Recettori accoppiati a Proteine-G (GPCR) - ctf novara
Recettori accoppiati a Proteine-G (GPCR) - ctf novara
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G PROTEIN-COUPLED RECEPTORS
G PROTEIN - COUPLED RECEPTORS<br />
(<strong>GPCR</strong>S)<br />
<strong>GPCR</strong>s costituiscono la più grande famiglia genica del nostro genoma<br />
(~950 geni).<br />
Sono target della maggioranza dei farmaci, tra quelli più venduti (40-50%<br />
del mercato!!!)<br />
Esempi:<br />
-Zyprexa (disturbo bipolare & schizofrenia, Eli Lilly)<br />
-Clarinex (anti-allergico, Schering-Plough)<br />
-Zantac (trattamento e prevenzione ulcere; GlaxoSmithKline)<br />
-Zelnorm (Sindrome del colon irritabile (IBS), Novartis)
Neurotrasmettitori:<br />
Catecolaminergico<br />
Adrenergico b1<br />
“ b2,3<br />
“ a1<br />
“ a2<br />
Dopaminergico<br />
D1<br />
D2<br />
Colinergico<br />
Muscarinico M 1,3, 5<br />
“ M 2, 4<br />
Serotoninergici<br />
5-HT 1, 2, 4<br />
<strong>Recettori</strong> <strong>accoppiati</strong> a <strong>Proteine</strong>-G (<strong>GPCR</strong>)<br />
e rispettivi Ligandi<br />
Ormoni Peptidici<br />
TRH<br />
CRF<br />
Somatostatina<br />
Vasopressina (V 1,2 )<br />
Glucagone<br />
PTH<br />
Calcitonina<br />
Altri fattori di regolazione:<br />
Trombina<br />
Bradichinina<br />
Eicosanoidi:<br />
PGE 2<br />
PGF 2a<br />
PGI 2<br />
LTC 4, LTD 4<br />
TXA 2<br />
Fotoni:<br />
Rodopsina
Classi DI <strong>GPCR</strong>s<br />
Classe I: “rhodopsin-like”<br />
Classe II: “glucagon-like”<br />
Classe III: “metabotropic glutamate-<br />
like”
<strong>GPCR</strong> FUNZIONI<br />
Vista: le opsine usano la fotoisomerizzazione del retinale per tradurre l‟energia<br />
elettromagnetica in segnali cellulari. La rodopsina, ad esempio, usa la conversione<br />
dell‟11-cis-retinale a all-trans-retinale.<br />
Olfatto: recettori dell‟epitelio olfattivo legano gli “odori” (recettori olfattori) e feromoni<br />
(recettori vomeronasali).<br />
Regolazione del comportamento e dell‟umore: recettori centrali per serotonina e<br />
dopamina.<br />
Regolazione del sistema immune e dell‟infiammazione: chemochine legano recettori<br />
che mediando la comunicazione tra cellule del sistema immune; recettori per<br />
l‟istamina attivano mediatori della flogosi.<br />
Trasmissione del sistema nervoso autonomo: simpatico e para- usano recettori
ClassE I: Rhodopsin-like<br />
Pigmento visivo (Rodopsina)<br />
<strong>Recettori</strong> per<br />
neurotrasmettitori<br />
(muscarinici, dopaminergici<br />
etc.)<br />
<strong>Recettori</strong> per peptidi (TSH,<br />
FSH etc.)<br />
<strong>Recettori</strong> per ormoni<br />
glicoproteici (Bradichinina,<br />
Vasopressina, Endotelina)<br />
<strong>Recettori</strong> attivati da proteasi<br />
(Trombina)
ClassE II: Glucagon-like<br />
Calcitonina<br />
Secretina<br />
Corticotropin releasing<br />
factor (CRF)<br />
Glucagone<br />
Parathyroid hormone<br />
(PTH)<br />
Pituitary adenylate<br />
cyclase-activating<br />
peptide (PACAP)
ClassE III: mGlu-like<br />
Gamma-aminobutyric<br />
acid type B (GABA B )<br />
