ormoni, peptidi, aminoacidi, ioni, molecole che

adrenalina somatostatin, GHRH)

traportano gli odori, gusto e fotoni, quindi diciamo che sono una miriade di sostanze e non

soltanto gli ormoni. Controllano l’attività di molti enzimi, hanno questo effetto sullo scambio

GDP-GTP su proteine G eterotrimeriche, le Galfa-betagamma. La subunità Galfa è la

subunità più importante associata all’ormone che induce la trasduzione del segnale. Ci sono

molte malattia che sono associate ai polimorfismi di questi R, quindi sono anche un bersaglio

G protein-coupled receptors

importante di numerosi farmaci, che sono in grado di modulare l’attività di questi R. Hanno

una struttura abbastanza simile, con 7

domini alfa elica che attraversano la

membrana, non hanno omologia di

sequenza e non sono filogeneticamente

correlati.

Questo è uno schema che permette di

vedere come sono fatti questi R, e

vedete la quantità di sostanze che

possono legarli, dalla luce al calcio, agli

odori, ai feromoni, alle piccole

molecole e proteine. C’è il solito

meccanismo di legame, l’attivazione del

GDP che diventa GTP, la subunità alfa

beta e gamma delle G protein,

G protein-coupled receptors l’effettore, come adenilato ciclasi, e poi

il messaggero intracellulare,

che può essere cAMP o

l’inositolo trifosfato. Questo è

un altro esempio di come sono

fatti i R, qua sono diverse le

subunità alfa per esempio, e ci

può essere l’alfa inibitoria

(alfa I), che è quella che per

definizione inibisce le vie di

segnale che sono ad esempio

l’adenilato ciclasi e l’cAMP,

per cui anziché indurre la

Diversity of G-protein-coupled receptors (GPCRs). A wide variety of ligands, including biogenic amines, amino acids, ions, lipids, peptides and

G protein-coupled receptors

produzione di cAMP la inibisce, quindi ha effetti

prevalentemente di inibizione. L’alfa Q ha degli effetti

Rodopsina, agonisti adrenergici,

diversi sulla fosfolipasi C, sul diacilglicerolo, sul

catecolamine, adenosina, somatostatina.

calcio e sulla proteinchinasi C; l’alfa S invece ha un

effetto opposto infatti si chiama alfa stimolatoria, e

quindi induce la produzione di adenilato ciclasi e fa

aumentare i livelli di cAMP e normalmente stimola la

secrezione degli ormoni. Ce ne sono anche altre che

sono meno importanti, ma diciamo che l’alfa I e l’alfa

Glucagone, ormone paratiroideo, growth

S sono le più importanti. Ci sono le subunità Bgamma

hormone-releasing hormone (GHRH)

che hanno altri effetti, e il risultato finale è quello di

gonadotropin-releasing hormone (GnRH).

attivare a livello del nucleo delle risposte biologiche

che includono come sempre la proliferazione, il

differenziamento, lo sviluppo, la sopravvivenza,

l’angiogenesi, l’ipertrofia e il cancro. Ci sono diverse

++

Glutammato, Ca , acido -aminobutirrico

classi di GPCR, diverse famiglie, qua vedete la

famiglia 1, 2 e 3: la famiglia 1 è legata soprattutto

(GABA )

B .

dalla somatostatina, la famiglia 2 è legata dal GHRH

(stimola il rilascio del GH dall’ipofisi), e l’acido

gamma-aminobutirrico (GABA), un

dell’amplificazione del segnale

neurotrasmettitore, lega invece i R della famiglia 3. I GPCR sono abbastanza diversi dai R

Modello monomerico

tirosina-chinasi anche per la loro capacità di formare dimeri, ossia di unirsi con altri R e

trasmettere il segnale in modo sinergico

aiutandosi e avvalendosi della vicinanza di un

altro R sempre accoppiato a proteine G. Questo

è un modello monomerico, quindi il classico

modello di trasduzione/attivazione del segnale,

ossia c’è un ormone che lega il GPCR, quindi

Un agonista attiva un singolo R e

c’è il legame con la proteina G, l’attivazione e la

l’amplificazione del segnale avviene a

formazione dell’enzima, e quindi la risposta. Ci

livello della proteina G o dell’effettore.

possono essere dei meccanismi di

desensitivazione, ossia questi R possono essere

fosforilati da delle chinasi specifiche che sono in

*GRK: GPCR regulatory

kinases grado di fosforilare il R stesso, e questo è un

modo per bloccare/inibire il legame del R con

*arrestina l’ormone. Quando vengono fosforilati da queste

à

chinasi (GPCR regulatory kinases GRK)

possono essere anche riconosciuti da un’altra

*desensitizzazione

Modello oligomerico dell’amplificazione del segnale

molecola, che si chiama arrestina, che a sua

volta porta a questo meccanismo di inibizione

meccanismo per cui il L diventa meno efficace nell’attivare il R

Desensitizzazione: dell’attivazione del R, quindi blocca la trasmissione

durante l’esposizione prolungata (ad es. a un farmaco).

del segnale. questo è un altro esempio

dell’amplificazione del segnale (modello

oligomerico), vedete come un R lega il proprio

ormone, e ci possono essere dei R che si trovano

vicino al R che lega l’ormone, e che possono poi

amplificare il segnale attivando diverse proteine G,

quindi il segnale viene ulteriormente amplificato.

