*ORMONI E COMUNICAZIONE INTRACELLULAREClassificazione funzionale degli ormoni; Interazioni ormone-recettore; Agonisti e antagonisti; Trasduzione del segnale per ormoni non- steroidei e non-tiroidei; Proteina G e recettori beta adrenergici; Trasduzione del segnale per ormoni steroidei e tiroidei

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*Jaipur, India

*OrmoniPresenti nel sangue in tracce (10-15-10-9 M), generano profonde alterazioni intracellulariAndreas van Wescle o Andrea del Vesalio (Bruxelles 1514 Zante 1564), fondatore della moderna anatomia, descrisse molti organi endocriniClaude Bernard (Villefranche-sur-Sane 1813 Parigi 1878), fisiologo, studi le funzioni del pancreas (premio dell'Accademia delle Scienze francese), funzione glicogenica del fegato e diabete mellito, i nervi vaso-motoriErnest Starling (Londra 1866 1927), svilupp la legge di Starling (relazione fra volume diastolico e gittata cardiaca), scopr il primo ormone (secretina) e la funzione dei tubuli convoluti distaliInvent il termine ormone dal greco (stimolare, mettere in moto) dietro suggerimento di W.T.Vesey, professore di grecoSir William Maddock Bayliss (Wolverhampton 1860 Londra 1924), collaboratore di StarlingIn una causa contro gli anti-vivisezionisti "Brown Dog Affair" nel 1903, vinse 2,000 che don allUniversit

*OrmoniClassificazione funzionale:Endocrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio distanteNeuroendocrino: azione esplicata attraverso i neuroni Paracrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio contigua Autocrino: agisce sulla stessa ghiandola nella quale originaFeromone: trasmesso tra cellule di organismi differentiClassificazione strutturale:Proteici: ormone della crescita (GH), insulina, glucagoneGlicoproteici: tireotropo (TSH), follicolo-stimolante (FSH)Steroidei: cortisolo, aldosteroneTiroidei: tetraiodotironina, triiodotironinaAminici: Adrenalina, noradrenalina

*Azione degli ormoniAgiscono tramite recettoriInterazioni ormone-recettore analoghe a substrato-enzima:SaturabiliMichaelis-MentenAltissima affinit (KD=10-6-10-9 M)Specificit alta ma non assolutaNon si parla di inibitori ma diAgonisti: analoghi dellormone, ne imitano lattivit biologica

Isoproterenolo (farmaco per asma), imita catecolamine, favorisce il rilascio dei muscoli bronchialiAntagonisti: analoghi dellormone, ne bloccano lattivit biologica

Propranololo (farmaco per cardiopatie), blocca recettori adrenergici nei vasi sanguigni

*Ormoni non-steroidei e non-tiroidei:Trasduzione del segnale nel 1967 d.C.Spiega lazione di alcuni ormoni (ad es., adrenalina), ma non la grande versatilit della risposta ormonale (ad es., acetilcolina)

*Modello reale dellazione di molti ormoniRegolazione a feedback negativoDiversi ormoni possono controllare un singolo processoDiversi processi controllati da un singolo ormone

*Recettori ormonaliDi superficie per ormoni idrosolubili Intracellulari per ormoni liposolubili (steroidei e tiroidei)

*Trasduzione del segnale Ormoni steroidei e tiroidei

*Trasduzione del segnale Ormoni non steroidei e non tiroidei

*Recettore 2-adrenergicoPrototipo di recettore associato a una proteina GAttivato da adrenalina7 segmenti transmembrana

*Recettori (7 segmenti transmembrana)b1

Cuore, aumenta frequenza e forza di contrazioneAdipociti, aumenta lipolisiIntestino, diminuisce motilit2

Polmone, rilascio della muscolaturaFegato, aumenta glicogenolisiIntestino, diminuisce motilit Tirosin-chinasi 1

Virus del sarcoma aviario, oncogeneEpidermide, fattore di crescitaUbiquitario, recettore per insulinaPiastrine, fattore di crescitaGuanilato ciclasi 1

Atrio cardiaco, omeostasi dei liquidi corporeiEndotelio, recettore per NO1

Iride dell'occhio, contrazioneIntestino, diminuisce motilitGhiandole salivari, secrezione di acqua e di potassio 2

Cellule pancreatiche B, diminuisce secrezionePiastrine, causa aggregazioneCellule adipose, diminuisce della lipolisiStomaco, diminuisce motilit?

