MEMBRANE TRASDUZIONE 1
MEMBRANE TRASDUZIONE 1
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<strong>TRASDUZIONE</strong> DEL SEGNALE
<strong>TRASDUZIONE</strong> DEL SEGNALE<br />
• Specificità (specificità riconoscimento)<br />
• Amplificazione e diversificazione della<br />
risposta (cascata enzimatica)<br />
• Integrazione tra segnali<br />
• Spegnimento del segnale
Schema generale di un sistema di segnalazione
• Le molecole segnale sono di<br />
natura chimica e dimensioni<br />
diverse: proteine, nucleotidi,<br />
amminoacidi, steroidi,<br />
retinoidi, gas.<br />
• I recettori possono essere di<br />
membrana o intracellulari<br />
• Il recettore deve avere un’alta<br />
affinità e specificità per il<br />
segnale; Kd 10 -8-10 M<br />
• Il recettore deve inattivarsi<br />
rapidamente
Cellule diverse<br />
rispondono allo<br />
stesso segnale in<br />
modo differente<br />
• Il segnale all’interno della<br />
cellula deve amplificarsi e<br />
diversificarsi
Bevan, P. J Cell Sci 2001;114:1429-1430
Integrazione del segnale<br />
•Ciascuna Ciascuna cellula cellula ha ha un un set set<br />
set<br />
di di recettori recettori recettori per per rispondere<br />
rispondere<br />
ad ad un un corrispondente corrispondente set set di<br />
di<br />
segnali.<br />
segnali.<br />
•La La La combinazione combinazione di di di questi<br />
questi<br />
segnali segnali segnali determina determina il il destino<br />
destino<br />
della della della cellula<br />
cellula
TIPI DI SEGNALAZIONE
Segnale: Ormoni steroidei e tiroidei<br />
Vit D; acido retinoico
HRE: elemento di<br />
risposta ormonale,<br />
Diversificazione
Amplificazione e spegnimento
Inibitori recettore degli<br />
estrogeni<br />
Recettore per gli ormoni steroidei
NO Sintasi<br />
Segnale: NO<br />
Attivazione della<br />
Guanilico ciclasi
NO Sintasi
Adenilato (guanilato) Ciclasi
• I percorsi di<br />
trasduzione del segnale<br />
devono essere<br />
attivati/disattivati con<br />
estrema precisione.<br />
• Sono necessari<br />
interruttori molecolari.<br />
• I due stati<br />
conformazionali sono<br />
riconosciuti da proteine<br />
bersaglio<br />
completamente<br />
differenti.<br />
• Le variazioni<br />
conformazionali sono<br />
indotte da variazioni<br />
della fosforilazione<br />
della proteina o di un<br />
nucleotide (GTP, ATP).
Recettore 7TM<br />
• Recettore accoppiati alle<br />
proteine G (GPCR) 7 a<br />
eliche transmembrana<br />
• Trasducono segnali di vario<br />
tipo: proteine, AA, lipidi,<br />
luce, odori,<br />
• Recettori più numerosi<br />
negli eucarioti (1-5% dei<br />
geni totali)<br />
• Modelli: recettore βadrenergico<br />
e la rodopsina<br />
• Sono bersaglio di agenti<br />
terapeutici e droghe
Recettore 7TM<br />
Agonisti ed antagonisti del recettore β<br />
adrenergico
Recettore e G-protein protein
Proteina G eterotrimerica<br />
• Interruttori molecolari in<br />
moltissimi processi biologici:<br />
trasduzione, traffico<br />
vescicolare, sintesi proteica<br />
• Sono legate alla membrana da<br />
ancore lipidiche<br />
• Attività intrinseca GTPasica<br />
molto bassa stimolata da altre<br />
proteine, ad esempio il bersaglio<br />
• L’idrolisi GTP induce cambio<br />
conformazionale irreversibile<br />
fino alla sostituzione del<br />
nucleotide.<br />
• Sensibili allo stato energetico<br />
della cellula
Proteina G eterotrimerica<br />
• La subunità α lega il nucleotide e si lega a GPCR in<br />
presenza di βγ.<br />
• Le subunità βγ si legano ad α GDP, ma non ad α GTP<br />
• Le subunità βγ garantiscono che il recettore<br />
catalizzi la sostituzione GDP con GTP e non<br />
viceversa
Gs Adenilico ciclasi
Fosfodiesterasi inibita da caffeina<br />
e teofillina
PKA<br />
La PKA fosforila specifiche<br />
ser/thr in proteine bersaglio<br />
attivandole.<br />
Adrenalina- glucagone
AMPLIFICAZIONE CRE: cAMP response element
Spegnimento del segnale
Spegnimento del segnale<br />
•Adattamento: una<br />
prolungata esposizione<br />
allo stimolo diminuisce la<br />
risposta della cellula.<br />
•Endocitosi del recettore.<br />
•Fosfodiesterasi<br />
•Attivazione della ser/thr<br />
fosfoproteine fosfatasi
Inibizione delle G-protein
G inibitorie (rec ( rec α-adrenergici<br />
adrenergici, , somatostatina)<br />
somatostatina
Altri secondi messaggeri attivati da G-<br />
protein
Gq: Gq:<br />
rec<br />
rec α-adrenergici<br />
adrenergici, , vasopressina,<br />
vasopressina,<br />
acetil colina
IP3 apre il canale<br />
per il Ca.<br />
[Ca 2+ ] aumenta<br />
100 volte.<br />
Il Ca rientra con<br />
la CaATPasi<br />
Ca 2+<br />
Calmodulina
Calmodulina<br />
• Recettore intracellulare<br />
ubiquitario del Ca 2+ .<br />
• Lega 4 ioni Ca che inducono un<br />
cambio conformazionale.<br />
• Una volta attivata si lega a<br />
proteine bersaglio subendo un<br />
ulteriore cambio<br />
conformazionale.<br />
• CaM-chinasi<br />
• Troponina<br />
• PKC<br />
• Subunità della<br />
glicogenofosforilasi chinasi<br />
muscolare
PKC<br />
• L’aumento del Ca 2+ citosolico fa traslocare<br />
la PKC dal citosol alla membrana.<br />
• DAG e fosfolipidi negativi attivano la PKC<br />
• PKC fosforila Ser/Thr in proteine bersaglio.<br />
• Alcuni cancerogeni lipidici (esteri del<br />
forbolo) attivano la PKC in assenza di<br />
segnale.