Anche qui ci sono i soliti meccanismi di arresto con

l’arrestina e le chinasi che fosforilano il recettore.

George SR Nat Rev Drug Discov 2002

game a un R attiva gli altri R vicini.

Poi ci sono degli altri meccanismi di transattivazione, due esempi sono la somatostatina e

l’acido gamma-aminobutirrico. Nel caso della somatostatina c’è n R che è capace di

ansattivazione dei GPCRs: amplificazione del segnale a livello recettoriale

riconoscere la somatostatina, con la conformazione giusta, ma che non è in grado di trasdurre

il segnale, e di fianco a questo ce n’è un

altro che invece non è in grado di

SSTR SSTR

B1 riconoscere la somatostatina (vedete che

B2 la conformazione è sbagliata rispetto al

Somatostatina peptide). Quando c’è la somatostatina il

GABA primo R è capace di riconoscerla ma

non trasduce il segnale, ma

accoppiandosi al secondo R è in grado

comunque di attivare la via segnale, per

cui la risposta avviene in ogni caso, e

questo è un meccanismo di facilitazione

nel caso in cui ci siano delle

Adenilato ciclasi modificazioni, qualche aberrazione o

qualche cosa di non funzionante nel R.

Adenilato ciclasi questo avviene per altri esempio, come

l’acido gamma-aminobutirrico, e questo

George SR Nat Rev Drug Discov 2002

meccanismo si chiama anche transattivazione. La somatostatina è un ormone che lega i GPCR

ue mutanti dei R per la somatostatina (SSTR1b) sono co-espressi; uno lega SS-14 e -28 ma non si

ed è conosciuta come somatotropin-release inhibiting factor (SRIF) perché essenzialmente

pia all’adenilato ciclasi, l’altro non lega la SS. Trattando con SS-14 e con SS-28 si ha l’accoppiamento

è un ormone che inibisce o la secrezione di ormoni o altre funzioni che vi farò vedere. Fa

adenilato ciclasi, indicando che il legame dell’agonista con il mutante che non trasmette il segnale porta

parte di ciclopeptidi che sono prodotti sia dal sistema endocrino, gastrointestinale, dal sistema

vazione dell’altro mutante che non lega l’agonista.

immunitario e nervoso, quindi SNC, ed è prodotta anche da molti tumori, soprattutto del tratto

attivazione. Nel caso di eteromeri (R con due isoforme) dei GPCRs, il legame di un agonista ad un

gastroenteropancreatico. C’è un precursore, come spesso succede per questi peptidi, che dà

ore nell’eteromero risulta nell’attivazione dell’altro.

origine a dei peptidi che sono biologicamente attivi, e quelli fisiologici che si trovano in

Nel caso del R per il GABA, (GABA -GABA ), la subunità B(1) non è in grado di legare la proteina G,

B(1) B(2)

natura sono la SST-14 (14 aa) e SST28 (28 aa). Oltre a queste due forme, nel cervello e nel

subunità non può legare il ligando. E’ necessaria quindi l’eteromerizzazione non solo per il legame ma

sistema immunitario ci sono dei peptidi che hanno delle caratteristiche strutturali e funzionali

e per la trasmissione del segnale, che avviene per transattivazione.

molto simili a quelle della somatostatina, ossia legano tutti i R della somatostatina, che però

hanno una struttura diversa (è un peptide diverso dalla somatostatina), e si chiamano

Cortistatina 14 e 17 (CST-14 e CST-17). La somatostatina lega 5 diverse forme di R (5

GPCR) e funziona come neuromodulatore e neurotrasmettitore, inibisce la secrezione di molti

ormoni e inibisce anche la proliferazione e la sopravvivenza delle cellule. Per quanto riguarda

la secrezione degli ormoni agisce sull’ormone della crescita, l’insulina (tra l’altro nel

pancreas la somatostatina viene prodotta dalle cellule beta delle isole di Langerhans) e poi

inibisce altri ormoni e per questo motivo viene utilizzata nelle patologie che hanno

un’ipersecrezione di ormoni. Nel tratto gastrointestinale, caratterizzato dalla produzione di

Somatostatina

diversi ormoni, gli analoghi della somatostatina possono essere usati nei tumori per bloccare

l’ipersecrezione di questi; agisce anche sulla secrezione esocrina (quindi non inibisce solo la

secrezione endocrina), per esempio sugli enzimi pancreatici, il fluido intestinale e gli acidi

gastrici. Questa è

la struttura della

somatostatina 14 e

28: vedete che la

28 è come la 14,

la struttura è

identica, ma con

l’aggiunta di altri

Somatostatina 14 aa.

