omeostasi cellulare nei tessuti somatici e cellule staminali - appunti

A. ACIDO RETINOICO

B. TGF-β e BMP4

C. FGF –FibroblastGrowthFactor

D. Hedgehog/SMOOTHENED

E. wnt-FRIZZLED

A. ACIDO RETINOICO In vivo, suo precursore è il retinolo, che

viene metabolizzato dalla cellula e

trasformato in acido retinoico.

L’acido retinoico entra nel nucleo, sua

sede d’azione, grazie alle proteine

CRABP. Una volta nel nucleo l’acido

retinoico si lega a specifici recettori

nucleari, denominati RAR, e con queste

proteine forma un complesso capace di

interagire con sequenze nucleotidiche

del DNA inducendo la trascrizione dei

suoi geni target. Se non c’è legame

dell’acido retinoico nel nucleo non si

attiva la trascrizione. L’azione finale è

sull’attivazione del differenziamento

ed inibizione della proliferazione o

viceversa.

In vitro si può dare direttamente anche

solo acido retinoico, senza passare per

il precursore retinolo.

B. TGF-β e BMP4 La superfamiglia TGF-β,

“tumorgrowthfactor”,

consiste di un gran

numero di protein

strutturalmente

correlate, dimeriche e

secrete che agiscono o da

ormoni o, più

comunemente, da

mediatori locali. I

recettori del TGF-β sono

una monocatena trans

membrana, a singolo

passaggio, con dominio

serina/treonina chinasi

dal lato citosolico della

membrana. Esistono due classi di questi recettori, tipo I e tipo II, ciascuno presente come omodimero;

l’attivazione prevede la formazione di un tetramero.

Normalmente quindi il recettore di tipo II non interagisce con il recettore di tipo I. Il legame di TGF-β con il

recettore di tipo II fa si che questo recettore di tipo II vada ad interagire, tramite il dominio ad attività

serina/treonina chinasica, con il recettore di tipo I che viene così fosforilato.

Una volta fosforilato, il recettore di tipo I va a fosforilare a sua volta una proteina della famiglia SMAD,

SMAD2 o SMAD3, che viene così attivata. Una volta attiva la SMAD essa si dissocia dal recettore e si lega ad

un’altra SMAD, SMAD4, detta “co-SMAD”, e si forma un complesso. Questo complesso SMAD2/3+SMAD4 si

muove quindi nel nucleo, dove si associa con altre proteine per la successiva regolazione della trascrizione

dei geni bersaglio.

Ogni volta che le SMAD rientrano dal nucleo e vanno nel citosol sono defosforilate.

C. FGF recettore transmembrana tirosina

chinasi che dopo il legame con il

ligano si attiva e lega proteine

adattatrici “Grb-2” e “SOS”. Grb-2

presenta un dominio di

interazione SH2, che riconosce le

tirosine fosforilate sul recettore,

ed uno SH3, che lega SOS. SOS a

sua volta lega Ras-GEF (fattore di

scambio) e poi attiva la proteina

RAS. RAS attiva lega GTP e a

questo punto ha attività GTP-asica

tale da far progredire la cascata

del segnale.

In realtà l’attivazione del

recettore ad attività tirosina

chinasica, può far partire

diverse altre vie oltre a quella di

Grb2. Vedi qui a lato e

quaderno rosso biocel1 per via

della fosfolipasi C

Sia le fosforilazioni in tirosina che

l’attivazione di Ras, scatenate da

RTK attivati (recettori tirosina

chinasi attivati), hanno solitamente

breve durata; infatti intervengono

subito i vari meccanismi che

riportano tutto allo stato iniziale.

Tuttavia, per stimolare le cellule a

proliferare, o a differenziare, questi

eventi brevi devono convertirsi in segnali a lunga durata, per prolungare gli effetti del segnale iniziale.

Uno dei meccanismi chiave usato a questo scopo è un sistema di proteine chiamato “modulo della proteina

chinasi attiva da mitogeni”, “modulo MAP-chinasi”.

Questo sistema si compone di tre punti chiave che formano insieme un modulo di segnalazione funzionale

altamente conservato ed usato in diversi tipi di segnalazione.

Le tre componenti sono tutte proteine chinasi ed in ordine sono:

I. Raf, o MAPKKK – riceve il segnale attivatore da Ras e fosforila/attiva la componente II.

II. Mek, o MAPKK – fosforila/attiva la componente III.

III. Erk, o MAPK – chinasi finale

Una volta attivato, il modulo MAP chinasi trasmette il segnale a valle fosforilando varie proteine cellulari,

comprese proteine che regolano geni ed altre proteine chinasi. Da qui avverranno cambiamenti nell’attività

delle proteine e cambiamenti nell’espressione genica.

D. Hedgehog/SMOOTHENED Le proteine Hedgehog sono

secrete ed agiscono da mediatori

locali e morfogeni in molti

processi di sviluppo. Si parla

quindi di Hedgehog come di

ligando che deve andare a legarsi

al suo recettore.

Ci sono tre proteine

transmembrana, ossia “Patched”,

“SMOOTHENED” e “iHog”, che

mediano le risposte alle proteine

Hedgehog.

Hedgehog è quindi il ligando che

deve andare a legarsi al suo

recettore e sono presenti 3

varianti di questo recettore: Sonic,

Desert e Indian Hedgehog.

