Ormoni (biochimica II)

SOS;

GAP (GTPase activating protein): sono inibitori delle GTPasi, che

- promuovono l’attività enzimatica e quindi l’idrolisi da GTP a GDP,

inducendo queste proteine ad autospegnersi.

I secondi messaggeri di tipo molecolare (questi appena descritti) sono

molecole piuttosto piccole, con l’eccezione, per esempio, del

fosfatidilinositolo-3-fosfato, che è un fosfolipide. Anche le proteine, quindi

molecole di grandi dimensioni, possono talvolta assumere il valore di secondi

messaggeri. Alcuni ormoni sono essi stessi delle proteine, mentre i recettori

hanno sempre natura proteica.

Le tirosinocinasi (PK) e le tirosinofosfatasi (PP) sono le due classi di

enzimi che vanno a fosforilare (le cinasi) e a defosforilare (le fosfatasi) altre

proteine. Il meccanismo d’azione delle cinasi è piuttosto semplice: prendono

l’ATP, staccano il fosfato in posizione γ e lo legano ad una tirosina (tirosino-

cinasi/fosfatasi) oppure ad una serina o a una treonina (serina-treonino-

cinasi/fosfatasi). Questo tipo di trasduzione del segnale ha quindi un costo

per la cellula in termini di ATP. L’ATP, infatti, viene impiegato dalle cinasi per

fosforilare le proteine, ma, poi, quando le fosfatasi vanno a rimuovere il

gruppo fosfato, lo liberano come fosfato inorganico e non possono trasferirlo

su una molecola di ADP per sintetizzare nuovamente ATP. Quindi, la

regolazione proteica mediante fosforilazione ha un costo energetico. Nella

fattispecie di questo esempio, il segnale è acceso quando la proteina è

fosforilata e spento quando essa è defosforilata. Non è detto che sia sempre

così: la fosforilazione delle proteine ha una funzione regolatoria e non

necessariamente attivatoria.

Altre molecole, sempre inseribili nella categoria dei secondi messaggeri,

svolgono la funzione di proteine adattatrici. Non sono degli enzimi, ma dei

semplici “collanti”. Ad esempio: un ligando interagisce con il proprio recettore,

il quale cambia conformazione. Nel frattempo, delle proteine adattatrici si

legano al recettore stesso attraverso dei domini specifici che hanno proprio la

funzione di reclutare queste proteine (abbiamo già visto i domini SH2 e SH3,

ma ne esistono molti altri). Una volta che si sono legate al recettore, queste

proteine fungono esse stesse da “adattatrici” per altri segnali. Ad esempio,

possono fare in modo che alcune proteine necessarie per la traduzione del

segnale siano reclutate nelle immediate vicinanze della membrana (abbiamo

già visto un esempio di questo tipo di trasduzione del segnale, nella via che

porta la cellula alla duplicazione mitotica tramite le MAP cinasi: a partire dai

recettori di membrana viene reclutato un adattatore, GRB2, il quale richiama

alla membrana altre proteine, in specie un regolatore delle GTPasi, detto

SOS). Un altro esempio di adattatore in funzione può essere quello di un

recettore attivato, che, per esempio, si fosforila (in questo caso in 3 siti di

fosforilazione su Tyr) e recluta 3 tipi diversi di proteine che danno un segnale

a valle. Si tratta solitamente di un segnale di tipo pleiotropico, ossia che

genera una serie di effetti e non un effetto singolo.

Anche alcuni lipidi di membrana possono funzionare da adattatori (abbiamo

visto il fosfatidilinositolo-3-fosfato). I fosfolipidi di membrana, infatti, possono

reclutare delle proteine ed avvicinarle alla membrana. Di solito, queste

proteine vengono reclutate dal fosfolipide in virtù della presenza di gruppi

fosfato.

Tutti questi effetti mediati dagli adattatori, che siano proteici o lipidici, si

chiamano effetti di prossimità e sono importantissimi. Nel momento in cui

avvengono mutazioni nelle proteine segnalatorie in corrispondenza dei siti

che sono responsabili di questo reclutamento sulla membrana o sul recettore,

tutto il meccanismo di trasduzione del segnale salta completamente. Il

reclutamento, quindi, è assolutamente essenziale.

Questi adattatori possono presentare diversi tipi di domini. I domini che

abbiamo già visto sono i SH2 e i SH3 (“SH” da “SARC homology”, perché

sono stati identificati per la prima volta nella proteinchinasi SARC

responsabile dei sarcomi umani e animali), che legano rispettivamente le

tirosine fosforilate e le zone molto ricche di prolina. Importanti domini nel

reclutamento delle proteine sono anche i pleckstrin homology domains

(PH) e i phosphotyrosine binding domains (PTB). Il dominio PH, omologo

alla plextrina, è stato identificato osservando che tutte le proteine che

legavano la plextrina (proteina citoscheletrica) presentavano questo dominio

ricorrente. Il dominio PH ha la funzione di legare i fosfolipidi di membrana. Il

PTB, invece, lega le fosfotirosine.

Quello che deriva dalla trasduzione del segnale dei recettori è una complessa

rete segnalatoria.

Consideriamo due recettori diversi: uno di tipo GPCR (recettore accoppiato a

proteina G) e uno di tipo RTK (recettore dotato di attività tirosin-chinasica).

