La segnalazione intercellulare

L’evoluzione degli organismi multicellulari dipende dalla capacità delle cellule di comunicare una con l’altra.

La comunicazione intercellulare regola lo sviluppo e l’organizzazione dei tessuti,

controlla la crescita e la divisione cellulare, la lorosopravvivenza e coordina le diverse attività cellulari.

La comunicazione intercellulare negli animali superiori ècomplessa, suggerendo che molti geni in questi organismi

siano coinvolti nel suo controllo e coordinazione.

Discuteremo soprattutto dei meccanismi di comunicazione“indiretti”, cioè mediati da segnali chimici secreti,

dette “molecole segnale”.

Tre strategie di segnalazione chimica:paracrina, sinaptica ed endocrina

Molte cellule secernono

una o più molecole

segnale,che funzionano

come mediatori chimici

locali

Le cellule endocrine

secernono gli ormoni

che influenzano cellule

bersaglio anche molto

lontane

Le cellule nervose

secernono i

neurotrasmettitori,

mediatori chimici a

corto raggio, che

agiscono nelle sinapsi

La segnalazione autocrina: alcune cellule secernono una o piùmolecole segnale, che funzionano come mediatori chimici locali sulle cellule stesse.

Classificazione funzionale degli ormoni

� Endocrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio distante

� Paracrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio contigua

� Autocrino: agisce sulla stessa ghiandola nella quale origina

� Feromone: sostanza che comunica a distanza.

Gli ormoni diffondono a lunga distanza

attraverso il sangue, dove si diluiscono.

Agiscono a bassa concentrazione (10-8M)

I neurotrasmettitori si riversano nelle

sinapsi a concentrazioni elevate

(5 x 10-4 M)

IL SISTEMA ENDOCRINO è un sistema di comunicazione d eputato a regolare, integrare e coordinare svariati processi fisiologic i quali:

1. Digestione, utilizzo e immagazzinamento delle so stanze nutritive.

2. Crescita e sviluppo.

3. Metabolismo idrico-elettrolitico.

4. Funzione riproduttiva.

ORMONE

- Regolatore e coordinatore di funzioni biologiche multiple - Molecola organica potente e specializzata prodotta da cellule endocrine in risposta a stimoli specifici che esercita la propria azione su specifiche CELLULE BERSAGLIO .

CELLULA BERSAGLIO = cellula dotata di RECETTORE che riconosce per affinitàe specificità l’ormone.

RECETTORE = molecola proteica o glicoproteica che posta sulla superficie della cellula o all’interno riconosce e lega l’ormone.

I principali organi endocrini sono:- l’ipofisi,- la tiroide,- il timo,- le paratiroidi,- il pancreas endocrino,- le ghiandole surrenali,- le ovaie e la placenta per le donne,- i testicoli per l’uomo.

NATURA CHIMICA DEGLI ORMONI:

• 1. AMINOACIDICA

• 2. PEPTIDICA E PROTEICA

• 3. STEROIDEA

• 4. PICCOLI LIPIDI

• 5. PROSTAGLANDINE EICOSANOIDI

• 6. PROSTACICLINE

ORMONI: MECCANISMO D’AZIONE

• A – ORMONI IDROFILICI (natura proteica o amminoacidica) –hanno il recettore sulla membrana; agiscono tramite 2°MESSAGGERO:

• 1. Sistema adenilato ciclasi/cAMP

• 2. Sistema della fosolipasi (fosfatidilinositolo, DAG)

• 3. Canali ionici (Ca++)

• 4. Tirosina-chinasi (PO4--)

• B – ORMONI IDROFOBICI (steroidi e tiroidei) – hanno il recettore intracellulare; agiscono attraverso la regolazione dell’espressione genica.

Classificazione in base al meccanismo di azione

. Ormoni che legano recettori intracellulari (lipofili, tiroidei o steroidei)

. Ormoni che legano recettori sulla membrana plasmatica (idrosolubili), il secondo messaggero è:

.cAMP

.cGMP

.Ca++ o fosfatidilinositolo

.cascata chinasica o fosfatasica

Gli Ormoni sono:

Sostanze presenti a concentrazioni molto basse (10-15- 10-9 M)

�Generano alterazioni intracellulari

�Agiscono attraverso recettori e secondi messaggeri

QUINDI:

Interazioni ormone-recettore

Analoghe a quelle substrato-enzima:

� Saturabili

� Michaelis-Menten

� Altissima affinità (KD=10 -9-10-11 M)

� Specificità alta, ma non assoluta

� Cinetiche di ordine zero: La risposta dipende dalla densitàdei recettori e non dalla concentrazione di ormone

Agonista/antagonista• Un farmaco si dice agonista quando, legandosi a uno specifico recettore cellulare, lo attiva,

determinando quindi una catena di effetti biologici. P.es., l’eroina, la morfina e il metadone sono agonisti a livello dei recettori µ degli oppioidi.

• Viceversa, un farmaco si dice antagonista quando, pur legandosi al recettore, non lo attiva e in sostanza lo "blocca". Tipico antagonista a livello dei recettori µ è il naloxone.

