Biologia lezione 26. Continuiamo a passare in rassegna le funzioni della membrana cellulare e in particolare in questa lezione ci soffermiamo sulla biosegnalazione. Di seguito una panoramica delle funzioni della membrana. Vediamo che quindi la biosegnalazione è quel processo che permette a una cellula di comunicare con le altre.
Infatti le cellule non sono mondi isolati fra di loro, ma si scambiano delle informazioni. Queste informazioni, oltre ad essere scambiate, devono essere decodificate alla cellula e soprattutto la cellula deve attuare una risposta al messaggio che ha ricevuto. In quest'ambito quindi svolgono un ruolo importante i recettori ma anche gli antigeni. Iniziamo a parlare dei recettori. Innanzitutto cosa sono dei recettori?
I recettori sono delle strutture capace di legare una molecola che in questo caso prende il nome di ligando perché appunto si lega al recettore e di attuare una risposta a livello cellulare. Anche se in questa lezione esamineremo esclusivamente i recettori di membrana Non tutti i recettori si trovano nella membrana plasmatica. Esiste un'ampia classe di recettori a localizzazione citoplasmatica o a localizzazione nucleare.
Si tratta di recettori per molecole sostanzialmente o piccole o lipofile che quindi riescono a passare tranquillamente attraverso il doppio strato lipidico e quindi possono tranquillamente incontrare il loro recettore a livello citoplasmatico o nucleare. Va da sé quindi che i recettori O meglio, che i ligandi dei recettori della membrana plasmatica saranno ligandi idrofili, quindi che non possono passare il doppio strato. Esistono varie classi di recettori.
Quelli più importanti sono i recettori tirosinchinastici, i recettori a coppia del proteina G, i recettori guanililciclasici, i recettori della famiglia di tumor necrosis factor e infine i recettori ionotropici. Passiamo in rassegna ognuna di queste classi. Partiamo con i recettori tirosinchinasici.
Innanzitutto bisogna chiarire che i recettori tirosinchinasici esistono in due gruppi. I recettori tirosinchinasici con attività intrinseca e i recettori tirosinchinasici con attività estrinseca. Nell'ambito dei recettori tirosinchinasici con attività intrinseca vediamo che il recettore è formato a due subunità.
Una subunità alfa che protrude nella parte extracellulare e una subunità beta che invece in parte è transmembrana e in parte è rivolta sul versante intracellulare. Questi recettori funzionano soltanto quando dimerizzano fra di loro. Infatti quando due recettori con attività tirosinchinasica si avvicinano creano il sito di legame per il loro ligando. Quindi l'arrivo del ligando stesso permette la dimerizzazione dei recettori, in quanto il ligando si lega soltanto se entrambi i recettori sono presenti perché insieme formano la tasca per il ligando.
Una volta che è avvenuto il legame, le parti intracitoplasmatiche delle subunità beta si affrontano fra di loro e attivano la loro attività tirosinchinasica. Infatti questi recettori sono particolari perché? Perché sono degli enzimi alla fin dei conti. enzimi non totalmente perché c'è la parte per il ligando ma che a seguito del legame con il ligando vanno incontro a un cambiamento conformazionale cambiamento conformazionale che permette l'attivazione del dominio catalitico del recettore che in questo caso è rappresentato dalla parte della subunità beta sul versante intracellulare l'attività della subunità beta è appunto tirosinchinasica cioè ogni subunità beta del recettore è in grado di fosforilare tre tirosine critiche, quindi importanti per il cambiamento conformazionale, sull'altra subunità. Quindi arriveranno tre ATP da una parte e quella subunità userà quelli ATP per fosforilare le tirosine dell'altra subunità e viceversa.
Questo meccanismo prende il nome di autofosforilazione, dove auto è da intendere non su se stessi ma a vicenda, proprio perché ognuno fosforira l'altro. A questo punto la fosforilazione induce un cambiamento conformazionale che espone la tasca per legare un'altra proteina, che è la proteina che poi darà il via alla cascata trasduttiva e quindi in definitiva alla messa in atto della risposta cellulare. Esempi di molecole che utilizzano recettori tirosinchinastici con attività intrinseca sono l'insulina, quindi il più importante ormone per la regolazione della glicemia, e l'insulina avrà come effetto finale su questa via l'esposizione di canali per il glucosio.