Arteriole, costrizioneSfintere della vescica, contrazioneOrgani sessuali maschili, eiaculazione

*Proteina G (GTP-binding protein)Proteina G = + + : unit catalitica -GDP, inattiva -GTP, attivas, stimola leffettore i, inibisce leffettore >20 isoforme : ancoraggio alla membrana >6 isoforme : alta affinit per subunit , affinit variabile per subunit >4 isoforme Molte proteine G diverse, grande flessibilit di risposta

Tossina del colera: previene idrolisi di GTP, attivazione sostenuta, efflusso di H2O e elettroliti nellintestinoTossina della pertosse: previene attivazione GTP-dipendente, disaccoppiamento dei recettori

*Meccanismo dei recettori adrenergici mediato dalla proteina G

*Due possibili targets della proteina G

*Effetti citoplasmatici e nucleari

*Proteine G

Tipo

Localizzazione

Stimolo

Effettore

Effetto

Gs

Fegato

Adrenalina, glucagone

Adenilato ciclasi

Scissione glicogeno

Gs

Adipociti

Adrenalina, glucagone

Adenilato ciclasi

Lipolisi

Gs

Rene

ADH

Adenilato ciclasi

Ritenzione acqua

Gs

Follicolo

LH

Adenilato ciclasi

( estrogeni

Gi

Cuore

Acetilcolina

Canale K

( forza

Gi/Go

Neuroni

Endorfine, oppioidi

Adenilato ciclasi

Attivit elettrica

Gq

Muscolo liscio

Angiotensina

Fosfolipasi C

Contrazione

Golf

Epitelio naso

Molecole odorose

Adenilato ciclasi

Sensazione olfattiva

Trasducina

Coni e bastoncelli

Luce

cGMP fosfodiesterasi

Segnali visivi

*Secondi messaggericAMP; Fosfatidil inositolo difosfato; Fosfolipasi A2; Prostaglandine e leucotrieni;

*Pushgarh, Rajasthan, cottura del riso

*cAMPSistema -adrenergico - proteina GsMeccanismo analogo per GTP cGMP GMP

*Protein kinasi Aattivata da cAMPTarget: residui Ser e Thr di altre proteine (fosforilazione)AUMENTA lattivit di alcuni enzimiGlicogeno fosforilasi, citrato liasi, fosforilasi b chinasi, HMG-CoA reduttasi chinasi e altri...DIMINUISCE lattivit di altri enzimiAcetil-CoA carbossilasi, glicogeno sintasi, piruvato deidrogenasi, HMG-CoA reduttasi e altri...

*Fosfodiesterasi (PDE)termina il segnale di cAMP e cGMPcAMP 5-AMP, cGMP 5-GMPTarget di interventi farmacologiciMetilxantineTeofillineMilrinone (cardiotonico)Attivazione delle piastrine, tono dei muscoli lisci (broncodilatatori, vasorilassanti etc), contrazione cardiacaSildenafil (Viagra)

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*Fosfatidil inositolo difosfato (PIP2)IP3 reticolo endoplasmicoMobilizzazione di Ca++DAG, Attiva protein kinasi C

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*Sistema fosfolipasi C, PIP2 DAG + IP3DAG: protein kinasi C mitosi crescitaIP3: rilascio Ca++ da vescicoleLi+ (farmaco per depressione nervosa)IP3 + ATP IP4 + ADP risposte prolungate (memoria?)

