Lezioni, Fisiologia generale (cellulare)

VIA DEI SECONDI MESSAGGERI

cAMP: via dell’adenosin-monofosfato ciclico

- IP3 e DAG: via dei messaggeri inositidici

- cGMP: via del guanosin-monofosfato ciclico (GMPc)

- Ioni Ca

-

Una volta avvenuti i legami del recettore-ligando, per il recettore a 7 segmenti transmembrana si

attiva quella che è la via dei secondi messaggeri. Prima dei secondi messaggeri abbiamo

l’intermediario, che è la proteina G, e gli enzimi amplificatori; i secondi messaggeri che noi

andiamo ad utilizzare nella via di trasduzione del segnale delle proteine G, dei recettori a 7

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segmenti transmembrana sono essenzialmente l’AMPc, l’IP3 e il DAG e gli ioni calcio, mentre il

cGMP è un secondo messaggero collegato soprattutto al recettore ad un segmento transmembrana

ad attività enzimatica, ad attività guanilciclasica.

VIA DELL’ADENILATO CICLASI-cAMP

La via di trasduzione del segnale che coinvolge l’adenilato ciclasi parte quindi dalla nostra

proteina recettoriale a 7 segmenti transmembrana che agisce con la proteina G e che attiva

l’adenilato cilcasi, l’adenilato cilcasi fa in modo da formare l’AMPc ciclico che poi attiverà la

protein chinasi A che andrà a fosforilare alcune proteine che allora volta andranno a fosforilare altre

proteine e quindi si avrà la cascata fosforilativa e l’amplificazione. Quindi per una sola molecola

segnale che è arrivata dall’esterno alla fine abbiamo numerosissime proteine segnalatrici attivate

all’interno della cellula .

L’AMPc viene formato attraverso l’enzima dell’adenilciclasi a partire dall’ATP.

E’ importante focalizzarsi su due enzimi: l’adenilato ciclasi e l’AMPc-fosfodiesterasi. L’adenilato

ciclasi è l’enzima che trasforma l’ATP in AMP ciclico, ovviamente rilascia 2 molecole fosfato.

L’AMP fosfodiesterasi invece trasforma l’AMP ciclico in AMP quindi mira a togliere la

ciclizzazzione dell’AMPc. L’azione dell’AMPc ,come tutti i secondi messaggeri, deve essere

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transiente perché il secondo messaggero deve dare la segnalazione, deve dare il messaggio ma dopo

deve scomparire dalla cellula e quindi l’azione deve essere un’azione fasica, una volta arrivata la

segnalazione, nel giro di 5 -10 secondi, si può avere un aumento dell’AMP ciclico di 5 -10 volte

all’interno della cellula e dopodiché c’è una rapida degradazione, quindi immediatamente viene

anche degradato. Quindi in 5- 10 secondi aumenta dopodiché va a diminuire. Il caffè o il the

contengono delle sostanze che bloccano l’AMP fosfodiesterasi, per cui mantiene l’AMP ciclico

nella cellula, quindi vengono mantenute le vie di segnalazione tradotte dall’AMPc .Quindi le azioni

dell’ AMPciclico vengono mantenute dalla caffeina o dalla teofillina presenti nel caffè e nel the

perché agiscono bloccando la fosfodiesterasi e quindi bloccano la degradazione dell’AMP ciclico .

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L’adenilato cilcasi è il primo enzima che a trasformare l’ATP a AMP ciclico e nel sito intraceullare

contiene sia il punto di legame dell’ATP che poi dovrà, attraverso la sua azione catalitica,

trasformare in AMP ciclico. All’adenilciclasi si deve legare la proteina G attivata dal recettore a 7

segmenti transmembrana e quindi ci sono dei tipi in cui si può legare sia la subunità alfa di una

proteina G stimolatoria o la subunità alfa di una proteina G inibitoria. Quindi ci possono essere sia

proteine G che vanno ad attivare l’adenilato ciclasi , sia proteine G che me la vanno ad inibire e

quindi a non far formare l’AMPciclico. Quindi nel momento in cui il nostro ligando si lega al

recettore, il legame del ligando al recettore ci va ad attivare la proteina G e una volta che si ha lo

scambio GDP-GTP si ha il legame con l’adenilciclasi che è sempre collegata alla membrana

plasmatica. Questo vi trasformerà l’ATP in AMP ciclico e il GTP sarà trasformato in GDP con

l’attività GTPasica.