Metabotropic gluamate<br />
(mGlu)
Modifiche Post-traduzionali<br />
Glicosilazione<br />
-Contribuisce alla stabilità, affinità per il ligando, al “signaling”<br />
Fosforilazione<br />
-Modula l‟interazione con le G-protein, l‟internalizzazione del<br />
recettore, il “cross-talk” tra recettori
il gpcr nella membrana<br />
plasmatica
<strong>GPCR</strong>: STRUTTURA FUNZIONE
Possibili interazioni tra <strong>GPCR</strong> e rispettivi<br />
G-protein<br />
Ligandi di piccole<br />
dimensioni<br />
Ligandi<br />
G-protein<br />
Ligandi peptidici<br />
G-protein<br />
Glutammato e Trombina
Dimerizzazione<br />
Domini di assemblaggio<br />
Crosstalk di recettori “chimerici”<br />
SSTR5/D2R (D2R “rescue” del SSTR5<br />
mutato)<br />
Dimeri di GABA B R1/R2<br />
Dimeri di Rodopsina<br />
Dimeri di <strong>Recettori</strong> Olfattivi e del Gusto
Dimeri funzionali D2R/SSTR5<br />
Somatostatin<br />
+<br />
SSTR5 R<br />
Somatostatin<br />
+<br />
SSTR5 ΔC<br />
+<br />
D2 receptor<br />
S<br />
S<br />
Somatostatin<br />
+<br />
SSTR5 ΔC X<br />
S<br />
Viene ripristinato il<br />
segnale della SS<br />
tramite il D2R
Caratteristiche proprie dei<br />
<strong>GPCR</strong><br />
Signaling ritardato rispetto a <strong>Recettori</strong> Canale<br />
Amplificazione del segnale<br />
Produzione di Secondi messaggeri
amplificazione del segnale<br />
1 Recettore<br />
n <strong>Proteine</strong>-G<br />
(n Effettori) n<br />
((n Messaggeri) n ) n<br />
((n Effettori) n ) n ) n !!!<br />
Recettore<br />
<strong>Proteine</strong>-G<br />
<strong>Proteine</strong>-G<br />
<strong>Proteine</strong>-G<br />
Effettore<br />
Effettore<br />
Effettore<br />
Effettore<br />
Secondo<br />
Secondo<br />
meessagg Secondo<br />
meessagg Secondo<br />
meessagg Secondo<br />
meessagg<br />
messagger<br />
ero<br />
ero<br />
ero<br />
ero<br />
o
<strong>GPCR</strong>:<br />
STRUTTURA<br />
FUNZIONE
<strong>GPCR</strong>: INTERAZIONE CON<br />
LE PROTEINE-G
CICLO DI ATTIVAZIONE DELLE PROTEINE-G
RECLUTAMENTO DELLE PROTEINE-G E<br />
TRASDUZIONE DEL SEGNALE
<strong>Recettori</strong> <strong>accoppiati</strong> a <strong>Proteine</strong>-G (<strong>GPCR</strong>)<br />
e TRASDUTTORI DEL SEGNALE<br />
Neurotrasmettitori:<br />
Catecolaminergico<br />
Adrenergico b1<br />
“ b2,3<br />
“ a1<br />
“ a2<br />
Dopaminergico<br />
D1<br />
D2<br />
Colinergico<br />
Muscarinico M 1,3, 5<br />
“ M 2, 4<br />
Serotoninergici<br />
5-HT 1, 2, 4<br />
G s<br />
Gs Gq G i /G 0<br />
G s<br />
G i /G 0<br />
Gq Gi +AMPcyclase<br />
+Canali Ca ++<br />
+AMPcyclase<br />
+Fosfolipase C<br />
-AMPcyclase<br />
+Canali K +<br />
-Canali Ca ++<br />
+AMPcyclase<br />
-AMPcyclase<br />
+Canali K +<br />
-Canali Ca ++<br />
+Fosfolipasi C<br />
-AMPcyclase<br />
+Canali K +
Subunità alfa delle <strong>Proteine</strong>-G etero-trimeriche<br />
nel SNC<br />
Famiglia<br />
Gas<br />
Gas1<br />
Gas2<br />
Gas3<br />
Gas4<br />
Gaolf<br />
Gi<br />
Gai1<br />
Gai2<br />
Gai3<br />
MW<br />
52,000<br />
52,000<br />
45,000<br />
45,000<br />
45,000<br />
41,000<br />
40,000<br />
41,000<br />