*FosfolipasiIdrolizzano fosfogliceridi generando lipidi come secondi messaggeri

*Fosfolipasi A2 acido arachidonico (20 C su C2)Acido arachidonicoAc. grasso essenziale -6, presente solo negli animaliOrigina gli eicosanoidi (20 C)Cicloossigenasi Prostaglandine (t1/2 breve, minuti)COX-1 costitutiva, COX-2 inducibile da stimoli infiammatoriProstaglandine specifiche per ogni tessuto

Piastrine: trombossano A2 (TXA2)Cellule endoteliali: PGE2 (vasodilatatori)Mucosa gastrica: PGE (sopprime secrezione gastrica)Endometrio: PGE2 e PGF (induce contrazioni uterine, con ossitocina inizia il travaglio)Leucociti: PGE2 e TXA2 (mediatori dellinfiammazione)Monociti e macrofagi: IL-1 (mediatore della febbre)Lipossigenasi Leucotrieni (t1/2 lungo, ore)

LeucocitiBronchi: vasocostrittori (anafilassi nellasma, contrazione protratta dei muscoli lisci nella trachea e nel tratto GI, con aumento della permeabilit capillare)

*Farmaci antiinfiammatoriGlucocorticoidi: reprimono COX-2 e inbiscono fosfolipasi A2Antiinfiammatori non-steroidei (aspirina, indometacina e ibuprofen) inibiscono COXArtrite (PGE), vanno bene entrambiAsma (leucotrieni) risponde a steroidi ma non a aspirinaUlcera peptica (PGE) peggiorata da aspirina (aumenta secrezione acida)

*NO

*

*

Sistema cAMP

Sistema PIP2

Sistema arachidonato

Sistema cGMP

Neurotrasmettitore

Recettore

Norepinefrina

acetilcolina

Norepinefrina

acetilcolina

Istamina

Ormone

ACTH, ANP, CRH, CT, FSH, Glucagone, hCG, LH, MSH, PTH, TSH

AGT, GnRH, GHRH, ossitocina, TRH

ANP

Trasduttore

Gs e Gi

Gq

G

Effettore

Adenilato ciclasi

Fosfolipasi C

Fosfolipasi A

Guanilato ciclasi

Secondo messaggero

cAMP

IP3 e DAG

Arachidonato

cGMP

Target

Protein kinasi A

Ca++ e protein kinasi C

Lipossigenasi e ciclossigenasi

Protein kinasi G

*Meccanismi specificiCascate ormonali da stimoti neuro-sensoriali; Ormoni ipofisari e ipotalamici; Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide; Asse ipotaIamo-ipofisi-surrenali e ormoni della corteccia surrenalica; Glucocorticoidi, mineralocorticoidi e androgeni; Biosintesi e secrezione degli ormoni steroidei; Asse ipotalamo-ipofisi-gonadi; Asse dellormone della crescita; Asse della prolattina; Catecolamine; Ormoni pancreatici

*Jaisalmer, incontri notturni

*Cascate ormonaliStimoli iniziali neuro-sensorialiAnelli di retroazione negativa (feedback)

*Ormoni ipofisari e ipotalamiciIpotalamo

*Biosintesi ormoni ipotalamici e ipofisariCome tutti gli ormoni polipeptidici:Sintetizzati in forma pre-pro (pre-pro-vasopressina, pre-pro-ossitocina) La catena polipeptidica nella forma pre-pro contiene:una sequenza segnale, per esportare la proteina fuori dalla cellulauna o pi sequenze rimosse durante la maturazione

*Pre-pro-opiomelanocortina8 ormoni codificati da un solo gene (wowww!!)