Questi due recettori si trovano sulla superficie della stessa cellula e attivano

una segnalazione in parallelo. Il GPCR attiva una traduzione del segnale che

passa per l’adenilato ciclasi, l’AMP ciclico e la pkA, oppure per la fosfolipasi

C, l’inositolotrisfosfato (IP3), il calcio e le proteine che legano il calcio, in

particolare la calmodulina, e infine le cinasi che si trovano a valle, dette

calmodulina chinasi (CAM chinasi). Si attiverebbe in questo caso un

segnale parallelo, ma non identico a quello dipendente dal cAMP. Il recettore

RTK potrebbe convergere sull’utilizzo della fosfolipasi C (esistono infatti due

isozimi della fosfolipasi C: la fosfolipasi C-γ, che si associa ai recettori RTK, e

la fosfolipasi C-β, che si associa ai recettori GPCR; entrambi hanno la stessa

funzione, ovvero quella di tagliare i fosfolipidi di membrana in IP3 e

diacilglicerolo, andando ad attivare un segnale calcio-dipendente, la pkC). I

recettori RTK, però, sono anche i principali trasduttori del segnale delle MAP

cinasi, quindi danno un segnale mitogeno. Non solo i RTK possono attivare

questo segnale, ma anche una gran quantità di potenti mitogeni presenti nel

siero, di solito di natura lipidica, che convergono sempre nell’attivazione delle

MAP cinasi: viene quindi percorsa la stessa via dipendente dalla piccola

GTPasi RAS, che attiva RAF, la quale attiva MEK, la quale attiva le MAP

cinasi, che migrano nel nucleo e attivano il fenomeno di duplicazione delle

cellule.

Per fare un esempio pratico, vediamo adesso come si regolano i segnali

motori. Questi vengono regolati in particolari momenti dello sviluppo, oppure

anche durante l’evoluzione di alcuni organi, in via patologica o fisiologica.

Vedono coinvolti dei recettori, detti recettori efrinici, che sono dei segnali di

contatto. Essi fungono da segnali “di negazione nella giusta direzione”,

indicando, cioè, alla cellula dove muoversi, attraverso l’esclusione dei punti in

cui non può muoversi. Sono detti anche segnali “di repulsione”. Questi

segnali sono esercitati da due cellule che si percepiscono l’un l’altra: si tratta

quindi di segnali eterotipici per prossimità. I recettori sono ad attività tirosino-

cinasica e potrebbero trovarsi, ad esempio, a livello dell’assone di una cellula

nervosa che sta “tastando il terreno” per capire in che direzione deve

allungarsi, oppure su una “tip-cell” (cellula che sta in cima) di un vaso. Questi

recettori ricevono un segnale da parte di una cellula mesenchimale che indica

all’assone di spostarsi, oppure, nel secondo caso, da parte di una cellula

endoteliale, che comunica alla cellula del vaso che quella zona è già

vascolarizzata. Il segnale che proviene dalla cellula fosforila il recettore, con

conseguente attivazione di una GEF (fattore di scambio GDP/FTP) RHO.

Quindi, GDP viene sostituito con GTP e la piccola GTPasi RHO viene

attivata. Esistono in realtà due GTPasi della motilità, RHO e RAC. RHO dà

un effetto repulsivo: fa “arrotondare” le cellule e schiacciare il citoplasma.

Infatti, quando una cellula si sposta, si ritira, tende ad assumere nel

movimento una forma tondeggiante. A livello molecolare, la GTPasi

determina una fosforilazione della catena leggera della miosina, la quale

attiva la contrazione del complesso acto-miosinico, che determina

l’arretramento e l’arrotondamento della cellula.

Il “segnale di sopravvivenza” delle cellule blocca l’apoptosi. Questo si attiva,

purtroppo, in tutte le cellule tumorali, le quali sopravvivono a tutti gli stimoli

che tentano di innescarne la morte cellulare programmata. Questo pathway

parte da recettori tirosin-chinasici, che attivano la generazione del secondo

messaggero fosfatidilinositolo-3-fosfato (la fosforilazione della posizione 3 del

fosfatidilinositolo da parte della fosfatidilinositolo-3-chinasi innseca il segnale

di sopravvivenza). Il fosfatidilinositolo-3-fosfato lega, per mezzo dei domini

pleckstrin homology, delle proteine cinasi, fra le quali la più importante è la

pkB (o AKT). Questa protein chinasi lega il lipide di membrana, si dissocia

dalla membrana e dà due segnali:

attiva mTOR, il regolatore della traduzione delle proteine (innesca

- l’attività dei ribosomi inducendoli a tradurre tutti gli mRNA che gli

arrivano);

fornisce lo stimolo di sopravvivenza: la proteina fosforilata AKT si reca

- nel citosol, staccandosi dalla membrana, e provoca la dissociazione di

due proteine che regolano l’apoptosi, che prendono il nome di BAD

(proteina segregatrice) e 14-3-3. La proteina BAD viene fosforilata da

AKT e portata via dalla proteina 14-3-3. In questo modo, viene lasciata

libera un’altra proteina, detta Bcl2, che ora è in grado di esercitare la

sua azione anti-apoptotica. Fintato che è assente questo segnale di

sopravvivenza, la proteina Bcl2 è reclutata dal segregatore BAD e non

è libera di funzionare.

Recettori nucleari

I recettori nucleari e citosolici (i quali, quando entrano in funzione, diventano

anch’essi nucleari perché migrano nel nucleo) sono completamente diversi

rispetto a quelli visti finora.

Sono tipici degli ormoni tiroidei e steroidei, comunque sia di ormoni lipofili,

che sono in grado di attraversare le membrane per andare ad interagire con

recettori collacati all’interno della cellula. Normalmente questi ormoni sono

dotati di un trasportatore, in quanto il plasma è una soluzione

prevalentemente idrofila. Il trasportatore rilascia l’ormone nel momento in cui

percepisce una concentrazione molto più bassa del plasma, quindi quando si

è giunti a livello della cellula. È come se l’ormone venisse “diluito”, quindi si

ha una vera e propria dissociazione d