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• Una sostanza (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 affinità elevata si legherà al recettore anche "scacciando via" un farmaco già legato, ma con affinità più bassa.
• Il naloxone, antagonista ad altissima affinità per i recettori µ degli oppioidi, è capace di scacciare l’eroina o la morfina eventualmente giàpresenti, 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
21 atomi C 6 atomi C
19
1827 atomi C
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.
• L'aromatasi è un enzima chiave nella biosintesi degli estrogeni in quanto catalizza la reazione che a partire dal testosterone opera la sintesi di estradiolo.
• Deve il suo nome al fatto che trasforma l'anello A degli steroidi in un anello aromatico, attraverso
l'ossidazione ed eliminazione di un gruppo metilico. Chimicamente appartiene alla famiglia dei citocromi (proteine eme-dipendenti); il suo nome biochimico
infatti è citocromo P450 19A.
• L’aromatasi si trova nel tessuto adiposo (e non solo),
porta a livelli di estrogeno più elevati nelle donne in
sovrappeso e obese, in postmenopausa, questo può
essere il meccanismo con cui aumenta il rischio di
cancro della mammella. Se insorge un tumore
possono richiedere dosaggi più alti di inibitore
dell'aromatasi per raggiungere i livelli terapeutici di
soppressione degli estrogeni (terapia
antiestrogenica).
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
• La vitamina D è rappresentata da un gruppo di proormoniliposolubili 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
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
Tre tipi di recettori:
a canali ionici
legati alle proteine G
ad attività enzimaticaintrinseca
I recettori di membrana
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 se mivitanel plasma, secondi-minuti)
• Legano recettori sulla membrana plasmatica
• Azioni intracellulari mediate da secondi messaggeri
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.
Un recettore tipo a 7 domini transmembranaassociato alle proteine G:
non ha proprietà enzimatiche, si modifica in risposta al ligando, attivando le proteine G eterotrimeriche.
Recettori collegati a proteine G
Il recettore lega unamolecola segnaleextracellulare, subendoun cambiamentoconformazionale checonsente l’interazionecon “effettori a valle”(spesso proteine G)
A) L’attivazione dell’adenilato ciclasi e la produzione di AMP ciclico porta all’attivazione della PROTEINA CHINASI A.
B) L’attivazione della fosfolipasi e la produzione di diacil glicerolo, inositol-tri-fosfato e rilascio di ioni Ca2+ porta all’attivazione della PROTEINA CHINASI C
C) AMP ciclico, ioni Ca2+ sono definiti messaggeri secondari
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
L’AMP ciclico attiva la proteina chinasi A
Vie attivate dall’AMP ciclico:1) La mobilizzazione del glucosio nelle cellule del fegato
Glucagone o adrenalina///recettore/proteina G
cAMP
PKA (nel citoplasma)
Fosforilazione della glicogeno sintetasi = blocco della sintesi del glicogeno
Fosforilazione della fosforilasi chinasi = fosforilazione della glicogeno fosforilasi = degradazione del glicogeno a glucosio 1P
Vie attivate dall’AMP ciclico:2) Attivazione del fattore trascrizionale CREB nelle cellule
di fegatoGlucagone o adrenalina----recettore/proteina G
cAMP
PKA (nel nucleo)
Fosforilazione di CREB, che diventa capace di legare il DNA nella sequenza CRE (cAMP Responsive Element)
Attivazione trascrizionale di geni coinvolti nella gluconeogenesi, per produrre enzimi anabolici necessari per formare glucosio da piccoli precursori.
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.
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
● Attivazione 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
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
Gli ioni Ca2+ rilasciati dai depositi intracellulari attivano la proteina chinasi C (Ca2+ dipendente).
La proteina chinasi C è costituita da una subunitàcatalitica ed una subunità regolatrice, che è una calmodulina, cioè una proteina regolata dagli ioni Ca2+.
Inoltre la proteina chinasi C si associa al DAG sulla membrana. Quindi sia gli ioni Ca2+ che il DAG contribuiscono all’attivazione della PKC.
La PKC può attivare molte vie intracellulari.
Negli epatociti fosforila la glicogeno sintetasi e la inattiva, contribuendo alla regolazione del metabolismo del glicogeno.
Inoltre fosforila ed attiva fattori trascrizionali.
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
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
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.
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
Gli ioni Ca2+ rilasciati dai depositi intracellulari attivano la proteina chinasi C (Ca2+ dipendente).
La proteina chinasi C è costituita da una subunitàcatalitica ed una subunità regolatrice, che è una calmodulina, cioè una proteina regolata dagli ioni Ca2+.
Inoltre la proteina chinasi C si associa al DAG sulla membrana. Quindi sia gli ioni Ca2+ che il DAG contribuiscono all’attivazione della PKC.
La PKC può attivare molte vie intracellulari.
Negli epatociti fosforila la glicogeno sintetasi e la inattiva, contribuendo alla regolazione del metabolismo del glicogeno.
Inoltre fosforila ed attiva fattori trascrizionali.
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)• 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 monoidro-perossi eicosa-tetra-enoic o (HPETE)• 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
La LeptinaGli adipociti sono la maggior sorgente di leptina e i livelli circolanti correlano strettamente con la massa adiposa. Il ruolo primario della leptina è il controllo dell’appetito e la regolazione della funzione endocrina ipotalamica. Essa
esercita anche azioni immunitarie ed infiammatorie. Protegge i linfociti T dal processo di apoptosi e regola la proliferazione
a attivazione delle cellule T e la produzione di citokine, influenza inoltre l’attivazione di monociti, la
fagocitosi.
L'AdiponectinaI livellli di adiponectina sono inversamente correlati
all’obesità e all’insulino-resistenza. Essa svolge azione anti-aterogena ed anti-infiammatoria. Nei soggetti affetti da
coronaropatia vi sono bassi livelli plasmatici di adiponectina, analogamente a quanto riscontrato in altre condizioni di
rischio cardiovascolare, quali sesso maschile, ipertensione arteriosa, obesità e diabete mellito tipo 2. L’adiponectina riduce la produzione e l’attività del TNFα; la sua attività
antinfiammatoria si estende all’inibizione nella produzione di IL-6 ed all’induzione di citokine ad attività antinfiammatoria
(ad es. IL-8).
LEPTINALEPTINALEPTINALEPTINALEPTINALEPTINALEPTINALEPTINA
✔✔ EE’’ una proteina costituita da 167 amino acidi la cui attivituna proteina costituita da 167 amino acidi la cui attivitàà èècontenuta nella regione Ncontenuta nella regione N--terminale costituita da 21 AA.terminale costituita da 21 AA.
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✔✔ Attualmente sono stati clonati ben 5 diversi recettoriAttualmente sono stati clonati ben 5 diversi recettori..
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LeptinaLeptinaLeptinaLeptinaLeptinaLeptinaLeptinaLeptina� Somministrazione di Leptina in ratti o roditori provocasoppressione del Food-intake e aumento del consumo Energetico.
� Al momento non è stata provata la totale efficacia della Leptina nel trattamento dell’ obesità.
Resistenza alla Resistenza alla LeptinaLeptina
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