MECCANISMO DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE

Gli stimoli, i segnali esterni, che nella cellula innescano questa serie di meccanismi a catena prendono il nome di primi messaggeri, o ligandi. Sono proteine che non attraversano la componente lipidica della membrana. Il ligando deve essere riconosciuto da una proteina intrinseca dalla membrana, chiamata recettore. Il recettore che ha legato il ligando attivera' una proteina G che trasferisce il segnale ad un enzima amplificatore, (es. l'adenilato ciclasi). Esso portera' alla formazione di AMP ciclico, un secondo messaggero o amplificatore , il quale attivera' una chinasi specifica, quindi la risposta cellulare. Quando pero' un secondo messaggero amplificatore, fosforila una proteina carrier, una proteina canale, l'effetto sara' la sua apertura o chiusura. Anche il calcio funge da secondo messaggero quando nella cellula si lega ad una proteina la calmodulina, che attivera' una chinasi specifica.

Sostanze chimiche che di norma hanno bisogno di un recettore per poter agire a livello cellulare sono:
- neurotrasmettitore liberato a livello dei contatti sinaptici controllano le funzioni nervose (es. noradrenalina);
- ormone endocrino non lipofilo, prodotto da una ghiandola endocrina passa in circolo e quindi raggiunge le cellule bersaglio.

Tipi di secrezione:
- Neuroendocrina, significa che a produrre l'ormone e' una cellula del sistema nervoso ( prolattina ha come bersaglio la ghiandola mammaria).
- Paracrina, significa che la cellula endocrina produce un ormone che agisce su cellule vicine;
- Autocrina, significa che l'ormone agira' a distanza sulla stessa cellula che l'ha prodotta;
- Citochine, peptidi secreti nel liquido extracellulare che si comportano da ormoni (interleuchine, linfochine per il sistema immunitario);
 

Esistono determinati enzimi, delle Chinasi specifiche che sono enzimi che fosforilano il substrato, vi e' una chinasi specifica per l'AMP ciclico,chinasi A, una chinasi G attivata dal GMP ciclico, una chinasi C, correlata al diacil glicerolo. Agiscono nei processi di trascrizione a livello nucleare .

Enzima, localizzazione, substrato (da...), trasformazione in..
-
ADENILATO CICLASI Membrana plasmatica ATP AMPc
- GUANOLATO CICLASI Membrana plasmatica e citosol GTP GMPc
- FOSFOLIPASI C, Membrana plasmatica, Fosfolipasi di membrana Inositolo trifosfato e Diacil glicerolo

Meccanismo di attivazione di un fattore di trascrizione da parte di un recettore.
A livello del Sistema Nervoso Centrale una sostanza psicoattiva determina:
- Tolleranza: il soggetto ne aumenta la dose per ottenere l'effetto desiderato;
- Dipendenza: se il soggetto non la introduce va incontro alla crisi di astinenza; La proteina CREB dipende dall'AMP ciclico, si lega al DNA che permette la trascrizione di RNA messaggero e quindi la traduzione di nuove proteine, a livello nucleare.

Principali classi di recettori di membrana

Famiglia recettoriale - Ligandi -Effettori intracellulari
Recettori-canale:
vi si legano piccole molecole come oligopeptidi; si determina la variazione di potenziale intracellulare con liberazione di calcio
Recettori a sette passaggi transmembrana:
vi si legano svariate molecole, effettori intracellulari sono le Proteine G trimeriche
Recettori ad attivita' tirosinchinasica: vi si legano i fattori di crescita, insulina, si determina autotosforilazione e catene di fostorilazioni
Recettori integrini: vi si legano le proteine della matrice extracellulare; i fattori sono le catene di fostorilazioni e interazioni proteina-proteina citoscheletro
Recettori ad attivita' guanilatociclasica:
vi si legano fattori natriuretici; gli effettori intracellulari sono rappresentati dalla sintesi di guanosin-monofosfato ciclico
Recettori fosfatasici:
vi si legano peptidi, fattori di crescita, si determina la defosforilazione di proteine