• La capacità che un determinato farmaco ha di legarsi a un recettore, e che può essere maggiore o minore, si dice affinità del farmaco per il recettore. Un farmaco con affinitàelevata si legherà al recettore anche "scacciando via" un farmaco già legato, ma con affinitàpiù bassa.

• Il naloxone, antagonista ad altissima affinità per i recettori µ degli oppioidi, è capace di scacciare l’eroina o la morfina eventualmente già presenti, annullandone gli effetti. Per questo il naloxone è efficace per combattere un’overdose da eroina (e può scatenare una sindrome da astinenza nella persona dipendente), ma non ha nessun effetto significativo se preso da solo.

µ, K, ∆ recettori per oppioidi

Inibitori• Agonisti: analoghi dell’ormone, ne imitano l’attività biologica

– Isoproterenolo (farmaco per asma), imita catecolamine, favorisce

il rilascio dei muscoli bronchiali

• Antagonisti: analoghi dell’ormone, ne bloccano l’attività biologica

– Propranololo (farmaco per cardiopatie), blocca recettori

adrenergici nei vasi sanguigni

Agonista Antagonista

Le molecole segnale possono essere:

Idrosolubili: tutti i neurotrasmettitori, la maggior parte degli ormoni e dei mediatori chimici locali.

Sono idrofilici per cui non possono attraversare la membrana plasmatica e interagiscono quindi con le cellule rimanendo all’esterno.

Liposolubili: gli ormoni steroidei e tiroidei. Sono idrofobici ed attraversano il doppio strato lipidico.

Ormoni steroidei e tiroidei: Modificano l’espressione genica

Ormoni steroidei e tiroidei: il complesso ormone-re cettore si lega ad una regione specifica del DNA

o idrofobicheo idrofobiche

Gli ormoni idrosolubili viaggiano nel sanguee raggiungono le cellule bersaglio.

Gli ormoni liposolubili viaggiano nel sangue legati a proteine di trasportoe questo determina anche la loro emivita nel sangue

,

Innescando, in risposta, una cascata di eventi ed alterando comunque l’espressionegenica.

Sono esteri del colesterolo o altri steroli con acidi grassi

Il colesteroloè il principale sterolo di origine animale

Si ritrova:nelle membrane cellularinel sangue (HDL e LDL)e’ precursore degli ormoni steroidei, degli acidi biliarie’ precursore della vitamina D

Steroidi

Gli ormoni steroidei possono essere divisiin due classi: gli ormoni sessuali e progestinici e gli ormoni surrenalici.

Colesterolo → Ormoni steroidei

27 atomi C

21 atomi C 6 atomi C

19

18

Ciclopentanoperidrofenantrene

Vitamina A

Retinolo

Retinale

Retinoico

α-carotene

β-carotene

2 molecole di vit.A

Estrogeni, 18C

Androgeni,19CGlucocorticoidi, 21C

Mineralocorticoidi, 21C

Biosintesi degli ormoni steroideiColesterolo

Pregnenolone

Progesterone

11-deossi corticosterone

Corticosterone

Aldosterone

Estradiolo

17-OH pregnenolone

17-OH progesterone

11-deossi cortisolo

Cortisolo

deidroepiandrosterone

Androstenedione

Testosterone

Ormoni steroidei: Glucocorticoidi, mineralocorticoidi, androgeni, cal citriolo(vitamina D), acido retinoico. Derivano dal colesterolo (liposolubili). Richiedono proteine plasmatiche di trasporto (non sono im magazzinabili). Lunga semivita nel plasma (ore-giorni). Il livello di ormone circolante è determinato dalla veloci tà di sintesi. Legano recettori intracellulari (azioni mediate dal comp lesso ormone-recettore)

Secrezione degli ormoni steroidei

• Non immagazzinabili, liberati nel plasma appena sintetizzati

• Liposolubili, richiedono proteine di trasporto:

– Glucocorticoidi: α-globulina (la sua presenza determina la permanenza in circolo), il cortisolo ad es. si lega ad una glicoproteinaSierica: la transcortina, con una vita media di 60-70min

– Mineralcorticoidi: albumina (rapidamente eliminati), ad esl’aldosterone che non si lega efficacemente alle glicoprot. Sieriche ha vita media 20min

– Androgeni: captati da gonadi e trasformati in altri ormoni sessuali

• Il livello di ormone circolante è determinato da– Velocità di sintesi

– Presenza della proteina di trasporto

• Semivita nel plasma più lunga degli ormoni non-steroidei e non-tiroidei (non hanno proteine di trasporto)

• La biosintesi e il catabolismo degli ormoni steroidei avviene

nel fegato.

• Il catabolismo prevede reazioni che ne riducono l’attività

biologica e ne aumentano la idrosolubità, in modo da

favorirne l’escrezione urinaria. Ci sono anche reazioni di

coniugazione (glucuronidi e solfati) che hanno lo stesso

effetto.

• La secrezione degli ormoni steroidei viene monitorata

mediante l’escrezione urinaria (clearance)

• Non tutte le modifiche operate sugli ormoni

steroidei sono finalizzate al loro catabolismo,

ad es. la riduzione del testosterone non lo

inattiva, ma lo trasforma in estradiolo per

azione dell’aromatasi;

• oppure la riduzione ad opera della 5α-

reduttasi a diidrotestosterone, una forma per

cui il recettore per gli androgeni mostra

massima affinità.

