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Comunicazione cellulare
 

Comunicazione cellulare

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  • E’ la più grande famiglia di recettori di superficie, presente in tutti gli eucarioti, media risposte ad una enorme varietà di molecole segnale
  • Anni 80 tentativi di clonare recettori 7tm. ‘86 clonato recettore b2adrenergico e scoperta omologia di seq e struttura con rodopsina.Emerge idea di famiglia di recettori strutturalmente simili .Si cercano ligandi fisiologici per i recettori orfani
  • B) Struttura tridimensionale rodopsina, che l’unico recettore fino ad ora cristallizzato e di cui è stata determinata la struttura 3D
  • Subunità alfa e gamma hanno molecole lipidiche attaccate covalentemente che le legano alla membrana plasmatica
  • Una molecola di recettore stimolato può attivare numerose G protein. (ampl). Un recettore interagisce in genere con una sola famiglia di G protein e gli effettori delle G protein sono diversamente espressi in cellule diverse (diversificazione)
  • Potrebbero esistere 1000 proteine eteromeriche, ma il numero di combinazioni non è noto
  • Azione contemporanea su 2 vie di segnalazione diverse. B-arrestina mette a contatto i vari componenti della via di trasduzione facilitando il passaggio di informazione e li sequestra nel citosol, contribuendo all’attivazione di pathway citoplasmatici e non nucleari
  • Residui di ser e thr del recettore, presenti nei domini intracellulari vanno incontro a fosforilazione. pKA epKC causano desens. eterologa, cioè queste chinasi sono attivate da secondi messaggeri generati per stimolazione di molti tipi di recettori, con conseguente desens. crociata
  • Le chinasi di recettori accoppiati a proteine G (GRK) fosforilano solo recettori occupati da ligando, realizzando desensibilizzazione omologa o agonista-specifica. Le GRK sono attivate dal dimero  liberatosi in seguito a stimolazione del recettore
  • La b-arrestina porta il recettore su vescicole rivestite di clatrina, interagendo con clatrina stessa e adattina, molecola che fa parte del macchinario delle vescicole.La dinamina che è una GTPase determina il distacco delle vescicole dalla membrana ed il recettore o è rapidamente riciclato o passa in endosomi e viene lentamente riclicato, o viene degradato.
  • Ubiquitina ligasi di topo mouse double minute 2

Comunicazione cellulare Comunicazione cellulare Presentation Transcript

  • LA COMUNICAZIONE CELLULARE: SEGNALAZIONE CELLULARE E TRASDUZIONE DEL SEGNALE
  •  
      • La segnalazione cellulare può riguardare praticamente ogni aspetto della struttura e della funzione cellulare. Inoltre questo processo permette di regolare funzioni quali:
      • Sopravvivenza
      • Divisione
      • Differenziamento
      • Apoptosi
      • Alterazioni di questo sistema possono avere ripercussioni gravissime e dare origine ad un clone di cellule neoplastiche
    COMUNICAZIONE CELLULARE
  • L’ADATTAMENTO FUNZIONALE AD NUOVA SITUAZIONE AMBIENTALE E’ POSSIBILE PERCHE’ GLI ORGANISMI (COSTITUITI DA CELLULE) POSSIEDONO MECCANISMI MOLECOLARI IN GRADO DI “AVVERTIRE” IL CAMBIAMENTO E AVVIARE RISPOSTE CELLULARI ADEGUATE
  • Una risposta cellulare specifica può essere determinata dalla presenza di mediatori chimici (ormoni o altre molecole), dall’interazione con altre cellule (contatto cellula-cellula) o con strutture extracellulari (lamina basale o matrice extracellulare) Attivazione Enzimi Specifici Cambiamento nell’organizzazione del citoscheletro Cambiamento nella permeabilità agli ioni Attivazione sintesi del DNA e RNA Matrice Extracellulare Sito di contatto cellula-cellula Citoscheletro
  • Il controllo dell’attività cellulare tramite mediatori chimici può avvenire con meccanismo endocrino, paracrino o autocrino. Il controllo attraverso contatto cellula-cellula o cellula-lamina è dovuto alla presenza di proteine sulla membrana plasmatica o nelle strutture extracellulare