Questi canali permetteranno al glucosio di entrare in cellula e quindi si avrà un maggiore deposito di glucosio nei tessuti e quindi un calo della glicemia. L'altra molecola importante è poi l'EGF, l'Epidermal Growth Factor. che fa parte della grande famiglia dei fattori di crescita che sono importanti sia su un aspetto fisiologico che su un aspetto patologico. Dal lato fisiologico sono importanti perché modulano e orchestrano la crescita dei vari sottotipi cellulari, quindi l'epidermide per l'epiderma, ma poi c'è l'HGF per il fegato e via dicendo. Sul lato patologico invece sono importanti perché alterazioni nella cascata trasduttiva dei fattori di crescita si associano spesso all'epidermide.
a iperproliferazione dei tessuti e quindi a sviluppo di neoplasie. I recettori tirosin-kinasici ad attività estrinseche invece non sono essi stessi degli enzimi, quindi loro legano il recettore ma hanno bisogno di convogliare un'altra kinasi. Quindi il legame avviene sempre con due recettori e quindi la dimerizzazione.
A seguito del legame abbiamo il cambiamento conformazionale. A seguito del cambio di anido conformazionale viene esposta la tasca per JAK. JAK è una kinasi della famiglia Janus che ha proprio un'attività tirosinchinasica, cioè è capace di fosforilare il recettore, sempre su tre tirosine critiche. A seguito di questa fosforilazione adesso il recettore cambierà conformazione e potrà allegare un'altra molecola che è STAT. STAT che in realtà viene anche fosforilata a sua volta da JAK, quindi JAK.
compie una doppia fosforilazione, dare il via alla cascata trasduttiva. Dato che Jack e Stat sono molto presenti a livello di questa via, molto spesso piuttosto che parlare di recettori tirosinchinacei di attività estrinseca si parla di via Jack-Stat, dando per scontato appunto che l'attività sia estrinseca. Un esempio di L'igando che utilizza questo sistema è l'eritropoietina, uno degli ormoni principali per la regolazione dell'eritropoiesi a livello del midollo osseo.
Passiamo adesso ai recettori a coppia di proteina G. Questi recettori sono recettori conformati da 7 alfa eliche che passano più volte all'interno della membrana. Si tratta quindi sostanzialmente di proteine multipasso. Sul versante extracellulare ovviamente c'è il sito di legame per il ligando e sono associate a proteine G. Le proteine G sono delle proteine presenti a livello del versante intracellulare che sostanzialmente sono proteine ancorate ai lipidi in quanto presentano delle code isopreniche con cui entrano all'interno del doppio stato lipidico.
E'molto importante questa loro localizzazione e il fatto che abbiamo delle code perché questo consente alle proteine G di spostarsi all'interno della membrana pur rimanendo ancorate sul versante citoplasmatico. Il legame del ligando con il recettore attiva la proteina G. La proteina G è formata per subunità A.
alfa, beta e gamma. Quella però importante ai fini del funzionamento della proteina G è la subunità alfa. La subunità alfa ha un'attività GTP-asica, cioè è capace di legare il GTP, quindi la forma trifosfato del nucleotide appunto della guanina, e di idrolizzarlo, quindi togliere un fosfato e formare il GTP. Quando la subunità alfa lega il GDP, allora è nella sua forma inattiva.
Nel momento in cui lega il GTP si attiva, quindi il legame con il recettore, del recettore, del legando al recettore, stimola il rilascio del GDP e il legame del GTP, cambiamento conformazionale della proteina G, distacco della subunità alfa, della subunità beta e gamma e attivazione della subunità alfa. La subunità alfa a questo punto agisce sul suo target e a seconda del tipo di target parleremo di proteine G diverse. Non solo a seconda del tipo di target ma anche a seconda del tipo di azione che queste proteine G hanno sul target. Andiamo più nel dettaglio. Il primo tipo di proteina G è la proteina G stimolatoria.