Questo è uno schema sugli effetti degli ormoni a livello

Pancreas adulto: SST-14 > SST-28

dell’ipofisi, ossia gli effetti della somatostatina e del GHRH,

che sono gli ormoni che regolano la secrezione del GH a

livello dell’ipofisi e sono prodotti dall’ipotalamo. La sst

prodotta dall’ipotalamo agisce sulle cellule somatotrope, cioè

Pituitary growth-hormone (GH) production by somatotrophs is controlled by several factors . GH-releasing hormone

sulle cellule che rilasciano GH a livello dell’ipofisi, inibendo il rilascio dell’ormone della

Somatostatina

crescita (GH), mentre il GHRH stimola il rilascio del GH, quindi hanno degli effetti opposti e

regolano in questo modo la secrezione del GH. Il GH a sua volta agisce sul fegato legandosi

ai suoi R specifici e stimolando in questo modo la produzione di Igf-1, che a sua volta può

la sua capacità di inibire la secrezione, la SST è studiata per il trattamento di patologie come il

fare feedback negativo, ovvero va a bloccare la secrezione del GH agendo come stimolo

ete 1 e 2, i tumori ipersecernenti (tumori neuroendocrini, adenoma ipofisario GH-secernente,

negativo su quest’ultima a livello centrale. La sst è un ormone che inibisce sia la secrezione

rinoma, VIPoma*, insulinoma), i disordini gastrointestinali (ulcera gastrica emorragica,

degli ormoni sia la proliferazione delle cellule, per cui è stata molto studiata in molte

creatite). patologie come il diabete di tipo I e II, nei tumori ipersecernenti sia a livello

ausa della sua breve emivita (<3 min per SST-14) sono stati sintetizzati composti analoghi

gatroenteropancreatico che a livello centrale, in particolare i tumori di origine endocrina come

abolicamente più stabili.

l’adenoma ipofisario GH secernente (con eccesso di produzione di GH), nei disordini

l’Octreotide,

questi un ciclo-octapeptide che inibisce la secrezione di molti ormoni, usato nel

gastrointestinali perché ha effetti positivi sull’ulcera gastroemorragica e anche sulla

amento dell’acromegalia, dei tumori neuroendocrini, nelle complicanze della chirurgia

pancreatite perché ha delle azioni antinfiammatorie. Il problema di questo ormone è che la

creatica e nella diarrea conseguente al trattamento con chemioterapici.

sua emivita non è più lunga di 3 minuti, per cui se si somministra come farmaco viene

distrutta molto rapidamente, quindi bisogna avere degli analoghi più stabili, quindi sintetizzati

reotide è un altro analogo di SST.

dal punto di vista chimico in modo che non vengano degradati. Per questo sono stati studiati

ambi questi peptidi hanno maggiore affinità per il recettore della SST di tipo 2 (SSTR-2).

diversi analoghi, fra questi uno dei più importanti è l’Octreotide (figura), che è un

octapeptide con una forma

ciclica che può essere utilizzato

in terapia e nel trattamento

dell’acromegalia (ovvero una

patologia dove si ha

un’ipersecrezione del GH per cui

i pazienti sono molto alti e hanno

arti molto sviluppati), poi dei

tumori endocrini, delle

complicanze della chirurgia

pancreatica e nella diarrea conseguente al trattamento con chemioterapici. Un altro farmaco

Poma è una rara neoplasia endocrina del pancreas a carico delle cellule D1, secernenti peptide intestinale

attivo (VIP). che è stato sintetizzato ed è utilizzato nella terapia di diverse patologie è il Lanreotide, che è

un altro analogo della somatostatina. Entrambi questi peptidi (lanreotide e octreotide) hanno

una maggiore affinità per il R di tipo 2 della sst, e il R di tipo 2 è quello più espresso anche

nei tumori, quindi si cerca in qualche modo di produrre degli analoghi che possano avere

un’affinità per il R che ovviamente deve essere espresso in quella patologia, e sono studiati

per avere una maggiore specificità. I R per la sst sono 5 abbiamo detto prima, sono R legati a

Recettori della somatostatina

proteine G, e possono essere sensibili o insensibili alla proteina della pertosse, questo vale per

le proteine G inibitorie che sono sensibili alla pertosse e non per le G stimolatorie. Ci può

ettori della somatostatina

essere una certa omologia nelle diverse classi di R, ci sono due classi prevalenti che sono la

componente SRIF1 e SRIF2. La SRIF1 comprende la 2, la 3 e la 5, mentre la SRIF2

comprende la 1 e la 4, diciamo che la 2, la 3 e la 5 sono quelle più rappresentate nelle diverse

patologie. I geni che codificano per i R della sst sono normalmente senza introni, tranne per il

R di tipo 2 che invece ha una variante

di splicing 2A e 2B nel ratto, nel topo

e nell’uomo. La sst naturale, cioè la 14

e la 28, lega tutti i R con uguale

affinità perché è la forma naturale

quindi