Svolgono ruoli legati:

allo sviluppo, alla maturazione ed al funzionamento di organi e tessuti connessi con la riproduzione e agiscono su organi e tessuti non direttamente connessi con la riproduzione (caratteri sessuali secondari)

Gli ormoni polipeptidici che stimolano biosintesi e secrezione degli

ormoni steroidei interagiscono con recettori di membrana che talvolta

usano come secondi messaggeri cAMP, Ca+2 e IP3.

• Un aumento di cAMP secondaria alla stimolazione della

ghiandola da ormoni polipeptidici (ACTH) agisce a breve (sec,

min) e lungo (ore) termine.

• A breve termine: mobilizzazione del colesterolo dal citosol al

mitocondrio;

• a lungo termine produzione di proteine coinvolte nella

produzione che mantengono l’aumento nel tempo, ad es la

proteina regolatrice della steroidogenesi StAR che trasferisce

il colesterolo dalla membrana esterna mitocondriale a quella

interna.

Ormone steroideoOrmone tiroideo

Recettore dell’ormone steroideo

Recettore dell’ormone tiroideo

DNANucleo

Trasduzione del segnale per ormoni steroidei e tiro idei

�Lipofilici, attraversano la membrana e legano recet tori intracellulari (fattori di trascrizione)

�Il complesso ormone-recettore lega una regione del DNA e ne modifica l’espressione

Ormoni steroidei. Glucocorticoidi, mineralocorticoidi, androgeni, cal citriolo (vitamina D), acido retinoico. Derivano dal colesterolo (liposolubili). Richiedono proteine plasmatiche di trasporto (non sono im magazzinabili). Lunga semivita nel plasma (ore-giorni). Il livello di ormone circolante è determinato dalla veloci tà di sintesi. Legano recettori intracellulari (azioni mediate dal comp lesso ormone-recettore)

(ng)

(µµµµg)

(mg)

Cascate ormonali

�Stimoli iniziali neuro-sensoriali

�Anelli di retroazione negativa (feedback)

Ormoni ipofisari e ipotalamici

Ipotalamo

Ipofisi posteriore(neuroipofisi)

Ipofisi anteriore(adenoipofisi)

Ormoni di rilascio Ormoni di rilascio

Altre ghiandole endocrineMetabolismo5 assi endocrine

Ormoni di rilascio

Bilancio idricoProduzione latte

Vasopressina (ADH), ossitocina

Ormoni di rilascio

Impulso nervoso

Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide

�Ipotalamo →→→→ Ormone di rilascio della tirotropina (TRH)• Fosfolipasi C e Ca ++

�Ipofisi anteriore →→→→ Ormone di stimolazione della tiroide (TSH)• cAMP, PKA

�Tiroide →→→→ triiodiotironina (T 3) e tiroxina (T 4) • T4>>T3

• T4 inattivo, T 3 attivo• Attività di ormoni tiroidei sotto controllo di deiod inasi (tiroide e tessuti

target): T 4 →→→→ T3

�Targets: Gran numero (tutti?) di tessuti�Funzioni esplicate:

• Accelerazione del metabolismo basale e termogenesi• Induzione o repressione di determinati geni• Modulazione dei processi di sviluppo:

> Girino →→→→ rana> HbF →→→→ HbA

Asse ipotalamo-ipofisi-surrenali

�Ipotalamo →→→→ Ormone di rilascio della corticotropina (CRH) e vasopressina (ADH)• cAMP

�Ipofisi anteriore →→→→ Ormone adrenocorticotrofico (ACTH)• cAMP• Da pro-opiomelanocortina• Implicato in bioritmi (max 5 AM)• T1/2=10 min• Agisce tramite cAMP come 2°messaggero

�Surrenali →→→→ cortisolo e ormoni steroidei

• La vitamina D è rappresentata da un gruppo di pro-ormoniliposolubili costituito da 5 diverse vitamine: vitamina D1, D2, D3, D4 e D5. Le due più importanti forme nella quale la vitamina D si può trovare sono la vitamina D2 (ergocalciferolo) e la vitamina D3 (colecalciferolo), entrambe le forme dall'attività biologica molto simile. Il colecalciferolo (D3), derivante dal colesterolo, èsintetizzato negli organismi animali, mentre l'ergocalciferolo (D2) è di provenienza vegetale.

• La vitamina D ottenuta dall'esposizione solare o attraverso la dieta è presente in una forma biologicamente non attiva e deve subire due reazioni di idrossilazione per essere trasformata nella forma biologicamente attiva, il calcitriolo.

