patologia generale, fisopatologia, medicina, corso c, uniroma1

1. PATOLOGIA MOLECOLARE
DEI RECETTORI
Prof.ssa Elisa Petrangeli

2. Patologia molecolare dei recettori o
di proteine del signaling
Le alterazioni geniche di proteine recettoriali possono dar
luogo ad alterazioni funzionali:
• Perdita di funzione;
• Guadagno di funzione
• Funzione alterata o inappropriata
con sintomi clinici correlati

3. Patologia di recettori con perdita di
funzione
• Mutazioni geniche inattivanti
• Assenza di proteine recettoriali
• Alterazioni post-traduzionali dei recettori

4. Patologia dei recettori con perdita di
funzione:
Perdita di funzione dei recettori per le LDL
LE LIPOPROTEINELE LIPOPROTEINE

5. Significato clinico

7. Metabolismo HDL e trasportatore inverso
del colesterolo – la via endogena
Cho le ste ro l
Trig lyce ride s
Apo B-1 00
Apo E
Apo C-II IDL
Pinocitosi
con
recettore
scavenger

9. LDL

10. TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL
COLESTEROLO
recettore per LDL ri-esposto
sintesi di
componenti
della
membrana
cellulare,
ormoni
steroidei,
acidi biliari
ACAT
immagazzinamento
(sotto forma di
esteri del
colesterolo)
aminoacidi
(metabolismo)
endosoma
lisosoma
vescicola
di ricircolo
Vescicola
rivestita
Colesterolo libero

11. TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL
COLESTEROLO
core
(esteri del
colesterolo
)
LDL
apoproteina B-
100
recettore per
le LDL,
riconosce la
apoproteina
B-100
presente su
LDL e IDL
la complessazione con
l'LDL determina il
"clustering" dei recettori
che prendono contatto
con la clatrina.
Quest'interazione è
necessaria alla formazione
della fossetta rivestita e
quindi all'internalizzazione
delle LDL
clatrina
fossetta rivestita
vescicola
rivestita
epatocita

12. TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL
COLESTEROLO
sintesi endogena
del colesterolo
-
+
esterificazione (immagazzinamento)
del colesterolo
disponibilità
di colesterolo
Enzima
ACAT
sintesi del recettore
per le LDLDNA
RNARNA
RE
R
ribosomi
apparato
del
Golgi
Enzima HMG-Coa
reduttasi
-

13. IPERCOLESTEROLEMIA FAMILIARE (FH)
Trasmissione: autosomica dominante
frequenza: 1 malato: 500 nati sani
patogenesi: gli individui malati (sia etero- che omozigoti)
sono
portatori di mutazioni sul gene che codifica
per il recettore delle LDL.
Sugli epatociti il recettore per le LDL è promiscuo con le IDL, quindi la
sua mancanza determina un aumento delle IDL in circolo che, non
venendo direttamente rimosse, vengono trasformate in LDL,
aumentando ulteriormente il grado di ipercolesterolemia.
Il difetto genico si fa risentire soprattutto a livello degli epatociti,
preposti alla captazione e degradazione delle LDL circolanti.
La mancata eliminazione delle LDL a livello epatico determina
un'aumento dei livelli di LDL (e quindi colesterolo) in circolo che a sua
volta determina gravi manifestazioni cliniche (vedi oltre)

14. XANTOMI
ATEROMI
INFARTO

15. IL GENE PER IL R-LDL E LA SUA STRUTTURA PROTEICA
5'
3'
Sequenze
promoter
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
trascrizione
Dominio di
legame per
LDL (292 aa)
Dominio di
omologia per
l'EGF (400 aa)
Dominio di
glicosilazione
(58 aa)
Dominio
citoplasmatico
(50 aa)
Dominio trans-
membrana (58
aa)
splicing
traduzione
Modificazioni
post-
traduzionali
HOOC
NH2

16. IL GENE PER IL RECETTORE DELLE LDL E LE MUTAZIONI
CHE DETERMINANO LA FH
+ 2 kb + 4 nt
-1 kb -4 kb -5 kb -5 kb
-7 kb
+ 18 nt
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
+ 7 kb
(duplicazione)
-20 kb
-10 nt
G>A
-25 kb
inserzione
delezione
nonsenso
missenso
∆ splicing

17. EFFETTI DELLE MUTAZIONI SUL GENE PER IL R-LDL
recettore negativo (mancata sintesi): la mutazione genica
determina la mancata traduzione del recettore per le LDL
recettore negativo (mancato trasporto al golgi): la mutazione
genica determina la mancata maturazione del prodotto genico e
la sua conseguente esposizione sulla membrana delle cellule
recettore deficiente: la mutazione genica determina la sintesi
di un recettore caratterizzato da una capacità limitata di legare
le LDL (da 1 a 10% del recettore wild type)
internalizzazione deficiente: la mutazione genica determina la
sintesi di un recettore normalmente in grado di legare le LDL
ma incapaci di internalizzarle all'interno delle cellule
Sono state finora evidenziate centinaia di mutazioni diverse sul
gene per il recettore delle LDL che a livello fenotipico danno origine ad
effetti raggruppabili in quattro classi:

18. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
La mancanza del promotore impedisce
completamente la normale trascrizione dell'allele
mutato
-20 kb
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
FH siracusa
recettore
negativo
(mancata
sintesi)
Tale deficit sarà totale o parziale a differenza
dell'assetto genotipico (etero-omozigote)
Si verifica quindi un deficit quantitativo dell'R-
LDL espresso sulla superficie degli epatociti.