Un modo di regolare questa via è la disponibilità dei nucleotidi guanilici, GDP o GTP. Ovviamente

se si diminuisce la disponibilità di GTP all’interno della cellula si va a modulare la via di

regolazione. In alternativa si può ritardare o velocizzare l’attività GTPasica della proteina G

attraverso le proteine RGS che sono appunto delle proteine regolatorie delle vie di segnalazione

della proteina G. Quindi si può regolare a monte la via che coinvolge l’AMP ciclico andando a

regolare il tempo in cui queste proteine G riescono ad idrolizzare l’ATP oppure andando a regolare

il numero di nucleotidi, la quantità di nucleotidi GTP-GDP presenti nella cellula. Quindi, questa è

una regolazione a monte della via di trascrizione del segnale dell’AMP ciclico. La si può regolare

poi attraverso, come abbiamo detto prima, 2 tipi di proteine G, cioè ci sono le proteine G che

vanno a stimolare l’adenilato ciclasi o le proteine G che invece vanno ad inibire l’adenilato ciclasi,

quindi ancora una regolazione a monte, si può regolare la quantità dell’AMP ciclico a secondo delle

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proteine G inibitorie o stimolatorie. Queste sono solo degli esempi di risposte che all’interno delle

cellule sono mediate dall’AMPciclico.

Un esempio di messaggero extracellulare che agisce tramite la via dell’AMPc è la vasopressina,

come anche il glucagone. La vasopressina è l’ormone antidiuretico, l’ADH che a livello del rene

determina il riassorbimento di acqua. La vasopressina regola l’AQP attraverso una via di

trasduzione del segnale che coinvolge l’AMPc. Nella seguente tabella è importante notare che

l’AMPc ci dà la lipolisi del tessuto adiposo, quindi in teoria potrebbe essere un target per il

dimagrimento perché ci fa muovere i grassi dal tessuto adiposo. Tra gli ormoni che stimolano la

lipolisi ci sono l’adrenalina, il TSH, l’ACTH e il glucagone, sono 4 ormoni diversi che vanno tutti

quanti ad agire sulla stessa via, cioè , pur avendo ognuno il suo recettore,evocano la stessa risposta

tramite l’AMP ciclico. Quindi 4 recettori diversi con 4 ligandi diversi arrivano sulla stessa cellula e

attivano la stessa via di traduzione, AMP ciclico e attivazione della lipolisi nel tessuto adiposo.

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D’altra parte, l’adrenalina in tessuti diversi abbiamo già visto può avere funzioni diverse, perché se

nel tessuto adiposo l’adrenalina stimola la lipolisi, nel muscolo scheletrico stimola la demolizione

del glicogeno. In tutti i casi l’adrenalina è l’ormone della fuga, dobbiamo aver substrati per fuggire,