Si tratta di una proteina G in cui la subunità alfa, una volta essersi staccata dalla subunità beta e gamma, va ad agire sulla denilato ciclasi. La denilato ciclasi è un'enzima di membrana il cui compito è quello di catalizzare la trasformazione di ATP in AMP ciclico, quindi nella forma privata di due fosfati e ciclizzata. L'AMP ciclico è un importante secondo messaggero, cioè va ad attuare una serie di risposte trasduttive all'interno della cellula che poi saranno responsabili della risposta cellulare vera e propria. Quindi le proteine G-simulatorie comportano un aumento della MP ciclico all'interno della cellula. Un esempio di proteine, un esempio di molecole che sfruttano questo meccanismo è dato all'adrenalina.
L'adrenalina infatti è proprio un ligando, quindi una molecola il cui recettore è accolpito a proteina G, a proteina G stimolatoria. Quindi il legame dell'adrenalina con il recettore stimola l'aumento del C-AMP all'interno della cellula. Discorso diametralmente opposto per la G-inibitoria. Quando la G-inibitoria viene attivata, questa va a inibire l'adenilato ciclasi che era attiva per un altro impulso che era arrivato. Quindi a causa dell'attivazione della proteina G-inibitoria avremo un'inibizione dell'adenilato ciclasi e quindi un calo dell'AMP ciclico.
Un esempio di molecole che sfruttano recettori accoppiati a proteine G-inibitorie è dato dall'acetilcolina quando lega il suo recettore a tensione muscarinico che è presente a livello cardiaco che l'acetilcolina può legare due recettori nicotinico e muscarinico il nicotinico è un recettore ionotropo che quindi esamineremo dopo mentre il muscarinico è proprio associato a una ginibitoria e quindi a seguito del legame l'acetilcolina delvia una serie di informazioni... che portano sostanzialmente a una diminuzione del C-AMP all'interno delle cellule cardiache. Un'ultima classe di recettori associati a proteine G è data dalle proteine G che attivano la fosfolipasi C. In questo caso queste proteine saranno indicate come proteine GQ, mentre per la simulatore e l'inibitoria il nome era rispettivamente GS e G. Una volta che la subunità alfa della GQ è attiva, agisce sulla fosfolipasi C.
La fosfolipasi C è un enzima di membrana, quindi una volta attivato, catalizza la scissione del fosfatidil inositolo bifosfato, che è appunto un fosfolipide di membrana, in diacilglicerolo e inositolo trifosfato. Queste due molecole hanno due destini diversi. L'inositolo trifosfato, anche chiamato IP3, agisce su un canale per il calcio a livello del reticolo endoplasmatico liscio determinando quindi la fuoriuscita di ioni calcio. Parallelamente il diaciglicerolo agisce sulla proteina inchinasi C che è un altro enzima associato alla membrana che si attiva grazie al diaciglicerolo e grazie agli ioni calcio liberati appunto da IP3.
L'attivazione della proteina inchinasi C porta alla fosforilazione di una serie di proteine che saranno quindi poi convolte nei processi più a valle della cascata trasduttiva. Veniamo adesso ai recettori guaninil ciclasici. Si tratta di recettori che posseggono la capacità di convertire il GTP, quindi la forma trifosfata del monolido di guanina, diciamo, in GMP ciclico.
Esistono in varie forme. Una forma importante è quella che lega la NF, ovvero l'atrial natriodirectic factor. Si tratta di un fattore molto importante, secreto dagli atri quando sono sottoposti a uno stiramento maggiore. e che comporta la perdita di liquidi a livello renale e quindi una maggiore o minore una minore pressione all'interno dei vasi quindi un abbassamento di pressione la guanirina invece il recettore per la guanirina e l'endotossina invece è importante a livello intestinale in particolare questo recettore stimola la secrezione di ioni cloro che si accompagna alla secrezione di acqua e che quindi si accompagna a una consistenza più o meno acquosa delle feci.
Quando infatti le endotossine batteriche iperstimolano questo recettore si ha un'eccessiva secrezione di cloro con eccessiva secrezione di acqua e quindi diarrea. Un ultimo tipo di recettore, anche se propriamente non è un recettore di membrana, è il recettore guanidil C classico per l'ossido nitrico. Va da sé che non è di membrana perché l'ossido nitrico, essendo una molecola molto piccola e soprattutto apolare, riesce a passare tranquillamente all'interno del doppio strato lipidico e quindi a legare il suo recettore all'interno.