    • Riconoscimento dello stimolo sulla superficie esterna della membrana plasmatica
    • Trasferimento dell ’ informazione attraverso la membrana plasmatica
    • Trasmissione del segnale a molecole specifiche che lo interpretano e trasducono
    • Cessazione della risposta in seguito all ’ eliminazione delle molecole segnale
    SEQUENZA DI EVENTI
  •  
    • Recettori
      • Proteine che ricevono il segnale sulla superficie cellulare o all’interno della cellula
    • Ligandi
      • Molecole segnale che legano il recettore
    • Segnali
      • Secreti all’esterno della cellula
      • Esposti sulla superficie cellulare
    LIGANDI E RECETTORI
    • L’informazione recepita dai recettori viene tradotta e trasferita
    • Cellule specializzate in grado di produrre molecole che vengono identificate dalle cellule bersaglio per mezzo dei recettori
    TRASDUZIONE DEL SEGNALE
    • Una volta che la cascata di segnali è attivata
      • Il segnale viene trasferito all’appropriato comparto cellulare
      • Trasdotto in forma riconoscibile
      • Amplificato
      • Distribuito a più di un bersaglio intra-cellulare
      • Modulato, se necessario
    CASCATA DI SEGNALI
  • Amplificazione
  • Cascata di segnali Ligando Recettore Regolazione del metabolismo Modulazione Regolazione dell’espressione genica Riorganizzazione del citoscheletro Amplificazione Divergenza
    • Segnali Autocrini
    • Si legano ai recettori sulla cellula che li secerne
    • Segnali Paracrini
    • Si legano ai recettori e stimolano le cellule adiacenti
    • Segnali Endocrini
    • Le cellule secernono molecole segnale nel sangue. Stimolano cellule lontane
    • Segnali sinaptici
    • Simili ai paracrini ma vi è una speciale struttura : la sinapsi; avvengono solo fra cellule con sinapsi ( Neurone e il muscolo controllato dall'attività neuronale)
    • Segnali per contatto cellulare
    • Avvengono fra cellule che hanno membrane plasmatiche adiacenti. Le cellule sono influenzate dal loro ambiente più prossimo
    TIPI DI SEGNALI
    • La stessa cellula li produce e ne è bersaglio
    • Cellule del sistema immunitario
      • Anticorpi estranei e fattori di crescita
        • Innescano il differenziamento e/o la proliferazione
    • Una sregolata produzione di segnali autocrini può portare allo sviluppo di tumori
    SEGNALI AUTOCRINI
    • Molecole segnale agiscono localmente
    • Regolano il comportamento delle cellule vicine
    • Durante i fenomeni di infiammazione e cicatrizzazione, ma anche nel pancreas
      • Glucagone e somatostatina agiscono sulle cellule secernenti insulina
    SEGNALI PARACRINI Mediatore locale Cellule bersaglio Cellula Segnalatrice
    • Coinvolge un ormone
    • Secreto da una cellula endocrina
    • Trasportato dal sistema circolatorio
    • Agisce su cellule bersaglio distanti
    SEGNALI ENDOCRINI Cellula Endocrina Recettore Ormone Flusso sanguigno Cellula bersaglio
  •  
    • Neurotrasmettitore
      • Tipo specifico di segnale paracrino
      • Sinapsi nervo-cellula
    • Neuroendocrino
      • Tipo specifico di segnale endocrino
      • Ipofisi Posteriore
        • Ossitocina
      • Surrene
        • Norepinefrina
    SEGNALI NEURONALI Sinapsi Neurone Soma Assone Cellula bersaglio Neurotrasmettitore
  • Segnali da contatto
    • Interazione fisica tra cellule adiacenti
    • Svolgono un ruolo fondamentale durante lo sviluppo embrionale
    Cellula segnale Cellula bersaglio Molecola segnale legata alla membrana
    • Proteine
    • Peptidi
    • Amminoacidi
    • Nucleotidi
    • Steroidi
    • Derivati degli Acidi Grassi
    • Gas disciolti
    DI COSA SONO FATTI I SEGNALI
    • Ormoni Steroidei
      • Derivati dal colesterolo
      • Legano recettori intra-cellulari
      • Molecole non-polari