Tipi di recettori

- Recettore canale o canale ionico attivato da ligando, una proteina di membrana in cui il recettore che e' rappresentato dal sito per il ligando, e' parte integrante del canale. Il recettore specifico riconoscera' il ligando e si creeranno le condizioni per l'apertura del canale ionico.
- Recettori accoppiati a proteine G che agiscono su proteine canali: il recettore non presenta un canale ma solo il sito a cui si lega l'ormone o il neurotrasmettitore; in seguito si attivera' la proteina G che rappresenta il trasduttore del segnale, la quale attivera' l'enzima e quindi i secondi messaggeri. Per es. consideriamo il  meccanismo della fosfolipasi C. Il primo messaggero si lega al recettore, viene attivata la proteina G specifica che agira' sulla fosfolipasi attivandola. L'enzima produrra' due molecole: il diacil glicerolo e l'inositolo trifosfato. Il diacil glicerolo attivera' la chinasi G, quindi le conseguenti risposte cellulari. L'inositolo trifosfato invece agisce a livello di canali del calcio presenti a livello di strutture subcellulari (il reticolo sarcoplasmatico liscio nel muscolo) . Aprendo questi canali consente la fuoriuscita dello ione all'esterno (in risposta ad una necessita' specifica della cellula, altrimenti sarebbe tossico ).
-Recettori sinaptici
a. R. ionotropici. Costituiscono un vero e proprio canale, il legame dell'agonista con il recettore induce un cambiamento di conformazione della proteina con conseguente apertura del canale. Si caratterizzano per Segnale rapido-AZIONE DIRETTA.
b. R. metabotropici. Sono legati ai canali ionici indirettamente attraverso le proteine G. Si definiscono cosi' perche' l'azione e' funzione del legame del metabolita ottenuto che interagisce con il recettore: cio' induce la sintesi di sostanze intracellulari che attivano una cascata di segnali biochimici fino alla fosforilazione di altre proteine a valle. Si caratterizzano per Segnale lento-AZIONE INDIRETTA.

Malattie da carenza di recettori: il danno e' a livello genetico;
Patologie legate alle proteine G (manca o non e' ben funzionante) il segnale non si puo' trasferire all'interno; Canalopatie, quando manca il canale;

Sottoclassi dei recettori sinaptici

- ionotropici ,fanno parte della grande famiglia dei recettori attivati da ligando. Sono composti da 5 subunita' che circoscrivono un poro centrale. Ogni subunita' e' costituita da una sequenza di amminoacidi che attraversano la membrana in 4 punti distinti. I segmenti che attraversano la membrana sono idrofobici, all'esterno e' presente i sito per il neurotrasmettitore,nella parte citoplasmatica sono presenti siti di fosforilazione. Comprendono:
 

 Sottoclassi dei recettori sinaptici


Recettori ionotropici, fanno parte della grande famiglia dei recettori attivati da ligando. Sono composti da 5 subunita' che circoscrivono un poro centrale. Ogni subunita' e' costituita da una sequenza di amminoacidi che attraversano la membrana in 4 punti distinti. I segmenti che attraversano la membrana sono idrofobici, all'esterno e' presente i sito per il neurotrasmettitore,nella parte citoplasmatica sono presenti siti di fosforilazione. Comprendono:
-Recettori dell'acetilcolina: attivati anche dalla nicotina sono detti r. nicotinici per l'acetilcolina (nAChR), Si dividono in periferici e centrali a seconda della localizzazione : i primi sono presenti sulla membrana postsinaptica delle fibre muscolari scheletriche, i secondi a livello del SNC. La liberazione dell'acetilcolina induce l'apertura di canali cationi e la conseguente depolarizzazione di membrana. Particolarmente affini al calcio sono i recettori nicotinici centrali;
-Recettori del GABA e glicina: nel SNC tali sostanze sono mediatori dell'inibizione sinaptica; si legano ai recettori canali per il Cl determinando un'iperpolarizzazione di membrana. Recettori per il GABAA (per distinguerlo dal GABAB metabotropo) sono presenti nelle regioni piu' rostrali del SNC, quelli per la glicina nelle regioni piu' periferiche (nel midollo mediano coinvolti nel coordinamento motorio). Sono costituiti da 5 subunita' a formare un poro permeabile agli anioni
-Recettori del glutammato: mediano la risposta eccitatoria a livello del SNC. In base all'affinita' per il glutammato sono suddivisi in due classi: NMDA- alta affinita' (attivati da piccole dosi!) e NON MDMA a bassa affi'nita' (grandi dosi). Questi ultimi suddivisi in AMPA e KAINATO . Gli AMPA sono disseminati lungo tutto il SNC e coinvolti nella trasmissione eccitatoria rapida. I recettori Kainato la cui funzione non appare ancora del tutto chiara sono implicati in una trasmissione eccitatoria meno rapida, a seguito di stimoli ripetuti. I recettori NMDA sono responsabili di una trasmissione lenta. Il canale e' particolarmente permeabile al calcio e risulta bloccato dalla presenza dello ione Mg (funge da agonista). Infine l'attivita' di questo canale pare favorita dalla presenza della glicina;
-Recettori per la seroronina (5-HT3) e recettori purienergici: i primi diffusi lungo tutto il sistema nervoso sono permeabili al Na+ e al K+, spesso usati in clinica come antipsicotici. I recettori purenergici invece legano l'ATP hanno un ruolo fondamentale nella liberazione del neurotrasmettitore e nella trasmissione del dolore.
- Recettori metabotropici, caratterizzati da un unico polipeptide che attraversa la membrana dando origine a sette passi d'elica, con una regione amminica sulla faccia esterna della membrana e carbossilica su quella interna. Interagiscono con proteine G eterotrimeriche, i cui siti di legame sono presenti a livello degli aneli citoplasmatici. Esse sono responsabili della regolazione dei canali voltaggio dipendenti agendo attraverso secondi messaggeri.