Il recettore presenta una parte centrale che è rappresentata dal gruppo M che è importante per il cambiamento conformazionale. Quindi nel primo caso i ligandi saranno esterni, nel terzo caso saranno interni. Il legame con il GTP avviene a seguito del legame con il ligando, formazione del GMP ciclico. Di tutti questi recettori, sicuramente il recettore per l'ossido nitrico è stato uno dei più studiati per il trattamento della disfunzione erettile. Infatti la sua azione è quella vasodilatatrice in quanto l'ossido nitrico determinando l'aumento del GMP determina una vasodilatazione in alcuni distretti e quindi un maggiore afflusso di sangue.
Che cosa è stato visto? È stato visto che somministrando alcuni farmaci che simolassero il quantitativo di GMP all'interno di alcune cellule si poteva mantenere la vasodilatazione. Questo meccanismo è la base del Viagra che appunto ha il compito di inibire la fosfodiesterasi, ovvero quell'enzima che determina la trasformazione del GMP ciclico di nuovo in GTP. Quindi che cosa succede? Che si produce GMP, però questo GMP, grazie all'inibizione della fosfodiesterasi, non viene più convertito in GTP, quindi rimane, simula la vasodilatazione, la vasodilatazione garantisce un maggiore afflusso di sangue al pene e quindi si ha l'erezione veniamo adesso ai recettori della famiglia del TNF si tratta di una classe di recettori molto importante a livello cellulare e molto studiati sia in campo patologico sia in campo di studi cellulari ben approfonditi Si tratta di recettori che per attivarsi devono trimerizzare fra di loro.
Questa trimerizzazione è garantita dai loro ligandi. Ad esempio, quando il TNF-alfa, che è uno dei ligandi di questi recettori, raggiunge la membrana, per legarsi ha bisogno di tre recettori e quindi porta alla trimerizzazione del recettore. L'altra caratteristica sta nel fatto che questi recettori hanno sul versante intracitoplasmatico dei domini di morte.
Domini di morte che... quando si legano fra di loro sono capaci di legare i domini di morte presenti su altre cellule e quindi in questo modo dare il via alla cascata trasduttiva. La cascata trasduttiva del TNF ha vari effetti ma quelli più importanti sono la poptosi nel caso in cui il ligando sia FasL e quindi in questo caso il recettore lo chiameremo Fas.
Invece l'infiammazione quindi la simulazione della sintesi di molecole proinfiammatorie se il ligando è TNF alfa. In questo caso il recettore lo chiameremo TNF-R, cioè il recettore del TNF-alfa. L'ultima classe di recettori che analizziamo è quella dei recettori ionotropici. Si tratta di recettori che si attivano che quindi legano il loro ligando e sono essi stessi dei canali quindi a seguito del legame con il ligando cambiano conformazione si aprono e permettono il passaggio di ioni esempi di recettori ionotropici sono appunto come diciamo prima il recettore nicotinico per l'acetilcolina che a seguito del legame dell'acetilcolina si apre permettendo l'ingresso del sodio all'interno della fibrocellula muscolare e quindi l'inizio della depolarizzazione e quindi poi della contrazione.
Analizziamo adesso gli antigeni. Quando parliamo di antigeni nell'ambito della biosignalazione ci riferiamo al complesso maggiore di istocompatibilità, ovvero MHC. Di che cosa si tratta? Si tratta di un insieme di antigeni presenti a livello delle cellule dell'organismo che permettono di discriminare un organismo da un altro.
Tutti gli organismi infatti hanno complessi maggiori di istocompatibilità diversi fra di loro. è come se ogni complesso maggiore visto compatibilità fosse una targa dell'organismo esiste solo un caso in cui i soggetti hanno lo stesso MHC ed è nel caso in cui siamo dei gemelli monovulari l'esistenza dell'MHC è alla base dei sistemi immunitari perché permette alle cellule di riconoscere ciò che è self da ciò che non è self prendiamo ad esempio il caso di un natural killer che viaggi all'interno di un vaso sanguigno e che controlli appunto le cellule all'interno del vaso. Si legherà ai vari globuli rossi e vedrà che comunque saranno self e quindi non li attaccherà.
Stessa cosa per i globuli bianchi. Non appena però incontrerà un batterio che avrà quindi un corrido di antigeni diverso da quello che dovrebbe avere la cellula, lo attaccherà e lo distruggerà. Ecco.
Questo è solo un esempio molto banale del ruolo che l'MHC svolge nell'immunità.