Meccanismi di Comunicazione Cellulare

Meccanismi di comunicazione cellulare

La comunicazione cellulare è cruciale negli organismi multi-cellulari, in quanto serve a coordinare e organizzare le attività e lo sviluppo dei vari organi e tessuti. Lo scambio di informazioni avviene mediante il rilascio di segnali chimici e/o elettrici.

Molecole segnale

Le molecole segnale (ormoni, fattori locali e neurotrasmettitori) sono di varia natura:

• Proteine (es. insulina, glucagone, interferone)
• Aminoacidi e derivati (es. Glu, GABA, glicina, noradrenalina e adrenalina, serotonina, tiroxina)
• Lipidi o steroidi (es. testosterone, estradiolo, prostaglandine, acido arachidonico)
• Gas (es. ossido di azoto, contrazione muscolatura vasi sanguigni)

Recettori e ligandi

Il recettore è una proteina capace di riconoscere e legare specificamente e con alta affinità la molecola segnale (ligando). L'affinità è molto alta per gli ormoni endocrini che agiscono a concentrazioni bassissime.

L'interazione recettore-ligando funziona come un interruttore molecolare che accende una certa via metabolica, modificando le funzioni cellulari in funzione del messaggio ricevuto.

I recettori possono essere di due tipi:

• Di membrana (molecole segnale idrofiliche)
• Intracellulari (molecole idrofobiche)

Recettori intracellulari e di membrana

I recettori intracellulari sono fattori trascrizionali che, in seguito all’associazione con la molecola segnale, si attivano e vanno a legare sequenze di DNA regolatore, attivando o reprimendo l'espressione genica.

In seguito all’associazione con le molecole segnale, i recettori di membrana innescano meccanismi di trasduzione del segnale dall’esterno all’interno della cellula. Si scatenano così eventi biochimici che modificano varie funzioni cellulari (es. espressione genica, attività metabolica, proliferazione, ecc).

Trasduzione del segnale

La trasduzione del segnale comprende:

• Modificazione di enzimi e proteine
• Variazione di concentrazione di ioni

I meccanismi di trasduzione si basano su modificazioni delle attività di alcuni enzimi/proteine, come fosforilazione/defosforilazione, e su modificazioni delle concentrazioni intracellulari di specifici ioni e/o piccole molecole (es. variazione [Ca²⁺]).

Il Ca²⁺ funziona come secondo messaggero in varie vie di trasduzione del segnale. A sua volta, il Ca²⁺ lega proteine calmoduline che regolano l’attività di vari enzimi/proteine bersaglio. Esempio: la calmodulina troponinaC modula la contrattilità dei filamenti nella fibra muscolare.

Classi di recettori di membrana

Il sistema di trasduzione del segnale dipende dal tipo di recettore di membrana:

• Canale ionico
• Associato a proteine G
• Associato ad enzimi

Recettori associati a proteine G

I recettori associati a proteine G legano ligandi sul lato extracellulare e interagiscono con proteine G trimeriche sul lato interno. La subunità Ga si attiva legando GTP e, a sua volta, attiva altri bersagli. Il recettore ha una struttura tipica con 7 α-eliche trans-membrana.

La subunità α attivata (legante GTP) si dissocia dal trimero e interagisce con le proteine bersaglio. Lo stato attivato cessa con l’idrolisi del GTP, con riassociazione nel trimero, spegnimento automatico e attività temporalizzata.

Molte vie di trasduzione attivano enzimi kinasi (PKA e PKC) che, a loro volta, fosforilando enzimi target (su residui di Ser e Treo), modulano vari metabolismi.

Esempio di attivazione di PKA (= proteina kinasi A): l’enzima è attivato dal legame del cAMP sulle subunità regolative. Il cAMP è un nucleotide ciclico prodotto dall’enzima adenilato ciclasi a partire da ATP. L’attività dell’adenilato ciclasi è stimolata dalla Ga.

Esempio di via di trasduzione del segnale

Esempio di via di trasduzione del segnale innescata da recettori associati a proteine G e che attiva PKA: segnalazione da parte di glucagone su epatociti. Il glucagone segnala il bisogno di aumentare la concentrazione di glucosio nel sangue.