Si distinguono:
-Recettori dell'acetilcolina: definiti anche muscarinici perche' attivati dalla muscarina, sostanza estratta da un fungo velenoso (amanita muscaria). Se ne conoscono diverse sottoclassi, disseminati per tutto il SNC e periferico. Alcune attivano la fosfolipasi C altre inibiscono l'adenilatociclasi.
-Recettori del GABA, definiti GABAB sono presenti in tutto il sistema nervoso spesso associati a quelli ionotropi. Agiscono sulla membrana presinaptica facilitando l'ingresso di K, quindi impedendo l'ingresso del GABA. Sul versante post-sinaptico invece determinano la liberazione di GABA quindi causano iperpolarizzazione di membrana.
-Recettori del glutammato: sono associati a proteine G, distribuiti in tutto il SN. Sono responsabili della stimolazione della fosfolipasi C.
-Recettori purinergici: l' ATP e' stato dimostrato essere un neurotrasmettitore. Viene degradato ad adenosina da particolari enzimi e interagisce con tre classi di recettori:
- Al
- A2,suddivisa in A2a e A2b
- A3

-Recettori della dopamina: si trovano nello striato che fa parte dei gangli della base. Sono presenti due classe di fondamentali: D1 e D2.

I recettori D1 (o D1-like) sono solo postsinaptici e sono associati ad una proteina Gs, che attiva l'adenilato-ciclasi inducendo la formazione di AMP-ciclico (cAMP), o ad una proteina Gq che attiva la fosfolipasi C (PLC) che idrolizza il PIP2 provocando la mobilizzazione di calcio.
Comprendono due sottotipi:
D1, che si trovano nello striato, nel talamo, nell'ipotalamo e nel sistema limbico.
D5, che si trovano nell'ippocampo e nell'ipotalamo.

I recettori D2 (o D2-like) sono sia pre- che postsinaptici. Sono associati ad una proteina Gi, quindi determinano una riduzione di cAMP che causa apertura di canali del potassio e chiusura di quelli del calcio.
Comprendono tre sottotipi:
D2, suddivisibili di D2s e D2l: si trova nello striato, nella sostanza nera e nell'ipofisi.
[s e l stanno per 'short' e 'long' in quanto tali sottotipi recettoriali differiscono nella lunghezza della sequenza aminoacidica che costituisce il terzo loop citoplasmatico del recettore].
D3: si trova nel bulbo olfattorio, nello striato laterale e nell'ipotalamo.
D4: si trova nella corteccia frontale, nel bulbo e nel mesencefalo.