      • Non accumulati nelle cellule endocrine
      • Si possono somministrare per via orale
    • Ormoni Peptidici
      • Accumulati in vescicole con membrane
      • Solubili in H 2 O
      • Legano recettori di membrana
      • Di norma non somministrabili per via orale
    ORMONI
  •  
    • Passano attraverso la membrana plasmatica per interagire con un recettore nel citosol o nel nucleo
      • Cortisolo
      • Estradiolo
      • Testosterone
      • Ormoni tiroidei
    PICCOLI ORMONI STEROIDEI IDROFOBICI
    • Necessitano di un recettore sulla superficie cellulare
    • Legame ligando-recettore causa cambiamento nel recettore
    • Il segnale viene trasmesso all’interno della cellula senza che la molecola segnale vi penetri
    MOLECOLE GRANDI O IDROFILICHE
  • Molti mediatori interagiscono con recettori posti sulla membrana cellulare e innescano una serie di reazioni chimiche (trasduzione del segnale) che portano alla formazione di un mediatore citoplasmatico (secondo messaggero) in grado di attivare la risposta cellulare specifica.
  • Famiglie di recettori
  • Le tre classi più grandi di recettori di superficie sono recettori collegati a canali ionici, a proteine G e a enzimi Sono coinvolti nella segnalazione Sinaptica rapida fra cellule eccitabili elettricamente Agiscono indirettamente nella regolazione dell’attività di una proteina bersaglio separata legata alla membrana (enzima o canale ionico) Quando sono attivati, o agiscono direttamente come enzimi o sono Direttamente associati ad enzimi che attivano
    • Presenti in cellule eccitabili elettricamente
    • Neuroni, cellule muscolari, cellule sensoriali
    • Normalmente coinvolto un neurotrasmettitore che apre transientemente il canale
    Canali Ionici
  • Altri recettori di membrana possiedono direttamente una funzione enzimatica in grado di formare il messaggero intracellulare, come il recettore per l’insulina
  • Alcuni recettori di membrana non attivano direttamente la risposta cellulare, ma un’altra proteina di membrana, denominata proteina G, la quale attiva un effettore, direttamente legato alla formazione del secondo messaggero (es. adenilato ciclasi)
  • RECETTORI ASSOCIATI A PROTEINE G
  • La subunità alfa viene liberata col suo GTP legato, e si muove lungo la membrana finché trova l'enzima adenilil ciclasi. La piccola catena alfa si lega all'enzima e lo attiva. L'adenilil ciclasi attivato produce molto AMP ciclico che diffonde il segnale all'interno della cellula. Infine, il GTP nella subunità alfa attiva si rompe formando GDP, così la proteina G si può ricostruire per unione dei due frammenti che producono la forma trimera inattiva, pronta per eseguire un altro ciclo.
  • LE VIE DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE SI BASANO SU PROTEIN-CHINASI E FOSFATASI CHE ATTIVANO PROTEINE TRAMITE L’AGGIUNTA O ELIMINAZIONE DI GRUPPI FOSFATO LA RISPOSTA CELLULARE INIZIA GENERALMENTE CON L’ATTIVAZIONE DI PROTEINE CHIAVE. UNO DEI MECCANISMI PRINCIPALI DI ATTIVAZIONE/INIBIZIONE PROTEICA NELLA TRASDUZIONE DEL SEGNALE È BASATO SUL GRADO DI FOSFORILAZIONE O DEFOSFORILAZIONE DELLA PROTEINA STESSA GLI ENZIMI CHE AGGIUNGONO GRUPPI FOSFATO SONO CHIAMATI PROTEIN-CHINASI, MENTRE GLI ENZIMI CHE ELIMINANO GRUPPI FOSFATO SONO DETTI FOSFORILASI
  • Signalling mediante recettori accoppiati a proteine G recettore t s q i G proteina cAMP Ca 2+ messaggero intracellulare enzima canale effettore
  • Recettori 7TM
    • 7 tratti transmembrana
    • > 2000 recettori
    • Presenti in tutti gli eucarioti
    • Funzioni biologiche diverse
    • Molecole segnale: proteine, peptidi, lipidi e altre piccole molecole
    • Struttura simile
  • Recettori 7TM Il 50% dei farmaci sono attivi su questi recettori (di questi il 25% dei 200 farmaci più usati) Sono state identificate 6 famiglie di questi recettori e di queste le prime 3 sono ben studiate.