ADP-ribosilazione<br />
mediata da<br />
Tossine<br />
Cholera<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
Pertussis<br />
“<br />
“<br />
Effettori<br />
Adenilato ciclasi (attivazione)<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
Adenilato ciclasi (inibizione)<br />
canali del K + (attivazione)<br />
canali del Ca ++ (inibizione)<br />
PL-PC (attivazione)<br />
PLA2 (attivazione)
Subunità alfa delle <strong>Proteine</strong>-G etero-trimeriche<br />
nel SNC<br />
Famiglia<br />
Gao1<br />
Gao2<br />
Gat1<br />
Gat2<br />
Gagust<br />
Gaz<br />
Gq<br />
Gaq<br />
Ga11<br />
Ga14<br />
Ga15<br />
Ga16<br />
Ga12<br />
Ga13<br />
MW<br />
39,000<br />
39,000<br />
39,000<br />
40,000<br />
41,000<br />
41,000<br />
41,000<br />
43,000<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
44,000<br />
44,000<br />
ADP-ribosilazione<br />
mediata da<br />
Tossine<br />
Pertosse<br />
“<br />
Colera e Pertosse<br />
Sconosciuta<br />
“<br />
“<br />
Sconosciuta<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
Sconosciuta<br />
“<br />
Effettori<br />
canali del K + (attivazione)<br />
canali del Ca ++ (inibizione)<br />
Fosfodiesterasi (retina)<br />
Fosfodiesterasi<br />
“ (epitelio gustativo)<br />
adenilato ciclasi (inibizione)<br />
PLC-PI (attivazione)<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
“<br />
RhoGEF (attivazione Rho)<br />
“
La Trasduzione del Segnale:<br />
Subunità α<br />
Adenilato Ciclase<br />
Fosfolipasi C(β1)<br />
Fosfolipasi D<br />
Fosfolipsi A2<br />
Guanilato Ciclase<br />
Canali ionici (K, Ca)<br />
Fosfodiesterase<br />
Sfingomielinasi<br />
NOS<br />
Complesso βγ<br />
ERK<br />
Canali ionici<br />
GRK<br />
PKC<br />
Adenilato Ciclase<br />
Fosfolipasi C(β2)
Le subunita‟ Gαs<br />
Stimolano l‟azione<br />
dell‟Adenilato Ciclasi di<br />
membrana<br />
Le subunita‟<br />
Gαi<br />
inibiscono l‟azione<br />
dell‟Adenilato Ciclasi di<br />
membrana
ADENILATO CICLASI
“Ciclo” del cAMP
ADENILATO CICLASI: REGOLAZIONE
TRASDUZIONE DELLE “VIE” DIPENDENTI<br />
DAL cAMP
AB-Toxins<br />
AB-Toxins legano le cellule<br />
target tramite la sub-unità B<br />
La sub-unità B catalizza<br />
l„entrata nelle cellule target<br />
La sub-unità A agisce nel<br />
citosol della cellula ospite<br />
tramite<br />
ADP-ribosylation<br />
A = Sub-unità enzimatica<br />
B = Sub-unità recettoriale
1.Internalizzazione (AB-toxins)<br />
2.ADP-ribosilazione della G α:<br />
-Chl Tox > G αsADP-ribosilazione<br />
No GTPase activity<br />
A-Ciclase costitutivamente attiva<br />
Canali al Cl - aperti (Enterici)<br />
-Pert Tox> G αiADP-rybosilazione<br />
No scambio GDP/GTP<br />
No inibizione della A-Ciclase<br />
No inibizione del riflesso tosse<br />
TOSSINE DEL COLERA<br />
E DELLA PERTOSSE
SUBUNITA‟ Gq: ATTIVAZIONE DELLA PLC-PI
Fosfolipasi C: sottotipi
“Via” dei Fosfoinositidi
TRASDUZIONE MEDIATA DAI FOSFO-INOSITIDI DI<br />
MEMBRANA
Caratteristiche proprie dei<br />
<strong>GPCR</strong><br />
Signaling ritardato rispetto a <strong>Recettori</strong> <strong>accoppiati</strong> a<br />
Canale<br />
Amplificazione del segnale<br />