19. MECCANISMO DI SPLICING (PROCESSAMENTO)
DELL'RNA
TRASCRITTO PRIMARIO
DI RNA
La mancanza di
splicing determina
la formazione di un
RNA instabile che
viene degradato o
comunque non può
essere tradotto,
risultando quindi in
una mancanza di
proteina
sequenze
"consensus”
permettono il
corretto
avvicinamento
delle terminazioni
di due esoni
adiacenti e
vengono
riconosciute dagli
enzimi di splicing
che operano il
taglio della
sequenza intronica
GT AG
5' 3’
GT AG
GT AG
GT A G
5' 3’
PROCESSING
mRNA
C

20. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
La sostituzione G > A distrugge la consensus sequence GT
dell'introne 15
Ciò attiva delle consensus sequences criptiche presenti o nell'esone
15 o nell'introne 15
recettore
negativo
(ridotta sintesi)
G>A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
In queste condizioni lo spicing del trascritto non è corretto e l'mRNA
risultante è instabile
Nelle cellule che portano questo allele si osserva una diminuzione di
mRNA per il R-LDL (1/4 delle cellule sane)
L'mRNA che viene tradotto da origine a R-LDL mutati (+ corti o +
lunghi) dipendentemente dalla consensus sequence criptica utilizzata
durante lo splicing. Questi recettori sono comunque non funzionali

21. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
La mutazione determina la duplicazione
degli esoni 2-6 che portano a codificare un
dominio di legame duplicato
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
7 kb
recettore negativo
(mancato trasporto al
golgi) e recettore
deficiente
HOOC
NH2
Alterazione
del dominio
di legame
Alterazione
delle
modificazioni
post-traduzionali
La proteina così tradotta a livello del RER è
instabile. Viene modificata e trasportata in
superficie con maggiore difficoltà. Viene
inoltre degradata con maggiore velocità
Sulla superficie cellulare il recettore lega le
LDL con affinità e capacità diminuite (30% del
wild type)

22. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
Mutazioni puntiformi interessanti il
dominio extracellulare del recettore
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
7 kb
recettore presente
con diminuita affinità
per il ligando
HOOC
NH2
Alterazione
del dominio
di legame
Precursore normalmente processato
Sulla superficie cellulare il recettore lega le
LDL con affinità diminuita (5 - 10% del wild
type)

23. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
La mutazione determina la
generazione di un segnale di stop
(nonsense) che blocca la sintesi del
dominio intracellulare dell’ R-LDL.
internalizzazione
deficiente
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Lys
Asn
Asn
Arg Stop
Il recettore non può più quindi
interagire correttamente con la
clatrina, divenendo così impossibile la
sua internalizzazione

24. MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH
La mutazione determina la
sostituzione non conservativa
(missense) dell’aminoacido Tyr790 in
Cys.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
CysTyr
internalizzazione
deficiente
La proteina risultante è della
lunghezza corretta ma, a livello
citoplasmatico perde la corretta
struttura 3D, non riuscendo così ad
interagire con la clatrina

25. DIAGNOSI DELL’ FH
I sintomi non si sviluppano fino alla terza o quarta decade di
vita.
Essendo però una malattia ereditaria, sulla base dell'anamnesi
familiare si può procedere alla diagnosi precoce nel neonato: il
sangue prelevato dal cordone ombelicale contiene concentrazioni
di colesterolo totale doppie o triple (nel caso di eterozigoti) o
addirittura di 6-8 volte maggiore rispetto alla norma (nel caso di
omozigoti). La diagnosi è possibile anche in epoca prenatale, sulle
cellule del liquido amniotico.
Si deve quindi procedere alla diagnosi differenziale
dall'ipercolesterolemia poligenica, che viene senza dubbio
effettuata con la valutazione dei recettori per le LDL in colture di
fibroblasti del paziente donatore. La diagnosi deve poi essere
confermata dall'elettroforesi delle lipoproteine (aumento delle LDL)
e da una trigliceridemia normale.
Si può quindi procedere all'identificazione del tipo di difetto
genico con digestione del DNA del donatore con enzimi di
restrizione e analisi in southern blot .