1,25-Diidrossicolecalciferolo

TI ROI DE

• Ghiandola endocrina preposta al metabolismo dello iodio ed alla

sintesi degli ormoni tiroidei, secreti dalle cellule tiroidee (tireociti, cellule follicolari)

Apporto e Fabbisogno giornaliero Iodio

• Disponibilità di un sufficiente apporto di iodio per via alimentare: fattore indispensabile affinchè la tiroide possa sintetizzare gli ormoni tiroidei

• La maggior parte dello iodio entra nell’organismo attraversoil tubo gastroenterico sotto forma di ioduro (I-);Quote minori sono assorbite attraverso i polmoni e la cute;

• Circa un terzo dello iodio assunto viene captato dalla tiroide

• I due terzi rimanenti vengono secreti dalle urine

TIROIDE

Nella tiroide sono presenti degli enzimi che

ossidano lo Ioduro (I- ) rendendolo capace di iodare

i residui tirosinici della tireoglobulina per formare

• Monoiodiotirosina (MIT) e Diiodiotirosina(DIT)

• Questi due composti iodati costituiscono i

precursori degli ormoni tiroidei:

• • la tiroxina (T4), che possiede quattro atomi di

iodio

• • la triiodotironina (T3), che ne possiede tre

GLI ORMONI TIROIDEI: CHIMICA

Gli ormoni tiroidei sono prodotti per iodinazione de i residui di tirosina

contenuti nella tireoglobulina (una proteina dimeric a di 620 KDa) e stoccati

all’interno del follicolo tiroideo.

Le cellule follicolari producono prevalentemente ti roxina (T4), poco attiva,

che viene convertita in T3 nei tessuti periferici d a parte di specifici enzimi

(deiodasi).

Gli ormoni tiroidei sono poco solubili e circolano legati a proteine di

trasporto (TBG: globulina Tirossina-legante , albumina)

CDL INFERMIERISTICA, Medicina Generale e Specialistica

GLI ORMONI TIROIDEI: SINTESI

L’enzima chiave nella sintesi degli ormoni tiroidei è la tireoperossidasi che

catalizza due importanti fasi della sintesi degli o rmoni tiroidei

� L’organificazione dello iodio su residui di tirosina della tireoglobulina

� La sintesi di T3 e T4 a partire da 2 molecole di io dotirosina.

CDL INFERMIERISTICA, Medicina Generale e Specialistica

Tiroxina (T4) ( L-3,5,3',5'-tetraiodotironina )

Triiodotironina (T3) ( L-3,5,3'-triiodotironina )

reverse T3 (rT3) ( 3,3',5'- triiodotironina )

GLI ORMONI TIROIDEI: CHIMICA

CDL INFERMIERISTICA, Medicina Generale e Specialistica

REGOLAZIONE DELLA FUNZIONE TIROIDEA

Iodio + tirosina →→→→ MIT o DIT

MIT + DIT →→→→ T3DIT + DIT →→→→ T4 (tiroxina)

Tiroide

Tireoglobulina

Patologie degli ormoni tiroidei

�Ipotiroidismo (disfunzione ipotalamica, presenza di Ab-antiTSH, asportazione della tiroide):• Sintomi spesso elusivi (aumento di peso, stanchezza )• Diminuzione del metabolismo basale (bradicardia, so nnolenza,

sensazione di freddo…)• Nanismo• Cretinismo (gravi difetti multipli congeniti, ritar do mentale)

�Ipertiroidismo (eccessiva produzione di TSH, deficit di I 2 o dei sistemi di trasporto di I 2):• Aumento in volume della tiroide (gozzo)• Tachicardia, ipertensione, sudorazione, sensibilità a caldo

ORMONI TIROIDEI (TORMONI TIROIDEI (T33 E TE T44))

•• IL TIL T44 PUOPUO’’ ESSERE CONVERTITO IN AC. ESSERE CONVERTITO IN AC. TETRAIODOTIROACETICO ED ESCRETO TETRAIODOTIROACETICO ED ESCRETO NELLA BILE E NELLE URINENELLA BILE E NELLE URINE

•• 3333--40% 40% DIDI TT44 VIENE CONVERTITO IN TVIENE CONVERTITO IN T33FUNZIONALEFUNZIONALE

•• UNA PARTE DI TUNA PARTE DI T44 VIENE TRASFORMATO VIENE TRASFORMATO IN UNA FORMA INATTIVA DI TIN UNA FORMA INATTIVA DI T33, , METABOLIZZATO ED ESCRETOMETABOLIZZATO ED ESCRETO

ORMONI TIROIDEI (TORMONI TIROIDEI (T33 E TE T44))

•• T3 E T4 : T3 E T4 : SONO LIPOSOLUBILI, DIFFONDONO SONO LIPOSOLUBILI, DIFFONDONO

ATTRAVERSO LA MEMBRANA E SI LEGANO A ATTRAVERSO LA MEMBRANA E SI LEGANO A

RECETTORI NUCLEARI (1) E MITOCONDRIALI (2)RECETTORI NUCLEARI (1) E MITOCONDRIALI (2)

•• (1) PROMUOVONO SINTESI PROTEICA(1) PROMUOVONO SINTESI PROTEICA

•• (2) PRODUZ. DI CALORE E ATP(2) PRODUZ. DI CALORE E ATP

•• AUMENTANO IL METABOLISMO DI GLU, LIPIDI E PROTEINE AUMENTANO IL METABOLISMO DI GLU, LIPIDI E PROTEINE

FACENDO AUMENTARE LA TFACENDO AUMENTARE LA T°° CORPOREACORPOREA

LE PROT. PLASM. PROLUNGANO LE PROT. PLASM. PROLUNGANO

LL’’EMIVITA EMIVITA DIDI T3 E T4 (T3 E T4 (~ 1 SETTIMANA) E ~ 1 SETTIMANA) E

REGOLANO I LORO LIVELLI EMATICIREGOLANO I LORO LIVELLI EMATICI

Complesso Recettore/inibitore

Ormone

e vit. D

A) Modello di R intracellularel’inibitore è una proteina Hsp90il legame con l’ormone provoca il distacco dell’inibitore ed esponeil sito per il legame al DNA.