- Recettori adrenergici

α1: e' un recettore di tipo eccitatorio postsinaptico presente in prevalenza sulla muscolatura liscia dei piccoli vasi (resistenze periferiche), la cui stimolazione genera contrazione della muscolatura liscia vasale generando un aumento della pressione. Presente anche sulla muscolatura del sistema urogenitale e degli sfinteri. Il suo antagonista prazosin e' un farmaco anti ipertensivo, Sembra inoltre che questo recettore abbia dei ruoli importanti per il controllo dell'umore e del comportamento.
α2: e' un recettore presinaptico, presente sulle terminazioni nervose, e' deputato alla regolazione della secrezione di neurotrasmettitori sia catecolaminergici che colinergici: la sua attivazione determina una diminuzione della produzione di noradrenalina (feedback negativo) e acetilcolina. Inoltre, la sua attivazione a livello pancreatico diminuisce la secrezione di insulina. Il suo antagonista yohimbina e' utilizzato per la cura dell'eiaculazione tardiva.
β1: e' un recettore di tipo eccitatorio, importantissimo per l'attivita' cardiovascolare, e' principalmente presente a livello cardiaco e renale, la sua stimolazione genera a livello cardiaco un effetto inotropo e cronotropo positivo mentre a livello renale stimola la secrezione di renina da parte delle cellule juxtaglomerulari. L'atenololo, antagonista di questi recettori, e' usato nella cura dell'ipertensione.
β2: e' un recettore di tipo eccitatorio accoppiato a proteina Gs come tutti i beta recettori; e' presente a livello della muscolatura liscia di alcuni apparati: muscolatura liscia bronchiale, muscolatura liscia gastrointestinale ed e' inoltre presente sulla muscolatura liscia di coronarie e grandi vasi che irrorano la muscolatura scheletrica. e' da ricordare come l'innalzamento di concentrazione di cAMP nelle cellule muscolari lisce conduca ad un rilassamento delle stesse. L'attivazione di questo recettore genera quindi il rilassamento della muscolatura liscia bronchiale, gastrointestinale e dei grandi vasi periferici. Inoltre e' importante per il metabolismo glucidico conducendo ad un innalzamento della glicemia. L'agonista salbutamolo si usa come broncodilatatore nella terapia dell'asma. Questo recettore sembra essere il mediatore degli effetti di vasodilatazione ortosimpatica che si evidenziano al livello del tessuto muscolare scheletrico. I farmaci b-bloccanti non selettivi per beta1 generano un effetto netto opposto, nei vari apparati, rispetto all'attivazione simpatica provocando cosi aumento della contrazione delle cellule lisce a livello bronchiale (broncospasmo), gastrointestinale (aumento nel numero di evacuazioni) e vasale (iniziale innalzamento della pressione diastolica, effetto pero' destinato a scomparire nell'arco di poche settimane dall' inizio della terapia conducendo ad un netto calo pressorio dovuto anche e sopratutto all'azione del farmaco sui recettori beta1 cardiaci e renali).
β3: e' un recettore di tipo eccitatorio, presente soprattutto a livello del tessuto adiposo. Qui attiva l'enzima lipasi che libera acidi grassi dai trigliceridi. Eventuali agonisti di questo recettore potrebbero essere target terapeutici potenziali per la cura dell'obesita'.

Recettori per la serotonina

I recettori 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4 e 5-HT fanno parte della superfamiglia dei recettori accoppiati alle proteine G. Il recettore 5-HT3, invece, e' un recettore-canale che permette il flusso di Na+ e K+ e ha una struttura simile a quella del recettore colinergico nicotinico.
Classificazione

5-HT1 Accoppiato a proteine G. Calo dei livelli cellulari di Adenosina monofosfato ciclico. Inibitorio
5-HT2 Accoppiato a proteine G. Aumento dei livelli cellulari di Inositolo trifosfato e Diacilglicerolo. Eccitatorio
5-HT3 Recettore-canale; canale ionico del Na+ e del K+ . Depolarizzazione della membrana cellulare. Eccitatorio
5-HT4 Accoppiato a proteine G. Aumento dei livelli cellulari di Adenosina monofosfato ciclico. Eccitatorio
5-HT5 Accoppiato a proteine G. Calo dei livelli cellulari di Adenosina monofosfato ciclico. Inibitorio
5-HT6 Accoppiato a proteine G Aumento dei livelli cellulari di Adenosina monofosfato ciclico. Eccitatorio
5-HT7 Accoppiato a proteine G Aumento dei livelli cellulari di Adenosina monofosfato ciclico. Eccitatorio

Recettori con attivita' tirosin-chinasica

Gli ormoni steroidei e della tiroide, attraversando facilmente la membrana non necessitano di recettori di membrana. I primi presenteranno un recettore nucleare, mentre gli steroidei due: uno citoplasmatico e uno nucleare. Ad esempio il recettore dell'insulina ha attivita' tirosin-chinasica, ossia fosforila residui tirosinici della proteina-recettore. Quest'ultimo presenta: una subunita' a extracellulare, un frammento intermembrana e una subunita' β intracellulare. La componente esterna lega il ligando (l'insulina), attiva la subunita' β dotata di un dominio catalitico . La subunita' β si auto fosforila (a livello di alcuni residui di tirosina). Il legame con il ligando provoca un cambiamento conformazionale del recettore che dimerizza . La dimerizzazione innesca quindi un processo di autofosforilazione. Le tirosine fosforilate vengono a loro volta riconosciute da molecole citoplasmatiche attivate e che trasferiscono il segnale a cascata fino al nucleo.
 

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