  • Famiglie di recettori 7TM
    • A: include recettori della visione ed olfattivi
    • B: include solo 25 membri (recettori per glucagone, ormoni gastrointestinali, secretina ecc)
    • C: piccola famiglia che include recettori del gusto e il recettore metabotropico del glutammato
    • Circa 200 recettori “orfani”
  •  
  •  
  •  
  • 7TM receptors
    • Il recettore lega una molecola segnale extracellulare, subendo un cambiamento conformazionale che consente l’interazione con “effettori a valle” –spesso proteine G-
  • Proteine G
  • Il genoma umano contiene: 20 geni che codificano per subunità  5 geni per subunità  6 geni per subunità  In teoria almeno 1000 combinazioni diverse. Amplificazione e diversificazione del segnale Proteine G
  •  
  • Famiglie di proteine G
  •  
  • I bersagli dei componenti dissociati delle proteina G sono enzimi (adenilato ciclasi, fosfolipasi ) o canali ionici che trasmettono in avanti il segnale
  • Attivazione proteine G
  •  
  • Un solo tipo di segnale extracellulare (adrenalina) può attivare vie multiple di segnalazione e quindi influenzare più aspetti del comportamento cellulare. 1) tipo di recettore 2) tipo di proteine G (Gs o Gi) a cui è accoppiato il recettore 3) bersagli enzimatici attivati nella cellula
  • G s vs. G i Regolazione dell’attività dell’adenilato ciclasi G s stimola adenilato ciclasi G i inibisce adenilato ciclasi L’adrenalina causa aumento o riduzione dei livelli intracellulari di cAMP, In funzione del recettore al quale si lega recettori  adrenergici sono accoppiati a G s , mentre recettori  2 adrenergici sono accoppiati a G i
  • Amplificazione del segnale
    • Signal transduction cascades amplify a signal
    • ligand-receptor complex can activate many G 
    • each G  can activate adenyl cyclase such that many cAMP are produced
    • each cAMP activates cAPK which can phosphorylate multiple proteins
    • each protein can then affect multiple downstream effectors
  • I bersagli dei componenti dissociati delle proteina G sono enzimi (adenilato ciclasi, fosfolipasi ) o canali ionici che trasmettono in avanti il segnale
  • La subunità alfa viene liberata col suo GTP legato, e si muove lungo la membrana finché trova l'enzima adenilil ciclasi. La piccola catena alfa si lega all'enzima e lo attiva. L'adenilil ciclasi attivato produce molto AMP ciclico che diffonde il segnale all'interno della cellula. Infine, il GTP nella subunità alfa attiva si rompe formando GDP, così la proteina G si può ricostruire per unione dei due frammenti che producono la forma trimera inattiva, pronta per eseguire un altro ciclo.
  • AMP CICLICO CALCIO La fosfolipasi attivata taglia PI(4,5)P2 generando due prodotti: inositolo 1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerolo.