Segnali olfattivi
Segnali gustativi
Molecole gustative<br />
Stereospecificità
Bastoncelli e visione
Recettori legati ad enzimi<br />
•rispondono a fattori di crescita, mediatori locali (10 -9 -10 -11 M)<br />
che promuovono crescita e differenziamento → risposta lenta<br />
•Possono determinare anche risposte rapide (modificazioni del<br />
citosol, e/o metaboliche)<br />
•Anomalie nella segnalazione attraverso questi recettori<br />
possono avere un ruolo nella trasformazione tumorale
Recettori legati ad enzimi<br />
• I recettori sono proteine transmembrana monopasso.<br />
• Sono dimeri/oligomeri oppure dimerizzano in presenza del segnale.<br />
• Il dominio citoplasmatico ha una attività tirosinchinasi intrinseca o è<br />
associato ad una tirosinchinasi.<br />
• La fosforilazione del recettore fornisce siti di riconoscimento per<br />
proteine adattatrici che propagano il segnale
Metabolismo e<br />
trasporto glucosio<br />
crescita cellulare e<br />
differenziazione
Metabolismo energetico
crescita cellulare e<br />
differenziazione
Insulina<br />
Recettore
Attivazione del recettore dell’insulina<br />
•Il recettore autofosforila 3 tirosine<br />
•Una tirosina è un sito di ancoraggio per IRS-1 che<br />
viene fosforilato formando multipli siti di docking<br />
•Le tirosine fosforilate sono riconosciute da proteine<br />
che contengono il dominio SH2.
Dominio SH2: Protein chinasi Src<br />
•La chinasi Src riconosce<br />
il bersaglio attraverso il<br />
dominio SH2 e SH3.<br />
•cSrc normale, protooncogene,<br />
regolata<br />
V-src oncogene sempre<br />
attiva
Oncogeni<br />
• I virus che inducono tumori trasportano oncogeni,<br />
simili a geni (proto-oncogeni) presenti nelle cellule<br />
animali bersaglio.<br />
• Il virus del sarcoma di Rous ha v-src, omologo a csrc<br />
• Entrambe codificano per una tirosin chinasi: c-scr<br />
controllata, v-src incontrollata.<br />
• Altri oncogeni: v-Ras, v-erbB, v-fos, v-jun.<br />
• Gli oncogeni non sono necessariamente di origine<br />
virale, ma piuttosto derivano da proto-oncogeni<br />
mutati<br />
• Perché una cellula subisca una trasformazione<br />
maligna sono necessari più di un evento oncogenico
IRS-1 IRS 1 e PIP 3<br />
Akt o PKB<br />
•PIP 3 chinasi<br />
attiva anche una<br />
PLC<br />
•PIP 3 inattivato<br />
da PTEN<br />
•Mutazioni in<br />
PTEN in molti<br />
tumori
IRS-1 IRS 1 e GRB-2/SOS<br />
GRB 2/SOS<br />
GRB-2/SOS:<br />
GRB 2/SOS: proteina adattatrice<br />
che accoppia il recettore attivato<br />
alla proteina G Ras
Proteina G monomerica Ras<br />
• Legata alla membrana da<br />
ancora lipidiche<br />
• Lo scambio GDP/GTP è<br />
determinato dal legame con<br />
una proteina attivatrice<br />
GEF (Sos)<br />
• Attività intrinseca<br />
GTPasica molto bassa<br />
stimolata da proteine GAP<br />
• Attiva una cascata di<br />
Ser/Thr fosforilazione<br />
• Mutazioni in Ras in molti<br />
tumori
Raf<br />
Mek<br />
Erk