*Asse ipotalamo-ipofisi-tiroideIpotalamo Ormone di rilascio della tirotropina (TRH)Fosfolipasi C e Ca++Ipofisi anteriore Ormone di stimolazione della tiroide (TSH)cAMP, PKAIodio >150 g/giorno di I2 (dieta)I2 I- nellintestinoTiroide triiodiotironina (T3), triiodiotironina inversa (rT3), tiroxina (T4) rT3 inattiva, T4 preormone, T3 metabolicamente pi attivaAttivit sotto controllo di deiodinasi (tiroide e tessuti target): T4 T3Targets: Gran numero (tutti?) di tessuti

*Formazione di T3 e T4Iodio + tirosina MIT o DIT

MIT + DIT T3 DIT + DIT T4 (tiroxina)rT3: anello con due I distale e quello con 1 I prossimale

*TiroideIngresso di I- con cotrasportatore I-/Na+Inibitori competitivi: tiocianato, tecnezio, cloratoRiossidazione di I- a I2 nel follicolo (tireoperossidasi)Utilizzo di O2 da H2O2 (da mitocondri)Incorporazione in MIT e DITConiugazione con tireoglobulina (TG)[T4] >> [T3]t1/2: 6.5 giorni per T4 e 1.5 giorni per T3Secrezione sotto controllo dellormone di rilascio degli ormoni tiroidei (TSH)Trasporto ematico con TBG (tyroid-binding globulin)

*Funzioni degli ormoni tiroideiAccelerazione del metabolismo basale e del turnoverSenza alterazione dellequilibrio complessivoAumento del consumo di O2TermogenesiStimolazione delle proteine disaccoppianti mitocondrialiModulazione dei processi di sviluppo e maturazione dei tessutiGirino ranaHbF HbANel muscolo cardiaco: aumento dei recettori -adrenergici (aumento di forza e frequenza di contrazione)Induzione o repressione di determinati geniCoordinazione dellattivit motoriaOssificazione

*Patologie degli ormoni tiroideiIpotiroidismo (disfunzione ipotalamica, presenza di Ab-anti TSH, asportazione della tiroide):Sintomi spesso elusivi (aumento di peso, stanchezza)Mixedema (edema sottocutaneo)Diminuzione del metabolismo basale (bradicardia, sonnolenza, sensazione di freddo)NanismoCretinismo (gravi difetti multipli congeniti, ritardo mentale)Ipertiroidismo (eccessiva produzione di TSH, deficit di I2 o dei sistemi di trasporto di I2):Tachicardia, ipertensione, dispneaSudorazione, sensibilit a caldoRiduzione del peso corporeoRetrazione delle palpebreAumento in volume della tiroide (gozzo)

*Asse ipotalamo-ipofisi-surrenaliIpotalamo Ormone di rilascio della corticotropina (CRH) e vasopressina (ADH)cAMPIpofisi anteriore Ormone adrenocorticotrofico (ACTH)cAMPDa pro-opiomelanocortinaImplicato in bioritmi (max 5 AM)T1/2=10 minAgisce tramite cAMP come 2 messaggeroSurrenali Zona glomerulare: mineralocorticoidiZona fascicolata: glucocorticoidi e ormoni sessualiZona reticolare: adrenalinaZona midollare: noradrenalina

*Ormoni steroidei della corteccia surrenalicaTutti gli ormoni steroidei derivano dal colesteroloCatena laterale al C17:Accorciata a 2 C progestinici, corticosteroidiRimossa completamente androgeni, estrogeniAggiunta di gruppi -OH o chetoniciMineralocorticoidi: aldeide al C18Estrogeni: anello A aromatico

*ProgestiniciColesterolo pregnenolone + aldeide isocaproicaCatalizzata da desmolasi mitocondriale Pregnenolone progesterone Enzimi microsomialiSuccessive reazioni di idrossilazione catalizzate da cyt P-450 (flavoproteina mitocondriale o del reticolo endoplasmico)

*ColesteroloBiosintesi degli ormoni steroidei

*Sintesi degli ormoni steroideiACTH: ormone adreno corticotroficoPK: protein chinasiSTAR: Steroido-genesis acute regulatorConvertito a pregnenolone da citocromo P450