In assenza di Hedgehog tutto

il meccanismo è inattivo:

Patched è scorrelato dal

recettore, SMOOTHENED è

inattivo e la proteina

effettore “Cubitus

Interruptus”, “Ci”, legata ai

microtubuli attraverso la

proteina “Costal”, formando

così un complesso tra loro,

viene fosforilata da una serie

di proteine chinasi a livello

delle serine e delle treonine. A questo punto diventa suscettibile di ubiquitinazione e clivage proteolitico;

viene quindi tagliata e resta un sito esposto. Ci viene poi clivata e questo frammento entra nel nucleo ed

agisce da repressore. Mantiene i geni target di Hedgehog inattivi; non li fa esprimere.

In questo caso anche quando il sistema è silente in un qualche modo è come se fosse attivo, nel senso che è

attivo nel reprimere i geni target.

Invece, il legame di Hedgehog al suo recettore inibisce l’attività di Patched. Patched viene endocitato e

degradato così nei lisosomi. Allo stesso tempo SMOOTHENED viene fosforilato da PKA e CK1 e poi reclutato

in membrana attraverso la fusione di vescicole. In membrana SMOOTHENED fosforilato recluta il complesso

proteico (Costal+Ci) ed inibisce la proteolisi di Ci. Ci inattivo viene digerito e rilasciatodal complesso, entra

nel nucleo e fa da attivatore della trascrizione dei i geni target di Hedgehog: Patched stesso (si pensa che il

meccanismo sia quindi un sistema di autoregolazione che amplifica il segnale) e WNT wingless.

E. wnt-FRIZZLED

β-catenina – proteina per il citoscheletro e per via segnale legata a WNT

Rho – famiglia small G protein; per la migrazione cellulare In assenza di

WNT: β-catenina

viene

ubiquitinata e

degradata nei

proteo somi. Ciò

porta “Groucho”,

proteina

strutturale di

inibizione, a

legarsi con

LEF1/tcf,

complesso di

trascrizione, e

quindi il sistema

si spegne (geni

target di WNT

spenti).

In presenza di

WNT: WNT attiva

il recettore

legandovisi.

Avviene il

reclutamento di

Dishevelled. C’è

poi un accumulo

di β-catenina non

fosforilata e

stabile, la quale

migra nel nucleo,

spiazza Groucho e

favorisce la

coattiva zone del

sistema LEF1/tcf,

il quale attiverà la

trascrizione dei

geni target di

WNT.

Perciò, WNT blocca la fosforilazione della β-catenina e quindi la sua degradazione.

I geni target di WNT agiscono sul differenziamento e sulla proliferazione (C-myc)

b. DETERMINANTI CITOPLASMATICI

Molecole con potenziale morfogenetico che possono essere distribuite in modo simmetrico o asimmetrico

fra due cellule figlie.

Se il determinante citoplasmatico viene ereditato solo da una delle due cellule figlie, queste saranno

diverse: una avrà il determinante citoplasmatico, l’altra no

Se il determinante citoplasmatico viene compartimentato invece in maniera uguale tra le due cellule figli,

avrò due cellule figlie uguali.

Questa differenza sarà fondamentale per la generazione di due progenitori tardivi diversi o due progenitori

uguali.

c. CONTATTI CELLULA-CELLULA – inibizione laterale Il meccanismo di inibizione

laterale avviene grazie ad un

sistema recettore-ligando di due

cellule vicine che entrano in

contatto.

Si viene ad avere una cellula

contornata da altre cellule. Se la

cellula in mezzo esprime ligando

che induce espressione di

recettore nelle cellule vicine o

lega recettore già espresso dalle

cellule vicine, il cui recettore può

stimolare o meno il

differenziamento, si avrà

biforcazione dei destini cellulari. La cellula al centro avrà un destino diverso, ad esempio proliferazione,

mentre le altre cellule vicine, ad esempio, differenzieranno in modo diverso.

Si ha quindi una cellula in differenziamento che blocca lo stesso destino nella sua cellula vicina, nonostante

magari derivino entrambe dalla stessa cellula madre.

EX. Notch-Delta – sviluppo sistema nervoso

La proteina recettore Notch media questo processo di inibizione laterale,

importante soprattutto per lo sviluppo del tessuto nervoso.

Durante questo processo, infatti, quando una cellula precursore è impegnata a

diventare una cellula nervosa, segnala alle cellule che la circondano, tramite

l’espressione di fattori di inibizione, di non svilupparsi nello stesso fenotipo.

Le cellule che non diventano cellule nervose si trasformano in cellule

dell’epidermide.

Come abbiamo già detto, il meccanismo di inibizione laterale dipende da un

meccanismo di segnalazione dipendente da contatto che è attivato da una

proteina segnale trans membrana a passaggio singolo, detta “Delta”, espressa

sulla superficie della futura cellula neurale. Delta legandosi al recettore Notch su

una cellula vicina, le segnala di non diventare neurale.

Notch è una proteina transmembrana a passaggio singolo che richiede una pro

cessazione proteolitica per funzionale. Agisce come una proteina latente che

regola geni e fornisce la più semplice e diretta via di segnalazione conosciuta, da un recettore presente

sulla superficie cellulare, al nucleo.

Quando è attivata dall’attacco di Delta su un’altra cellula, la proteasi associata alla membrana plasmatica

rimuove la coda citoplasmatica di Notch e questa migra nel nucleo, dove attiva la trascrizione di geni che

rispondono a Notch.

La coda di Notch agisce legandosi ad una proteina che si lega al DNA, convertendola da repressore ad

attivatore trascrizionale.

Il recettore subisce in sostanza tre tagli proteolitici in successione, ma solo gli ultimi due dipendono dal

legame con Delta: il primo taglio avviene nell’apparato del Golgi e da