  • L’adenosin mono- fosfato ciclico (cAMP), che viene formato a partire dall’ATP, è un esempio di secondo messaggero molto utilizzato nelle cellule. Il cAMP attiva diverse chinasi in grado di iniziare processi cellulari differenti
  • La formazione di cAMP a partire dall’ATP è catalizzata dall’enzima adenilato ciclasi, presente nella membrana plasmatica. Questo enzima viene attivato solo dopo il legame del recettore con un mediatore chimico spacifico
  • REAZIONE CATALIZZATA DALL’ADENILATO CICLASI SECONDO MESSAGGERO cAMP SECONDO MESSAGGERO cGMP REAZIONE CATALIZZATA DALLA GUANILATO CICLASI
  • IP3 è una piccola molecola solubile in acqua che lascia la membrana plasmatica e diffonde rapidamente nel citosol, dirigendosi verso il ER dove si lega a recettori per IP3. Questo recettore è un canale tetramerico del Ca++ Diacilglicerolo resta immerso nella membrana e va ad attivare una proteina chinasi C (PKC), Calcio-dipendente. L’aumento di Ca++ citosolico indotto da IP3 è essenziale per l’attivazione di PKC. PKC attivata fosforila proteine bersaglio tesuto-specifiche.La PKC svolge ruoli importanti nella crescita, differenziamento,metabolismo, attivazione della trascrizione.
  • PIP2: PHOSPHATIDYLINOSITOL 4,5-BIPHOSPHATE Hydrolysis of PIP2 is activated by different PLC, stimulated either by G-protein or protein tyrosine kinase. DAG: Diacylglycerol activates the protein kinase C family, that play a crucial role in cell growth and differentiation.
  • QUAL’E’ LA FUNZIONE DELL’AMP CICLICO E DEL CALCIO?
    • SECONDI MESSAGGERI
    • attivazione della proteina chinasi dipendente da AMP ciclico (PKA) .
    • PKA fosforila un grande numero di fosforilasi chinasi……….
  • Amplificazione
  • TRASLOCAZIONE DELLA PKA NEL NUCLEO
  • Calcio – il messaggero universale Il Ca 2+ è mantenuto ad una concentrazione estremamente bassa nel citosol (a causa della sua tossicità), tuttavia la concentrazione del Ca 2+ è alta fuori dalla cellula e all’interno di alcuni organelli L’apertura rapida e transitoria di canali permette al Ca 2+ di fluire nel citosol seguendo il suo gradiente di concentrazione e costituisce la base di un sistema di signalling ubiquitario Un’ipotesi suggerisce che la frequenza di ‘spikes’ di Ca 2+ rapidamente oscillanti codifica informazioni segnale-specifiche
  • PLC DAG PKC Calcio – il messaggero universale L’IP 3 si lega al recettore per l’IP 3 sul reticolo endoplasmatico e apre un canale del Ca 2+ (che fa parte del recettore) L’attivazione della PLC porta alla formazione di IP 3 solubile in acqua Il Ca 2+ rilasciato dal RE si lega alle Calmoduline permettendole di interagire con altre proteine e attivarle La Calmodulina può attivare pompe del Ca 2+ del reticolo endoplasmatico abbassando la [Ca 2+ ] citosolico La Calmodulina può attivare pompe del Ca 2+ sulla membrana plasmatica abbassando la [Ca 2+ ] citosolico La Calmodulina attiva una vasta gamma di proteine p.es chinasi calmodulina-dipendenti kinasi
  • Ca+2 ha la funzione di messaggero intracellulare ubiquitario.
    • nella cellula uovo, un improvviso aumento della concentrazione di calcio citosolico si verifica in seguito alla fecondazione da parte di uno spermatozoo ed è responsabile dell’inizio dello sviluppo dell’embrione.
    • nelle cellule muscolari innesca la contrazione.
    • in molte cellule secretorie scatena la secrezione.
    MOLTE AZIONI DEL CALCIO NELLE CELLULE ANIMALI SONO MEDIATE DA PROTEINE CHINASI DIPENDENTI DA CA+2/ CALMODULINA Ogni molecola di calmodulina ha 4 siti di legame con il calcio, il cui legame ne induce un cambio conformazionale che aumenta la affinità per diversi effettori: Protein chinasi, fosfodiesterasi, Canali ionici, una delle chinasi fosforila CREB
  • Le proteine G sono bersagli di alcune tossine importanti dal punto di vista medico. La tossina colerica , prodotta dal batterio che causa il colera. IPERSTIMOLAZIONE DELLE PROTEINE G O INIBIZIONE DELLE PROTEINE G La tossina della pertosse , prodotta dal batterio che causa la pertosse.