B) Schematizzazione dei principalirecettori intracellulari.

C) Rappresentazione del recettoredel cortisolo e regioni di funzione.

D) Immagine al microscopio elettronico di un complesso ormone-recettore e l’interazione con i filamenti di DNA:

Il

Elementi di Risposta.

Zinc fingers

Glucocorticoid responsive elements

Ipotesi di struttura ad ansa a dito di zinco (Zn-fingers), Cisteine (C) Istidine(H),formano legami di coordinazione con lo Zn: I numeri indicano le posizioni degli aaI pallini neri indicano le catene a più alta probabilità di interazione con il DNA. In ogni ansa si trovano sempre una leucina (L) e una tirosina (Y) o una fenilalanina (F)

cisteina istidina

leucina

tirosina

fenilalanina

Ormoni non steroidei e non tiroidei. Peptidi, polipeptidi, glicoproteine, aminoacidi, ca tecolamine. Sintetizzati come precursori inattivi, e convertiti in ormoni attivi con processi proteolitici. Idrosolubili. Non richiedono proteine plasmatiche di trasporto (breve s emivita nelplasma, secondi-minuti). Legano recettori sulla membrana plasmatica. Azioni intracellulari mediate da secondi messaggeri

Pancreas endocrino

ISOLE DEL LANGERHANS:

Cellule β= InsulinaCellule α= GlucagoneCellule δ= SomatostatinaCellule PP = Polipeptidepancreatico .

Fasi biosintetiche dell’insulina:

• Precursore : PRE-PRO-INSULINA

• PRO-INSULINA: catena B NH2-terminale, una catena ACOOHterminale, peptide di connessione, PEPTIDE C

• Nel REG:

azione delle endopeptidasi che tagliano il peptide C, generando la forma matura dell’INSULINA

• L’insulina matura ed il peptide C vengono impacchettati nel Golgi nei granuli secretori

Maturazione di insulina

+ peptide C

Reticoloendoplasmico

Pre-pro-insulina

Apparato di Golgi

Pro-insulina

Insulina + C

Circolazione

Pro-insulina

Insulina + C 95%

5%

83aa

51aa

32aa

Meccanismi di controllo della secrezione

dell’insulina

• Fattori positivi:

* Elevate concentrazioni di glucosio

* Aminoacidi e acidi grassi

• Fattori negativi:

* Stimolazione alfa adrenergica

* Ipoglicemia

* Somatostatina

Insulina• Fortemente conservata: insulina bovina e

suina (utilizzate nell’uomo)

• Pro-insulina dà reazioni crociate con insulina

• Livello di peptide C discrimina insulina eso- ed

endogenal’insulina è ritenuta essere:

• Principale responsabile del diabete

– Insulino-dipendente (10%, o giovanile, bassa secrezione di insulina)

– Non-insulino-dipendente (90% o dell’età adulta, bassa espressione del

recettore)

Esiste la:

• Resistenza all’insulina: bassa espressione, degradazione o

internalizzazione del recettore, causa obesità

Meccanismi di rilascio dell’insulina

glicemia

Recettore dell’insulina

Recettore per insulina• Risposte metaboliche veloci

(tendenti a diminuire la glicemia)

– Aumento del trasporto di

glucosio con GLUT-4

– Aumento di glicolisi

– Inibizione di gluconeogenesi

– Inibizione di lipolisi

• Risposte lente o a lungo termine

– Aumento della sintesi

proteica

– Stimolazione della

replicazione cellulare

È un tetramero 2 sub. α e 2 sub. β

Altri enzimi pancreatici

Glucagone

• Antagonista di insulina

– Stimola gluconeogenesi e lipolisi

– Rallenta glicolisi

• Cellule α delle isole di Langerhans

• Secreto come pro-glucagone

• Agisce tramite recettori e cAMP

• Inattivato nel fegato

– Breve T1/2

Somatostatina

• Cellule γ delle isole di Langerhans

• Inibisce la secrezione di insulina e

glucagone

• Diminuisce la secrezione di gastrina

– Prolunga il tempo di svuotamento

gastrico

– Rallenta l’assorbimento intestinale

degli zuccheri

– Riduce il passaggio dei nutrienti in

circolo

GLUCAGONE (1)• Sintetizzato dalle cellule α del

pancreas endocrino

• Polipeptide di 3.5 kDa (29 aminoacidi)

• Lega un recettore associato alla proteina Gs (GCGR)

IMPORTANTE:

il muscolo non esprime GCGR (Gprotein coupled GlucagonReceptor)

1

29

Secrezione positiva:

