MEMBRANE TRASDUZIONE 1

TRASDUZIONE DEL SEGNALE

TRASDUZIONE DEL SEGNALE
• Specificità (specificità riconoscimento)
• Amplificazione e diversificazione della
risposta (cascata enzimatica)
• Integrazione tra segnali
• Spegnimento del segnale

Schema generale di un sistema di segnalazione

• Le molecole segnale sono di
natura chimica e dimensioni
diverse: proteine, nucleotidi,
amminoacidi, steroidi,
retinoidi, gas.
• I recettori possono essere di
membrana o intracellulari
• Il recettore deve avere un’alta
affinità e specificità per il
segnale; Kd 10 -8-10 M
• Il recettore deve inattivarsi
rapidamente

Cellule diverse
rispondono allo
stesso segnale in
modo differente
• Il segnale all’interno della
cellula deve amplificarsi e
diversificarsi

Bevan, P. J Cell Sci 2001;114:1429-1430

Integrazione del segnale
•Ciascuna Ciascuna cellula cellula ha ha un un set set
set
di di recettori recettori recettori per per rispondere
rispondere
ad ad un un corrispondente corrispondente set set di
di
segnali.
segnali.
•La La La combinazione combinazione di di di questi
questi
segnali segnali segnali determina determina il il destino
destino
della della della cellula
cellula

TIPI DI SEGNALAZIONE

Segnale: Ormoni steroidei e tiroidei
Vit D; acido retinoico

HRE: elemento di
risposta ormonale,
Diversificazione

Amplificazione e spegnimento

Inibitori recettore degli
estrogeni
Recettore per gli ormoni steroidei

NO Sintasi
Segnale: NO
Attivazione della
Guanilico ciclasi

NO Sintasi

Adenilato (guanilato) Ciclasi

• I percorsi di
trasduzione del segnale
devono essere
attivati/disattivati con
estrema precisione.
• Sono necessari
interruttori molecolari.
• I due stati
conformazionali sono
riconosciuti da proteine
bersaglio
completamente
differenti.
• Le variazioni
conformazionali sono
indotte da variazioni
della fosforilazione
della proteina o di un
nucleotide (GTP, ATP).

Recettore 7TM
• Recettore accoppiati alle
proteine G (GPCR) 7 a
eliche transmembrana
• Trasducono segnali di vario
tipo: proteine, AA, lipidi,
luce, odori,
• Recettori più numerosi
negli eucarioti (1-5% dei
geni totali)
• Modelli: recettore βadrenergico
e la rodopsina
• Sono bersaglio di agenti
terapeutici e droghe

Recettore 7TM
Agonisti ed antagonisti del recettore β
adrenergico

Recettore e G-protein protein

Proteina G eterotrimerica
• Interruttori molecolari in
moltissimi processi biologici:
trasduzione, traffico
vescicolare, sintesi proteica
• Sono legate alla membrana da
ancore lipidiche
• Attività intrinseca GTPasica
molto bassa stimolata da altre
proteine, ad esempio il bersaglio
• L’idrolisi GTP induce cambio
conformazionale irreversibile
fino alla sostituzione del
nucleotide.
• Sensibili allo stato energetico
della cellula

Proteina G eterotrimerica
• La subunità α lega il nucleotide e si lega a GPCR in
presenza di βγ.
• Le subunità βγ si legano ad α GDP, ma non ad α GTP
• Le subunità βγ garantiscono che il recettore
catalizzi la sostituzione GDP con GTP e non
viceversa

Gs Adenilico ciclasi

Fosfodiesterasi inibita da caffeina
e teofillina

PKA
La PKA fosforila specifiche
ser/thr in proteine bersaglio
attivandole.
Adrenalina- glucagone

AMPLIFICAZIONE CRE: cAMP response element

Spegnimento del segnale

Spegnimento del segnale
•Adattamento: una
prolungata esposizione
allo stimolo diminuisce la
risposta della cellula.
•Endocitosi del recettore.
•Fosfodiesterasi
•Attivazione della ser/thr
fosfoproteine fosfatasi

Inibizione delle G-protein

G inibitorie (rec ( rec α-adrenergici
adrenergici, , somatostatina)
somatostatina