  • Come una singola cellula riesce a mostrare risposte specifiche a segnali multipli? Proteine di supporto: -facilitano l’interazione dei recettori con i propri effettori -assicurano la specificità nella attivazione delle vie di trasduzione del segnale -confinano il processo di segnalazione in una specifica regione della cellula. Adaptor/scaffolding proteins
  • Adaptor/scaffolding proteins
    • AKAPs (A-Kinase anchoring proteins).
    • Esistono più di 50 AKAPs: differenti tipi cellulari possiedono diversi tipi di AKAP.
    • Interazione con pKA/ strutture subcellulari specifiche (microtubuli, filamenti di actina
  •  -arrestina. Disaccoppia il recettore a serpentina dalla sua proteina G . Lega enzimi della cascata delle MAP-chinasi, facilitando alcuni processi di segnalazione
  • La possibilità di spegnere le vie di trasduzione del segnale è per la cellula una funzione tanto cruciale quanto la capacità di accenderle
    • Originariamente inteso come specifico dei neuroni, ora si sa che è generalizzabile
    • Permette alla cellula di rispondere a cambiamenti nella concentrazione del ligando invece che nel valore assoluto.
    • Avviene o nella diminuzione del numero di recettori, che richiede ore, o nella loro inattivazione, che richiede minuti.
    • Inoltre, intervengono cambiamenti nelle proteine coinvolte nella trasduzione del segnale a valle, es prot G
    Adattamento della cellula bersaglio viene anche chiamato desensitizzazione
  • Il legame recettore-ormone spesso provoca la rapida attenuazione della responsività recettoriale (DESENSITIZZAZIONE) 3. down-regulation dei recettori totali a seguito della ridotta sintesi di mRNA e di proteina, o della degradazione lisosomiale 2. internalizzazione del recettore 1. disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore Desensitizzazione recettoriale
  • 1. Il sistema più rapido di desensibilizzazione: il disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore tramite PKA e/o PKC (desensibilizzazione eterologa) PKC PKA       AC PLC  P P
  • GRK    P P P -arrestina  La fosforilazione tramite GRK spesso non è sufficiente per inattivare completamente i recettori; la completa inattivazione richiede un componente addizionale, l’arrestina   
    • disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta alla fosforilazione del recettore tramite le GRK (G protein-coupled receptor Kinase)
    • (desensibilizzazione omologa)
  • 7 geni codificano per GRK (G protein-coupled receptor Kinase) : GRK1 è nota come rodopsina chinasi GRK2 è la chinasi del recettore  -adrenergico 4 geni codificano per arrestine: 2 arrestine sono espresse esclusivamente nella retina 2 arrestine sono pressocchè ubiquitarie
  • Funzioni della  -arrestina -Disaccoppia il recettore da proteina G -Interazione con numerose proteine segnale: c-Src enzimi della cascata delle MAP-chinasi, facilitando alcuni processi di segnalazione -Internalizzazione del recettore mediante endocitosi dipendente da clatrina -Ubiquitinazione del recettore
  •  
  • Biochem.J. (2003) 375, 503-51 La  -arrestina interagendo con proteine diverse guida il destino del recettore, favorendo l’intenalizzazione, il riciclo o la degradazione
  • Spegnimento della subunità  della proteina G La subunita   è dotata di una attività GTPasica intrinseca: idrolizza GTP a GDP e Pi e si riassocia alle subunità  per riformare la proteina G inattiva
  • Spegnimento della subunità  della proteina G
  • Le proteine RGS (regolatrici della segnalazione della proteina G)
    • Sono proteine che attivano la GTPasi
    • Ruolo cruciale nello spegnimento di risposte mediate da proteine G
    • Circa 25 proteine codificate nel genoma umano: ognuna interagisce con una serie di proteine G
  • Recettori accoppiati ad enzimi Tirosin kinasi
  • Un esempio di recettori enzimatici è rappresentato dai recettori tirosin chinasici (RTK), presenti sulla membrana nella forma monomerica inattiva. Il legame del recettore con almeno due RTK permette la formazione del dimero attivo, in grado di aggiungere gruppi fosfato ai residui di tirosina presenti nel segmento citoplasmatico dei RTK. Le tirosine fosforilate vengono riconosciute da molecole citoplasmatiche specifiche, che vengono a loro volta attivate
  •  
  • Un esempio molto importante di recettori RTK è rappresentato dai recettori di molti fattori di crescita, come EGF e PDGF. In questo caso, la fosforilazione dei residui tirosinici determina l’attivazione della proteina RAS, una proteina estremamente importante nel controllo della proliferazione cellulare.
