9. patologia molecolare dei recettori
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PATOLOGIA MOLECOLARE DEI RECETTORI
Prof.ssa Elisa Petrangeli
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
Patologia di recettori con perdita di funzione
• Mutazioni geniche inattivanti• Assenza di proteine recettoriali• Alterazioni post-traduzionali dei recettori
Patologia dei recettori con perdita di funzione:
Perdita di funzione dei recettori per le LDL
LE LIPOPROTEINELE LIPOPROTEINE
Significato clinico
Metabolismo HDL e trasportatore inverso del colesterolo – la via endogena
CholesterolTriglycerides
Apo B-100
Apo E
Apo C-II IDL
Pinocitosi con recettore scavenger
LDL
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
Vescicolarivestita
Colesterolo libero
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 rivestitaepatocita
TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL COLESTEROLO
sintesi endogenadel colesterolo
-+
esterificazione (immagazzinamento)del colesterolo
disponibilità di colesterolo
EnzimaACAT
sintesi del recettore per le LDLDNA
RNARNA
RER
ribosomi
apparato del
Golgi
Enzima HMG-Coareduttasi -
IPERCOLESTEROLEMIA FAMILIARE (FH)
Trasmissione: autosomica dominantefrequenza: 1 malato: 500 nati sanipatogenesi: 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)
XANTOMI
ATEROMI
INFARTO
IL GENE PER IL R-LDL E LA SUA STRUTTURA PROTEICA
5'
3'
Sequenzepromoter
1
23456789101112131415
1617
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
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
inserzionedelezionenonsenso
missenso
splicing
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:
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.
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 AG5' 3’
GT AG
GT AG
GT A G5' 3’
PROCESSING
mRNA
C
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
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
Alterazionedellemodificazionipost-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)
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 presentecon 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)
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
LysAsnAsn
Arg Stop
Il recettore non può più quindi interagire correttamente con la clatrina, divenendo così impossibile la sua internalizzazione
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
DIAGNOSI DELL’ FHI 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 .
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.
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
mutazione dell’Apo B100 (FDB)
mutazione dell’R-LDL (FH)
Mancatainternalizzazione del colesterolo
ipercolesterolemia
Le due malattie sono praticamente indistinguibili
IPERCOLESTEROLEMIA DA FH E/O DA FDB
LDL
Resistenza ormonale
• Mancata funzione di un recettore,• generalizzata o distrettuale:
es resistenza del recettore per l’ormone tiroideo con sindromi cliniche variabili.
Sindrome da resistenza agli ormoni tiroidei
Assenza di geni dei recettori per ormoni
• Sindrome di Morris o femminilizzazione testicolare
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.
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)
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
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
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)
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).
11ß idrossisteroido deidrogenasi e recettore mineralcorticoide
(RM)
aldosterone
Recettoremineralcorticoide
cortisolo
Recettoremineralcorticoide
Recettoremineralcorticoide
11ß idrossisteroido deidrogenasi tipo 2
cortisone