26. QUADRO CLINICO DELL’ FH
L'aspetto clinico più evidente è l'insorgenza di una
coronaro-sclerosi accelerata che si può manifestare già
verso i trent'anni.
Il deposito di colesterolo a livello della valvola aortica può
provocare una stenosi aortica sintomatica.
I pazienti omozigoti non adeguatamente seguiti muoiono
precocemente (entro i vent'anni) per le complicanze
dell'infarto.
I pazienti eterozigoti possono incorrere in infarto
miocardico gia verso i trent'anni, con picco d'incidenza tra la
quarta e la quinta decade di vita.
Anche nelle donne si ha un'incidenza aumentata di
infarto, ma l'età d'insorgenza è spostata di 10 anni rispetto ai
maschi.
All'età di sessant'anni più dell' 85% dei pazienti ha avuto
un infarto miocardico.

27. Trasmissione: autosomica dominante
frequenza : 1 : 500
patogenesi : gli individui malati (sia etero- che omozigoti)
sono portatori di mutazioni sul gene che codifica per l’apo B100
(transizione G ---> A al codone 3500, che risulta
nella sostituzione dell’aa Gln ---> Arg nella
corrispondente posizione della proteina.
Nella popolazione europea/nordamericana il 2-5 % dei pazienti
diagnosticati con FH risultano poi essere invece affetti da FDB.
La proteina viene normalmente tradotta ed assemblata
nelle LDL, ma queste risultano avere una affinità
marcatamente ridotta per il recettore delle LDL presente
sugli epatociti.
DEFICENZA FAMILIARE DI APO B100 (FDB)
Il quadro clinico e la terapia sono assolutamente
sovrapponibili a quelli visti per l’FH

28. mutazione dell’Apo
B100 (FDB)
mutazione dell’R-
LDL (FH)
Mancata
internalizzazione del
colesterolo
ipercolesterolemia
Le due
malattie sono
praticamente
indistinguibili
IPERCOLESTEROLEMIA DA FH E/O DA FDB
LDL

29. Resistenza ormonale
• Mancata funzione di un recettore,
• generalizzata o distrettuale:
es resistenza del recettore per l’ormone
tiroideo con sindromi cliniche variabili.

30. Sindrome da resistenza agli ormoni tiroidei

31. Assenza di geni dei recettori per
ormoni
• Sindrome di Morris o femminilizzazione
testicolare

32. Resistenze agli androgeni (Femminilizzazione
testicolare o s di Morris).
Pazienti geneticamente maschi, con caratteristiche fenotipiche
femminili.
E’ geneticamente trasmessa come carattere recessivo legato al
sesso, essendo il gene per il recettore androgenico (RA)
localizzato sul cromosoma X.
La resistenza può essere totale (assenza o completa
inattivazione del gene per il RA) o parziale di vari gradi (a
seconda del tipo di mutazione inattivante).
I genitali esterni sono di tipo femminile con vagina a fondo cieco,
utero assente. I testicoli ritenuti nelle grandi labbra o in altri
tratti del canale di migrazione
Lo sviluppo puberale di questi soggetti è di tipo femminile,
menarca assente ed alti livelli ematici di testosterone ed LH.

33. Femminilizzazione testicolare (s. Morris)
Assenza completa o
bassissima espressione del
recettore androgenico
Espressione di recettore
androgenico mutato
(numerose mutazioni
descritte nella regione di
legame degli androgeni)

34. Patologia di recettori con
guadagno di funzione
• Mutazioni geniche attivanti il gene del
recettore del TSH:
• Mutazioni germinali che si manifestano in
tutto l’organismo con ipertiroidismo;
• Mutazioni somatiche con formazione di
adenoma funzionante

35. Riconoscimento improprio del
recettore: fenomeno dello spill-over
• Il ligando lega il recettore con alta specificità;
• Ligandi molto simili possono presentare affinità
per i rispettivi recettori anche se con minor
affinità;
• L’aumento delle concentrazioni di un ormone,
può favorire il suo legame con un recettore
specifico per altro ormone simile: fenomeno del
traboccamento ormonale.
• Es fisiologici: l’aumento delle gonadotropine in
menopausa o di beta-HCG in gravidanza
contribuiscono a stimolare la tiroide, legando il
recettore del TSH

36. Fenomeno dello spill-over
Es di stimolazioni patologiche:
Mola vescicolare HCG tireotossicosi (TSHR);
Morbo di Cushing ACTH iperaldosteronismo (MR)
Cortisolo in eccesso iperaldosteronismo (MR)
Acromegalia GH galattorrea (PRLR)

37. Pseudoiperaldosteronismo da deficienza di 11
beta-idrossisteroidodeidrogenasi
• 11 beta-idrossisteroidodeidrogenasi: enzima che
converte il cortisolo in cortisone (meno
attivo) negli epatociti e nelle cellule
tubulari del rene.
• Il cortisolo si accumula nelle cellule
tubulari e compete con l’aldosterone
presente in quantità minore, mimandone
gli effetti (fenomeno del trabboccamento).

38. 11ß idrossisteroido deidrogenasi e
recettore mineralcorticoide (RM)
aldosterone
Recettore
mineralcorticoide
cortisolo
Recettore
mineralcorticoide
Recettore
mineralcorticoide
11ß idrossisteroido
deidrogenasi tipo 2
cortisone