  • LA PROTEINA RAS E’ UNA PROTEINA G MONOMERICA CHE TRASDUCE IL SEGNALE DI MOLTI RTK PER ORMONI DI CRESCITA (egf, pdgf)
  • L’ATTIVAZIONE DI RAS PORTA ALL’ATTIVAZIONE DELLA VIA MAP CHINASICA (Mitogen Activated Protein Kinases)
  • Chinasi a cascata ras raf raf Mek1 Erk1 ras Mek1 ATP Erk1 GTP GDP Nucleo P P ATP ADP Erk1 ATP ADP ADP P P P Il legame del fattore di crescita epidermico al suo recettore attiva ras Ras attiva la chinasi serina/treonina raf Raf fosforila e attiva lqa chinasi Mek-1 Mek-1 fosforila la chinasi serina/treonina Erk-1 che migra nel nucleo Erk-1 fosforila il fattore di trascrizione myc e attiva la trascrizione di cicline D ed A
  • Chinasi a cascata La cascata raf Mek-1 Erk-1 è un esempio di MAP chinasi a cascata. È stato descritto un certo numero di queste cascate, e sebbene utilizzino chinasi specifiche, le catene di trasduzione sono molto simili… MAP chinasi chinasi chinasi MAP chinasi chinasi MAP chinasi Fattore di Crescita Stress Citochine Chinasi Serina/treonina Chinasi Serina/treonina N.B. La modalità di attivazione della prima chinasi della cascata varia e dipende dal segnale raf Erk1 Mek1 ATP ADP ATP ADP Mekk1 Jnk1 MKK4 ATP ADP ATP ADP MLK3 Jnk2 MKK7 ATP ADP ATP ADP
  • Oltre a Grb2 altre proteine come PI3K e fosfolipasiC presentano i domini SH e possono legarsi a recettori tirosin chinasici
  • Un singolo segnale può attivare diverse vie ras raf ras GTP PLC  DAG PKC Effetti multipli p.es. Differenziamento Proliferazione Cascata delle MAP chinasi Il legame del fattore di crescita epidermica al suo recettore attiva la via delle MAP chinasi attraverso ras Il legame del fattore di crescita epidermica al suo recettore attiva la fosfolipasi C  (PLC  ) portando alla produzione di diacilglicerolo (DAG) e all’attivazione della protein chinasi C (PKC)
  •  
  • SEGNALAZIONE DEL RECETTORE PER L’INSULINA Oltre agli effetti sul metabolismo del glucosio, l’insulina è anche un potente stimolatore della sintesi dei lipidi (negli adipociti), della sintesi proteica e della crescita e proliferazione cellulare.
  • L’interazione fra recettore e proteine IRS -1 o IRS-2 fosforilate, determina l’interazione con proteine diverse aventi in comune una sequenza simile di aminoacidi, detta dominio SH2 come le proteine chinasi PI(3)K, Grb2, attivando le vie di segnalazione. Il recettore per l’insulina è costituito una catena  e da una catena  , legate da ponti disolfuro. Il legame con il ligando attiva la fosforilazione del recettore e dei Substrati Recettori per l’Insulina (IRS).