Altri secondi messaggeri attivati da G-
protein

Gq: Gq:
rec
rec α-adrenergici
adrenergici, , vasopressina,
vasopressina,
acetil colina

IP3 apre il canale
per il Ca.
[Ca 2+ ] aumenta
100 volte.
Il Ca rientra con
la CaATPasi
Ca 2+
Calmodulina

Calmodulina
• Recettore intracellulare
ubiquitario del Ca 2+ .
• Lega 4 ioni Ca che inducono un
cambio conformazionale.
• Una volta attivata si lega a
proteine bersaglio subendo un
ulteriore cambio
conformazionale.
• CaM-chinasi
• Troponina
• PKC
• Subunità della
glicogenofosforilasi chinasi
muscolare

PKC
• L’aumento del Ca 2+ citosolico fa traslocare
la PKC dal citosol alla membrana.
• DAG e fosfolipidi negativi attivano la PKC
• PKC fosforila Ser/Thr in proteine bersaglio.
• Alcuni cancerogeni lipidici (esteri del
forbolo) attivano la PKC in assenza di
segnale.

Segnali olfattivi

Segnali gustativi

Molecole gustative
Stereospecificità

Bastoncelli e visione

Recettori legati ad enzimi
•rispondono a fattori di crescita, mediatori locali (10 -9 -10 -11 M)
che promuovono crescita e differenziamento → risposta lenta
•Possono determinare anche risposte rapide (modificazioni del
citosol, e/o metaboliche)
•Anomalie nella segnalazione attraverso questi recettori
possono avere un ruolo nella trasformazione tumorale

Recettori legati ad enzimi
• I recettori sono proteine transmembrana monopasso.
• Sono dimeri/oligomeri oppure dimerizzano in presenza del segnale.
• Il dominio citoplasmatico ha una attività tirosinchinasi intrinseca o è
associato ad una tirosinchinasi.
• La fosforilazione del recettore fornisce siti di riconoscimento per
proteine adattatrici che propagano il segnale

Metabolismo e
trasporto glucosio
crescita cellulare e
differenziazione

Metabolismo energetico

crescita cellulare e
differenziazione

Insulina
Recettore

Attivazione del recettore dell’insulina
•Il recettore autofosforila 3 tirosine
•Una tirosina è un sito di ancoraggio per IRS-1 che
viene fosforilato formando multipli siti di docking
•Le tirosine fosforilate sono riconosciute da proteine
che contengono il dominio SH2.

Dominio SH2: Protein chinasi Src
•La chinasi Src riconosce
il bersaglio attraverso il
dominio SH2 e SH3.
•cSrc normale, protooncogene,
regolata
V-src oncogene sempre
attiva

Oncogeni
• I virus che inducono tumori trasportano oncogeni,
simili a geni (proto-oncogeni) presenti nelle cellule
animali bersaglio.
• Il virus del sarcoma di Rous ha v-src, omologo a csrc
• Entrambe codificano per una tirosin chinasi: c-scr
controllata, v-src incontrollata.
• Altri oncogeni: v-Ras, v-erbB, v-fos, v-jun.
• Gli oncogeni non sono necessariamente di origine
virale, ma piuttosto derivano da proto-oncogeni
mutati
• Perché una cellula subisca una trasformazione
maligna sono necessari più di un evento oncogenico

IRS-1 IRS 1 e PIP 3
Akt o PKB
•PIP 3 chinasi
attiva anche una
PLC
•PIP 3 inattivato
da PTEN
•Mutazioni in
PTEN in molti
tumori

IRS-1 IRS 1 e GRB-2/SOS
GRB 2/SOS
GRB-2/SOS:
GRB 2/SOS: proteina adattatrice
che accoppia il recettore attivato
alla proteina G Ras

Proteina G monomerica Ras
• Legata alla membrana da
ancora lipidiche
• Lo scambio GDP/GTP è
determinato dal legame con
una proteina attivatrice
GEF (Sos)
• Attività intrinseca
GTPasica molto bassa
stimolata da proteine GAP
• Attiva una cascata di
Ser/Thr fosforilazione
• Mutazioni in Ras in molti
tumori

Raf
Mek
Erk