In risposta alla riduzione dei livelli glicemici

Aumento dei livelli di glucosio ematico

Principale ormone controregolatore

ORMONE CATABOLIZZANTE

• aumentata liberazione di glucosio

↑↑↑↑glicogenolisi↓↓↓↓sintesi di glicogeno↑↑↑↑gluconeogenesi

• aumentata liberazione di amino acidi

↑↑↑↑catabolismo proteico

↓↓↓↓sintesi proteica

aumentata liberazione di acidi grassi

↑catabolismo dei grassi (lipolisi)

↓sintesi di grassi

Nel fegato Nel tessuto adiposo

EFFETTI DEL GLUCAGONE

Fegato

Aumenta il glucosio ematico

Diminuisce il glucosio ematico

↑↑↑↑ Glicolisi↓↓↓↓ Gluconeogenesi

InsulinaGlucagone

↓↓↓↓ Glicolisi↑↑↑↑ Gluconeogenesi

Pancreas

Cellule ββββCellule αααα

Ormoni pancreatici: insulina,

glucagone

↓↓↓↓Glucosio↑↑↑↑ Glicogeno

↑↑↑↑ Glucosio↓↓↓↓ Glicogeno

Catecolamine: Ormoni della midollare surrenale

mediano l’adattamento allo stress• Tyr: precursore (anche Phe)

– Tyr idrossilasi: Reazione limitante

• DOPA, diidrossifenilalanina (carente in Parkinson)

– Passa la barriera emato-encefalica e funge da

farmaco

• Dopammina: non passa la barriera emato-encefalica

– In caso di deficit: DOPA

– In caso di eccesso: metil-DOPA

• Adrenalina e noradrenalina

– Accumulo nei granuli cromaffini

– Rilasciati con stimolazione β-adrenergica

– Metabolizzati rapidamente nel plasma

• catecolo metiltransferasi (COMT) e

monoamina ossidasi (MAO)

• Inibitori di COMT e MAO: eccitatori nervosi

Ormoni non steroidei e non tiroidei. Peptidi, polipeptidi, glicoproteine, aminoacidi, ca tecolamine. Sintetizzati come precursori inattivi, e convertiti in ormoni attivi con processi proteolitici. Idrosolubili. Non richiedono proteine plasmatiche di trasporto (breve s emivita nelplasma, secondi-minuti). Legano recettori sulla membrana plasmatica. Azioni intracellulari mediate da secondi messaggeri

Classi di recettori β (7 segmenti transmembrana). β1.Cuore, aumenta frequenza e forza di contrazione.Adipociti, aumenta lipolisi.Intestino, diminuisce motilità. β2.Polmone, rilascio della muscolatura.Fegato, aumenta glicogenolisi.Intestino, diminuisce motilità

Classi di recettori α (7 segmenti transmembrana). α1.Iride dell'occhio, contrazione.Intestino, diminuisce motilità.Ghiandole salivari, secrezione di acqua e di potassio. α2.Cellule pancreatiche β, diminuisce la secrezione.Piastrine, causa aggregazione.Cellule adipose, diminuisce la lipolisi.Stomaco, diminuisce la motilità. α?.Arteriole, costrizione.Sfintere della vescica, contrazione.Organi sessuali maschili, eiaculazione

Recettori (7 segmenti transmembrana)� ββββ

• ββββ1> Cuore, aumenta frequenza e forza di

contrazione> Adipociti, aumenta lipolisi> Intestino, diminuisce motilità

• ββββ2 > Polmone, rilascio della muscolatura> Fegato, aumenta glicogenolisi> Intestino, diminuisce motilità

� Tirosin-chinasi – 1> Virus del sarcoma aviario, oncogene> Epidermide, fattore di crescita> Ubiquitario, recettore per insulina> Piastrine, fattore di crescita

�Guanilato ciclasi – 1> Atrio cardiaco, omeostasi dei liquidi

corporei> Endotelio, recettore per NO

�αααα• αααα1

> Iride dell'occhio, contrazione> Intestino, diminuisce motilità> Ghiandole salivari, secrezione

di acqua e di potassio

• αααα2> Cellule pancreatiche B,

diminuisce secrezione> Piastrine, causa aggregazione> Cellule adipose, diminuisce

della lipolisi> Stomaco, diminuisce motilità

• αααα?> Arteriole, costrizione> Sfintere della vescica,

contrazione> Organi sessuali maschili,

eiaculazione

Proteina G (GTP-binding protein)

�Proteina G = αααα + ββββ + γγγγ�αααα: unità catalitica

• αααα -GDP, inattiva• αααα -GTP, attiva• ααααs, stimola l’effettore • ααααi, inibisce l’effettore • >20 isoforme αααα

�γγγγ: ancoraggio alla membrana • >6 isoforme γγγγ

�ββββ: alta affinità per subunitàγγγγ, affinità variabile per subunità αααα• >4 isoforme ββββ

�Molte proteine G diverse, grande flessibilità di risposta

GTP GDP

Complesso ormone-recettore

ββββ γγγγαααα

GTP

ATTIVO

ααααGDP

Pi

GTPasi

INATTIVO

ααααGDP

ββββ γγγγ

INATTIVO

Effettore

Stimola o inibisce

Meccanismo dei recettori adrenergici mediato dalla proteina G

Secondi messaggeri

cAMP; Fosfatidil inositolo difosfato; FosfolipasiA2; Prostaglandine e leucotrieni;

cAMPSistema ββββ-adrenergico - proteina G s

Meccanismo analogo per GTP →→→→ cGMP →→→→ GMP

Protein kinasi Aattivata da cAMP

�Target: residui Ser e Thrdi altre proteine (fosforilazione)

�AUMENTA l’attività di alcuni enzimi• Glicogeno fosforilasi,

citrato liasi, fosforilasi b chinasi, HMG-CoAreduttasi chinasi e altri...