*Difetti della sintesidi ormoni steroidei

*Sindromi adrenogenitaliIncidenza 1:10000Situazione normale: feedback negativo che agisce sulla pituitariaSindrome non trattata: eccessiva produzione di androgeniTrattamento con cortisolo

*Secrezione degli ormoni steroideiNon immagazzinabili, liberati nel plasma appena sintetizzati Liposolubili, richiedono proteine di trasporto:Glucocorticoidi: cortisol-binding globulin (-globulina, la sua presenza determina la permanenza in circolo dei glucocorticoidi)Mineralocorticoidi: albumina (rapidamente eliminati)Androgeni: captati da gonadi e trasformati in altri ormoni sessualiCatabolizzati nel fegato (glucuronide)Il livello di ormone circolante determinato daVelocit di sintesiPresenza della proteina di trasportoFunzionalit epaticaSemivita nel plasma pi lunga degli ormoni non-steroidei e non-tiroidei (non hanno proteine di trasporto)

*Glucocorticoidi e cortisoloSotto controllo di ACTHSoggetta a bioritmi (mattina >> sera)Proteina di trasporto: Cortisol-binding globulin (CBG)t1/2=100 minEFFETTI:Aumento di gluconeogenesi, glicogeno epatico, lipolisi, biosintesi proteica (come glucagone, ma pi lento)

Pu causare diabeteSoppressione di risposta immunitaria ed infiammatoria (cortisone)Incremento dellultrafiltrazione renalePATOLOGIE PRINCIPALIMorbo di Addison: insufficienza surrenalica ipoglicemia, intolleranza a stress, debolezza, ipotensioneSindrome di Cushing: eccesso di glucorticoidi (somministrazione farmacologica o adenoma delle surrenali, o aumento di ACTH) iperglicemia, catabolismo delle proteine, perdita di massa corporea, faccia a luna piena (accumulo di tessuto adiposo sul viso)

*Mineralocorticoidi e aldosteroneSotto controllo del sistema renina-angiotensinaStimolato da ipotensione, dieta priva di saliInibito da ipertensione, dieta ricca di saliEFFETTI:riassorbimento di Na+ nel rene (riassorbimento di H2O)secrezione di K+ e H+ (urine acide) PATOLOGIE:Sindrome di Conn (aldosteronismo primario) riassorbimento di Na+, volume extracellulare, ipertensione, K+ Insufficienza surrenalica gluconeogenesi, sensibilit a insulina, ipoglicemia, ipotensione

*Asse ipotalamo-ipofisi-gonadiIpotalamo Ormone di rilascio della gonadotropina (GnRH) Ca++, PIP2 e PKCIpofisi anteriore Ormone follicolo stimolante (FSH), ormone luteinizzante (LH)FSH e LH (glicoproteine) hanno funzioni relativamente simili in entrambi i sessi

*FSH e LH nei testicoliSecrezione di testosterone (via proteina G)Proteine di trasporto

Albumina aspecificaSex-hormone binding globulin (SHBG) specificaTargets:

Organo del Sertoli (spermatogenesi)Tessuto muscolare: sintesi proteica anabolismo

*FSH e LH nellovaioSecrezioni ritmiche col ciclo mestruale:Secrezione di estradiolo maturazione del follicoloIn concerto con progesterone: ciclo mestrualeIn concerto con insulin-like growth factor I (IGF-I): crescita e maturazione dei caratteri secondari femminiliTurnover dellosso (osteoporosi senile)

*Asse dellormone della crescita (GH)Ipotalamo Ormone di rilascio di GH (GHRH)cAMP, Ca++-CaMInibito da somatostatinaIpofisi anteriore GHProteina di trasporto specifica Rilascio in picchi ogni 3-4 h (specie durante il sonno)FegatoStimolazione di lipolisi, induce resistenza allinsulina Produzione di insulin-like growth factor (IGF-I)