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prende gli acidi grassi dal tessuto adiposo e scinde il glicogeno per avere il glucosio come substrato

appunto per il tessuto muscolare, per la fuga. Però l’adrenalina che è uno stresso ormone, in 2

tessuti diversi va ad attivare vie di segnalazione diverse. Mentre prima abbiamo visto 4 tipi di

ormoni diversi che sullo stesso tessuto stimolano la stessa azione, cioè, la lipolisi, l’adrenalina

invece in due tessuti diversi stimola due vie di segnalazione diverse: in una stimola la lipolisi,

nell’altra, nel muscolo scheletrico, la demolizione del glicogeno. Quindi l’azione dell’ormone

dipende dal corredo enzimatico della cellula, in entrambi casi l’adrenalina va ad attivare una via di

trasduzione del segnale dell’AMP ciclico e da qui si attiva una cascata fosforilativa, ma dipende da

quali enzimi trova da fosforilare: in un caso, nel tessuto adiposo, troverà gli enzimi per la lipolisi,

nell’altro, nel muscolo scheletrico, troverà gli enzimi per la demolizione del glicogeno, quindi la

risposta dipende dal corredo enzimatico della cellula.

L’AMP ciclico è una delle via di trasduzione del segnale più presente nel nostro organismo,

presente in vari settori e che va ad attivare davvero numerose risposte. Quindi quando prendiamo il

caffè andiamo ad inibire la fosfodiesterasi, con l’adrenalina andiamo a demolire il glicogeno però,

ovviamente, a lungo andare il nostro sistema si stancherà e il caffè non avrà più effetto perché non

avrà più l’effetto che dovrebbe avere.

E’ molto compleassa la via attraverso cui l’AMPc va ad attivare la glicogenolisi. Il glicogeno viene

sintetizzato attraverso la glicogeno sintetasi che vi lega tante molecole di glucosio 1 fosfato insieme

e viene scisso attraverso la glicogeno fosforilasi. Questi 2 enzimi in genere sono regolati dalla

protein fosfatasi 1, la proteina fosfatasi 1 va ad attivare la glicogeno sintetasi, quindi che vi forma il

glicogeno, e va ad inibire la glicogeno fosforilasi che scinde il glicogeno. Quando arriva l’AMP

ciclico e va ad agire attivando la protein chinasi A, questa protein chinasi A va ad attivare una

proteina che inibisce la protein fosfatasi 1 e quindi se prima la proteina fosfatasi 1 era attiva e

attivava la glicogeno sintetasi ed inibiva la glicogeno fosforilasi, l’AMP ciclico che arriva va ad

inibire attraverso una proteina inibitrice la protein fosfatasi 1, per cui verrà attivata la glicogeno

fosforilasi e inibita la glicogeno sintetasi e quindi il glicogeno viene scisso in glucosio e il glucosio

è utilizzabile,ad esempio, dalla cellula muscolare scheletrica come substrato energetico per la

contrazione. La PKA attivata dall’AMP ciclico però contemporaneamente va ad inibire anch’essa

con un’azione diretta la glicogeno sintasi e dall’altra parte va anche ad attivare una fosforilasi

chinasi calcio-calmodulina dipendente che va ad attivare la glicogeno fosforilasi. Quindi questa

PKA ha tre azioni contemporaneamente: attiva la glicogeno fosforilasi attraverso una fosforilasi

chinasi Ca-dipendente, inibisce la glicogeno sintetasi però contemporaneamente attraverso una

proteina inibitrice va ad inibire la proteina fosfatasi che vi inibiva la glicogenolisi e attivava

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glicogenosintesi. 275 DICIOTTESIMA LEZIONE 15/05/13

Ricordiamo che la via dell’AMPc viene attivata da recettori a 7 segmenti trans membrana.Nella via

dell’AMP ciclico viene coinvolta una proteina G trimerica che va ad attivare l’adenilato ciclasi,il

quale abbiamo detto che trasforma l’ATP in AMP ciclico; questo aumento dell’AMP ciclico deve

essere fasico e quindi deve essere rapido e come viene ad aumentare così deve diminuire e a

contribuire a togliere di mezzo l’AMP ciclico che non serve c’è la fosfodiesterasi che trasforma

l’AMP ciclico in AMP.

In questa via di segnalazione ci sono vari punti di regolazione,uno di questi è proprio a livello della

proteina G e un ritardo o meno grazie a queste proteine che regolano l&rsq