�DIMINUISCE l’attività di altri enzimi• Acetil-CoA carbossilasi,

glicogeno sintasi, piruvato deidrogenasi, HMG-CoA reduttasi e altri...

Fosfodiesterasi (PDE)termina il segnale di cAMP e cGMP

�cAMP →→→→ 5’-AMP, cGMP →→→→ 5’-GMP�Target di interventi farmacologici

• Metilxantine• Teofilline• Milrinone (cardiotonico)• Attivazione delle piastrine, tono dei muscoli lisci

(broncodilatatori, vasorilassanti etc), contrazione cardiaca• Sildenafil (Viagra)

Sistema fosfolipasi C, PIP 2 →→→→ DAG + IP3

Fosfatidil inositolo difosfato (PIP 2)

IP3 →→→→ reticolo endoplasmicoMobilizzazione di Ca ++

DAG, Attiva protein kinasi C

Fosfolipasi - idrolizzano fosfogliceridi generando lip idi come secondi messaggeri

�Fosfolipasi A2 →→→→ acido arachidonico (20C, 4 doppi legami)• Mediatore dell’infiammazione• Precursore degli eicosanoidi (prostaglandine, prosta cicline,

trombossani e leucotrieni)

Prostaglandine

�Derivano da acido arachidonico via cicloossigenasi (COX )• COX1 costitutivo, inibito da antiinfiammatori stero idei

(cortisone)• COX2 in risposta a mediatori dell’infiammazione (ci tochine),

inibito da antiinfiammatori non-steroidei (aspirina e ibuprofen)

�Agiscono come ormoni (via proteina G)• Inattivate nei polmoni• Precursori dei trombossani (coagulazione)• Infiammazione (artrite reumatoide), sensazione di d olore • Inibiscono secrezione gastrica (la loro inibizione: ulcera)

Leucotrieni

�Derivano da acido arachidonico via lipoossigenasi (LOX)• Deficit di LOX in disordini mieloproliferativi ( ↑↑↑↑ trombossano),

immunologici e coagulativi• 3 tipi di acido monoidroperossieicosatetraenoico (HP ETE)• Leucotrieni (LTA 4)

> T1/2=4h> Responsabili di reazioni anafilattiche: contrazione protratta dei

muscoli lisci (trachea e del tratto GI) e aumento d ella permeabilitàcapillare

Gli ormoni steroidei e i mediatori chimici liposolubili attraversano la membrana

plasmatica e si legano a recettori citoplasmatici

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.

Le cellule comunicano e interagiscono tra loro tramite il fenomeno della segnalazione cellulare

L’intero processo che traduce l’informazione portata dal messaggero extracellulare in cambiamenti intracellulari èchiamato:

Trasduzione del segnale

I messaggeri extracellulari inducono risposte intracellulariinfluenzando l’attività di molte proteine cellulari

Interruttori di accensione (On) e spegnimento (Off)

La maggior parte dei segnali è transitoria e pure la risposta dovrebbe essere transitoria. Se si accende un segnale, c’è anche bisogno di una via per spegnerlo. Per esempio, il mancato spegnimento di un segnale mitotico èuna delle cause che induce un tumore.

Pertanto, ci sono dei sistemi biochimici in grado di far passare rapidamente la cellula tra due stati.

Molti sistemi di signalling accensione e spegnimento sonooperati da G proteine e/o daproteine di fosforilazione

Interruttori On-Off – Proteine di fosforilazione

Protein Kinasi – trasferisconoun fosfato dall’ATP ad amino acidi specifici

C

C C O

O

H

NH Serina

C

C C O

O

NH

OP

O-

O-

O-fosfoserina

ChinasiATP

ADP

Protein Fosfatasi – rimuovonoun fosfato da specifici amino acidi

C

C C O

O

H

NH Serina

C

C C O

O

NH

OP

O-

O-

Fosfatasi

Pi

Fosforilazione Defosforilazione

O-fosfoserina

Recettori canali ionici

Il legame del ligando modifica la conformazione del recettore in modo tale che specifici ioni possono fluire attraverso esso, il risultante movimento ionico altera il potenziale elettrico della membrana cellulare.