Proteina di trasporto specifica Marker dellattivit di GHTessutiStimolazione dellutilizzo di acidi grassi con risparmio di glucosio Stimolazione dellutilizzo di aminoacidi con sintesi proteicaPatologie:GH (ipopituitarismo): difetti di crescita GH (tumore dellipofisi): gigantismo, acromegalia

*Asse della prolattinaNeuroni dopamina (controllo negativo)cAMP, Ca++-CaMInibito da somatostatinaIpofisi anteriore prolattinaGhiandola mammaria: secrezione di lattoalbuminaMeccanismo simile a quello del GH (citochina)Patologie:prolattina (tumore dellipofisi o deficit di dopamina): irregolarit mestruale nelle donne, iperplasia prostatica negli uomini

*Catecolamine: Ormoni della midollare surrenalemediano ladattamento allo stressTyr: precursore (anche Phe)Tyr idrossilasi: Reazione limitanteDOPA, diidrossifenilalanina (carente in Parkinson)Passa la barriera emato-encefalica e funge da farmacoDopammina: non passa la barriera emato-encefalicaIn caso di deficit: DOPAIn caso di eccesso: metil-DOPAAdrenalina e noradrenalinaAccumulo nei granuli cromaffiniRilasciati con stimolazione -adrenergicaMetabolizzati rapidamente nel plasma

catecolo metiltransferasi (COMT) e monoamina ossidasi (MAO)Inibitori di COMT e MAO: eccitatori nervosi

*Ormoni pancreatici: insulina e glucagone

*Maturazione di insulina

*InsulinaCellule delle isole di LangerhansAgonisti -adrenergici inibisconoAgonisti -adrenergici e i derivati della sulfonilurea (tolbutammide) stimolanoFortemente conservata: insulina bovina e suina usabili nelluomoPro-insulina d reazioni crociate con insulinaLivello di peptide C discrimina insulina eso- ed endogena

*Recettore per insulinaLegame con insulina attiva recettore Tyr chinasi (autofosforilazione)Attivazione di cascata kinasicaRisposte metaboliche veloci (tendenti a diminuire la glicemia)Aumento di:

Trasporto di glucosio (GLUT-4)Sintesi di glicogenoGlicolisiInibizione di:

GluconeogenesiGlicogenolisiLipolisiRisposte biosintetiche lente o a lungo termineAumento di:

Sintesi proteicaReplicazione cellulareRegolazione dellattivit del recettore e del livello di ormone circolante tramite endocitosi (desensibilizzazione)

*DiabeteInsulino-dipendente (10%, giovanile o tipo I), secrezione di insulina insufficienteVirus o tossina determinano la distruzione delle cellule del pancreasLa malattia si manifesta solo quando >90% delle cellule sono distrutteNon-insulino-dipendente (90%, tipo II o dellet adulta)Bassa espressione del recettore (degradazione o internalizzazione) o resistenza allinsulinaAumento della glicemiaDiminuzione dellassunzione di glucosio dal tessuto muscolare e adiposoObesit

*GlucagoneCellule delle isole di LangerhansSecreto come pro-glucagoneAgisce tramite recettori e cAMPInattivato nel fegatoBreve t1/2 in circoloStimolatore di:Gluconeogenesi GlicogenolisiChetogenesiAssunzione di aminoacidiInibitore di:GlicolisiGlicogenesi

*Insulina vs glucagone

*SomatostatinaCellule delle isole di LangerhansSecreta come precursoreTargets:Pancreas: Inibisce la secrezione di insulina e glucagoneStomaco e intestino: Diminuisce la secrezione di gastrina

Prolunga il tempo di svuotamento gastricoRallenta lassorbimento intestinale degli zuccheriRiduce il passaggio dei nutrienti in circoloCervello e ipofisi: inibisce secrezione di GH

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