  • Gli ISR fosforilati sono a loro volta in grado di legarsi a proteine diverse aventi in comune una sequenza simile di aminoacidi, detta dominio SH2 Motivo fosfotirosinico Dominio SH2 di una proteina che si lega al recettore ISR
    • Gas disciolto
    • Prodotto secondario dall’aminoacido arginina
    • Passa facilmente attraverso le membrane
    • Cellule endoteliali dei vasi lo rilasciano come messaggero per le cellule muscolari lisce. Si rilassano ed aumenta il flusso sanguigno
    Ossido Nitrico (NO)
  • Impiego di composti che si degradano in ossido nitrico per il trattamento dell’angina
    • Molecole segnale contenenti lipidi
    • Legano recettori sulla superficie cellulare
    • Effetto Autocrino e Paracrino
    • Prostaglandine, prostacicline, trombossani e leucotrieni
      • Stimolano l’aggregazione delle piastrine
      • Infiammazione
      • Contrazione muscolo liscio
      • Aspirina ed anti-infiammatori inibiscono la formazione di queste molecole
    Eicosanoidi e Leucotrieni
    • Proteoglicani : Grosse molecole costituite da un nucleo proteico a cui
    • sono attaccate molecole di glicosaminglicani (GAG) costiuiti da disaccaridi
    • (A-B-A-B-A-B..... ). I proteoglicani possono essere assemblati in
    • complessi giganti, mediante il legame dei loro nuclei proteici con acido ialuronico. A causa della loro natura sono in grado di legare una
    • grande quantità di molecole di acqua.
    • Proteine fibrose
      • Collagene
      • ed Elastina
    • Glicoproteine adesive
      • Fibronectina
    Interazioni cellula-ECM
  • Per capire come un segnale cellulare possa essere trasmesso attraverso l’interazione cellula-cellula o cellula-matrice extracellulare, basta ricordare che tali rapporti richiedono sempre la partecipazione di specifiche proteine di membrana, in grado di sostenere l’organizzazione della connessione tra cellule o della matrice extracellulare. Le integrine sono una famiglia di proteine di membrana che si legano a componenti della matrice extracellulare come la fibronectina ed il collagene, trasmettendo il segnale dall’esterno all’interno della cellula.
  • La proteina integrina, è in grado di modificare la propria struttura tridimensionale nei punti in cui la matrice extracellulare o le connessioni tra cellule subiscono alterazione, attivando un segnale intracelluare che influenza molti aspetti del comportamento cellulare come il differenziamento, la mobilità, la crescita, la sopravvivenza stessa.
  • Le modificazioni conformazionali successive al legame della integrina a collagene o fibronectina, determinano l’interazione con molecole quali Talina e  –Actinina che determinano il collegamento con componenti del citoscheletro. I domini citoplasmatici delle integrine sono associati anche a protein chinasi come FAK (chinasi delle adesioni Focali) e Src. La loro attivazione, conseguente all’interazione fra integrine e ligandi extracellulari, attiva la cascata di reazioni che trasmettono i segnali attraverso la cellula.
  • Analogamente, una modificazione della struttura tridimensionale della proteina integrina può determinare l’attivazione di un secondo messaggero in grado di iniziare la sintesi di nuove proteine, come miosina ed actina.
  • Anche le caderine (Ca++ -aderine) (recettori adesivi che mediano il riconoscimento e l’adesione cellula-cellula, insieme alle CAM Cell Adhesion Molecules) generano segnali intracellulari in risposta all’adesione fra cellule. In questo caso è la B catenina e svolgere un ruolo fondamentale. La B catenina è una proteina ponte che collega l’actina del citoscheletro alla caderina, ma può anche legarsi un fattore di trascrizione (LEF1) e traslocare nel nucleo. La formazione di legami fra cellule favorisce l’associazione B catenina alla caderina, inibendo l’interazione con LEF1.
    • Periodo di vita determinato
    • Manifestazione di una funzionalità alterata
      • Selezione clonale dei linfociti autoimmuni
    • Sviluppo embrionale
      • Spazi inter-digitali
    • Cellule infettate da virus oppure con mutazioni
    • Le cellule morte vengono fagocitate dai macrofagi
    Apoptosi dipende dai segnali
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  • Le varie vie di trasmissione del segnale interagiscono reciprocamente, mettendo in grado le cellule di produrre una risposta adatta a una combinazione di segnali complessa. Alcune combinazioni significano per la cellula che deve continuare a vivere, altri che deve riprodursi; in presenza di segnali apoptotici le cellule si suicidano