Recettori collegati a proteine G

Il recettore lega unamolecola segnaleextracellulare, subendoun cambiamentoconformazionale checonsente l’interazionecon “effettori a valle”(spesso proteine G)

G Proteine

Le proteine G possono essere piccole proteine monomericheche legano il GTP o proteine eterotrimeriche costituite da 3 subunità: α, β, γ

α

α

α

βγ

GDP

GTP

Pi

GTP

GDPGDP

ATTIVA

INATTIVA

Scambio del GDP legato col GTP

La subunità α attivapuò interagire con lo step successivo dellacatena di ì signalling e

attivarlo

La subunità α sidissocia da βγ

AttivitàGTPasica della

subunità αGTP � GDP+Pi

La subunità α siriassocia a βγ

Spegnimento della subunità a della proteina G

Spegnimento attraverso:Spegnimento attraverso:

>Attivit>Attivit àà GTPasicaGTPasicadi di αα

> Le proteine RGS > Le proteine RGS (regolatrici della (regolatrici della segnalazione della proteina segnalazione della proteina G)G)

Recettori con attivita’ enzimatica intrinseca

Recettori della membrana plasmatica che presentano 1 segmento transmembrana e contengono ed esprimono attivita’enzimatiche. Quando uno di questi recettori viene attivato da unligando extracellulare, catalizza direttamente la produzione di un secondo messaggero intracellulare.

Per attivare un recettore tirosina chinasi il ligando deve, in genere, legarsi simultaneamente a due catene recettoriali adiacenti

Dimero unito covalentemente che unisce insieme due recettori (PDGF)

Alcuni ligandi monomericisi legano in gruppi a proteoglicani, rendendo i ligandi capace di unire i loro recettori (FGF: fibroblastGrowth Factor)

Proteine di segnale legate alla membrana come le efrine (p di membrana coinvolte nell’adesività), possono legare i loro recettori anche se sono monomeriche perché si raggruppano nella membrana plasmatica della cellula che segnala

Come funziona un recettore TRK

L’autofosforilazione della coda citosolica dei recettori tirosina chinasi contribuisce al processo di attivazione in due modi:�La fosforilazione delle tirosine nel dominio catalitico aumenta l’attivitàchinasica dell’enzima� La fosforilazione delle tirosine fuori dal dominio catalitico crea siti di attacco ad alta affinità che consentono il legame di numerose proteine di segnalazione intracellulare nella cellula bersaglio

Attivazione del recettore per l’insulina

● eterotetramero (2a, 2b)

● Il legame con l’insulina porta ad una variazione della struttura (differente dagli altri RTK)

● Il cambio conformazionale attiva l’attività tirosina chinasi della subunità b

● la subunità b fosforila i residui Tyr presenti sul dominio citoplasmatico ed altri substrati (IRS)

Processi che seguono l’attivazione del recettore per l’insulina.

● Fosfatidil inositolo 3-idrossi chinasi (produce PIP2,PIP3)

● Grb2, Sos, activano Ras

● Attivazone della PLC γγγγ

QUINDI

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)

Altri recettori di membrana possiedono

direttamente una funzione enzimatica in

grado di formare il

messaggero intracellulare,

come il recettore per

l’insulina

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

Gli enzimi che determinano la scissione del glicogeno (fosforilasi) o la sua formazione (glicogeno sintetasi) vengono attivati nelle cellule a seconda della richiesta intracellulare o extracellulare di glucosio

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 ècatalizzata dall’enzima

adenilato ciclasi, presente nella

membrana plasmatica.

Questo enzima viene attivato solo dopo il legame del

recettore con un mediatore

chimico specifico

PROTEINA G ETEROTRIMERICA

Esempio di come

l’attivazione della

adenilatociclasi nelle

cellule epatiche da parte del glucagoneattiva la

scissione del glicogeno e il rilascio del glucosio nel

sangue

SECONDI MESSAGGERI DERIVATI DAL FOSFATIDIL INOSITOLO (DAG →→→→ PKC; IP3 →→→→ recettore/Ca++)

DIACILGLICEROLO

INOSITOLO 3P

FOSFOLIPASI C

Es. ACETILCOLINA

Risposte cellulari mediate dalla PKC

Tessuto Risposta

Piastrine del sangue Rilascio di serotonina

Mastociti Rilascio di istamina

Midollare del surrene Secrezione di adrenalina

Pancreas Secrezione di insulina

Cellule dell’ipofisi Secrezione di GH ed LH

Tiroide Secrezione di calcitonina

Neuroni Rilascio di dopamina

Cellule muscolari lisce Aumento della contrattilità

Fegato Idrolisi del glicogeno

Tessuto adiposo Sintesi del grasso

RECETTORI TIROSIN

CHINASICI

Il legame con il ligandoattiva la fosforilazione di

residui di tirosina (all’interno di sequenze specifiche di 7 aa dette motivi fosfotirosinici) presenti nei domini citoplasmatici delle

catene Beta e di substrati dei recettori insulinici

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

Un altro 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

MOLTI RECETTORI PER

ORMONI DI CRESCITA SONO

RTK, CHE SI ATTIVANO SOLO IN SEGUITO ALLA DIMERIZZAZIONE

CAUSATA DAL LIGANDO

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, che a sua volta determina l’attivazione di TF per geni coinvolti nel controllo

del ciclo cellulare

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.

La proteina integrina, èin 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 porta, ad esempio, alla

proliferazione cellulare

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

La risposta cellulare ai cambiamenti

dell’ambiente esterno richiedono spesso

l’attivazione coordinata di processi cellulari

multipli. In questo caso, l’epinefrina e l’EGF

attivano processi intracellulari diversi ma coodinati, aventi come

risposta finale l’attivazione metabolica

e la proliferazione cellulare.