Produzione di Secondi messaggeri
LA PRODUZIONE DI SECONDI MESSAGGERI<br />
AMPLIFICA E DIVERSIFICA IL SEGNALE<br />
BIOLOGICO
secondi messaggeri ed effettori<br />
I secondi messaggeri contribuiscono all‟amplificazione del<br />
segnale:<br />
•cAMP: canali ionici, fattori di trascrizione, protein cinasi<br />
•Ca 2+ : canali ionici, trasportatori, pompe, fattori di trascrizione,<br />
protein cinasi, fosfatasi, proteasi etc.<br />
•cGMP: canali ionici (retina, epitelio olfattivo)<br />
•IP3: canali ionici, protein cinasi
Rimane ancorato alla membrana a molecole di Glicosil-fosfatidilinositolo<br />
tramite la subunità γ. Tra i possibile effettori primari del complesso Gβγ<br />
abbiamo:<br />
- I canali del K+(“Inwardly Rectifying”, o GIRKs) cardiaci e neuronali<br />
(iperpolarizzanti)<br />
- I canali voltaggio-dipendenti del Ca 2+ di tipo “P/Q Type” (cerebellari)<br />
- I canali voltaggio-dipendenti del Ca 2+ di tipo “N-Type” (neuronali)<br />
- Alcune isoforme di Adenilato Ciclasi<br />
- Alcune isoforme di PLC-PI (beta)<br />
IL RUOLO DEL<br />
COMPLESSO Gβγ<br />
- Alcune isoforme di Phosphoinositide 3-Kinase(PI3K)<br />
- La cinasi del <strong>GPCR</strong> (GRK) responsabile della desensitizzazione
Desensitizzazione:<br />
- Il complesso βγ attiva la GRK (cinasi del recettore)<br />
- La GRK fosforila il recettore nei suoi loop intracellulari<br />
(secondo o terzo)<br />
- La β-arrestina riconosce il recettore fosforilato legandosi<br />
ad esso<br />
- <strong>Proteine</strong> del citoscheletro “tirano” il complesso<br />
arrestina/recettore per internalizzarlo
Dinamica dell‟interazione Recettore/Complesso<br />
Trimerico: La Desensitizzazione
Omologa: GRK > desensitizzazione<br />
Eterologa: PKA > desensitizzazione<br />
NE<br />
GRK arrestin<br />
DESENSITIZZAZIONE<br />
Desensitizzazione<br />
omologa<br />
PKA<br />
Recettore Y<br />
Recettore X<br />
Desensitizzazione<br />
eterologa
Promiscuità di<br />
accoppiamento<br />
Diverse <strong>GPCR</strong>s possono accoppiarsi<br />
a più di un sottotipo di G protein<br />
attivando più vie di trasduzione del<br />
segnale!!!
“CROSS-TALK” RECETTORIALE
“CROSS-TALK” RECETTORIALE
Diabete insipido nefrogenico<br />
V2 vasopressin receptor (no G-protein Interaction, no AC activation)<br />
Pubertà Precoce<br />
LH receptor (G-protein costitutivamente attiva nelle cellule del Leydig)<br />
McCunne-Albright Syndrome (Iperaldo-cortsonismo prim., pseudo-pubertà precoce)<br />
CRF, GHRH, LH, FSH, PTH receptor (G-protein costitutivamente attive)<br />
Kaposi's sarcoma<br />
<strong>GPCR</strong> e patologia<br />
Il virus codifica per una <strong>GPCR</strong> virale responsabile della trasformazione<br />
cellulare
Virus entry:<br />
<strong>GPCR</strong> e patologia<br />
HIV/CCR7-R, JCV/5HT 2-R<br />
Ipertiroidismo Gestazionale Familiare<br />
Recettore del TSH mutato sensible alla hGnRH<br />
Retinite pigmentosa (cecità notturna congenita)<br />
Alterazione della rodopsina (no cGMP-ase, canali del Na + aperti)
<strong>GPCR</strong> E TRASDUZIONE DEL SEGNALE<br />
Activation or
Change language