RECETTORE Definizione: struttura capace di riconoscere, legare uno specifico messaggero e modificarsi in modo da generare una risposta biologica

Classificazione in base alla localizzazione: Recettori intracellulari Recettori di membrana Recettori intracellulari 1) I primi rispondono a mediatori idrofili che non passano la membrana (neurotrasmettitori classici e peptidici, fattori di crescita, citochine, etc.). Questi trasducono il segnale portando a modifiche biofisiche e biochimiche

RECETTORI INTRACELLULARI: 2) I secondi trasducono il segnale di composti lipofili ed ormoni che passano facilmente la membrana (ormoni steroidei e tiroidei, vitamina D, acido retinoico, locus Ah, etc). Questi trasducono il segnale portando a modificazione dell’espressione genica e quindi della composizione proteica della cellula. RECETTORI INTRACELLULARI: Sono molto simili fra loro, costituiti da una catena polipeptica

Il terminale carbossilico e’ il sito per l’ormone La parte centrale e’ il sito di riconoscimento per sequenze specifiche di DNA Il terminale amminico e’ essenziale per la specificita’ d’azione a livello di transattivazione.

In assenza di ligando il recettore e’ inattivo, lo stato quiescente e’ mantenuto da interazione con proteine inibitorie, in genere della classe “heat shock proteins” (hsp). Il ligando provoca una modifica conformazionale che fa dissociare il recettore dalle hsp, o nel citoplasma o per gli ormoni nel nucleo si associa a “responsive elements” presenti nei promotori dei geni sensibili all’ormone regolando cosi la trascrizione.

RECETTORI DI MEMBRANA: Recettori-canali (trasduzione veloce) Recettori accoppiati alle proteine G (risposta piu’ prolungata e piu’ lenta) Recettori con attivita’ tirosin-chinasica Recettori con attivita guanilato- ciclasica

Recettori di membrana

RECETTORI-CANALI: Recettori nicotinici GABAA Recettori per la glicina Recettori ionotropi per il glutammato Recettore 5-HT3 per la serotonina Recettore P2x per le purine

(sezione trasversale) Recettore-canale nicotinico muscolare (sezione trasversale) Composto da 5 subunita’: 2α, β, γ, δ che formano un pentamero e delimitano un canale ionico che attraversa la membrana cellulare ed e’ permeabile ai cationi (Na+)

Ogni subunita’ e’ formata da una catena peptidica che presenta al terminale amminico una grande porzione extracellulare. In α e’ presente il sito di legame per l’acetilcolina (M1-M4)

Il sito di legame per il neurotrasmettitore o per il farmaco e’ esterno alla membrana cellulare ed e’ in genere formato da uno solo dei 2 o piu’ tipi di subunita’ che formano il canale. Sulla parte extra-cellulare del recettore sono presenti siti allosteici, la loro occupazione modifica la attivazione recettoriale

In base al grado di omologia della sequenza aminoacidica delle subunita’ componenti i recettori-canale si dividono in: I gruppo: recettori per Ach, GABA, glicina e serotonina. II gruppo: recettori per AA eccitatori, glutammato, kainato, NMDA.

  Risposta Neurotrasmettitore Veloce Lenta Acetilcolina Nicotinici Muscarinici GABA GABAA GABAB Glutammato Ionotropi Metabotropi Serotonina 5-HT3 5-HT1,2,4,5 ATP P2x P2y

Recettori accoppiati alle proteine G Proteine G: famiglia di proteine eterotrime-riche (α, β, γ) capaci di legare GTP con attivita’ GTPasica. Una singola molecola recettoriale puo’ attivare piu’ di una proteina G Substrato Recettore Attivazione di una PG Attivazione della subunita’ α Incorporazione di GTP Modulazione di alcuni canali ionici ed effettori enzimatici (adenilato ciclasi, fosfolipasi) Sintesi di secondi messaggeri ( cAMP, IP3, diacilglicerolo)

Subunita’ α delle proteine G Subunita’ α delle proteine G. Catena lineare con le regioni coinvolte nel legame ed idrolisi del GTP(G) ed i siti di contatto con il recettore (R)e l’effettore (E). La tossina colerica e’ capace di ADP-ribosilare l’ α in G2 con conseguente inibizione dell’attivita’ GTP-asica e mantenimento di α allo stato attivo. La stimolazione della adenilato ciclasi porta continua produzione di AMPc con perdita di elettroliti ed acqua delle cellule intestinali Colera L’ADP-ribosilazione da parte della tossina della pertosse di una cisteina nelle proteine del gruppo Gi/Go impedisce l’attivazione della proteina G da parte dei recettori.

Principali sottotipi di proteine G e loro funzioni Sottotipi Recettori associati Principali effettori Note G α subunits Gαs Many amine and other receptors (e.g. catecholamines, histamine, serotonin) Stimulates adenylyl cyclase, causing increased cAMP formation. Activated by cholera toxin,which blocks GTPase activity, thus preventing inactivation. Gαi As for Gαs, also opioid, cannabinoid receptors Inhibits adenylyl cyclase, decreasing cAMP formation. Blocked by pertussis toxin, which prevents dissociation of αβγcomplex. Gαo As for Gαs, also opioid,cannabinoid receptors ?Limited effects of αsubunit (effects mainly due to βγsubunits) Blocked by pertussis toxin. Occurs mainly in nervous system. Gαq Amine, peptide and prostanoid receptors Activates phospholipase C, increasing production of second messengers inositol trisphosphate and diacylglycerol (see p. 38). - Gβγ subunits All GPCRs As for Gα subunits (see above). Also: • activate potassium channels • inhibit voltage-gated calcium channels • activate GPCR kinases (p. 40) • activate mitogen-activated protein kinase cascade. Many Gβγisoforms identified, but specific functions are not yet known. Gβγ-mediated effects probably require higher levels of GPCR activation than Gα-mediated effects.

Primo messaggero: neurotrasmettitore o ormone che attiva il recettore SISTEMI EFFETTORI Effettori-canali: portano a modificazione della concentrazione ionica intracellulare Effettori enzimatici: formazione nel citoplasma di molecole biologicamente attive Lo ione Ca++ e i metaboliti (anche se non tutti) degli effettori enzimatici vengono detti “secondi messaggeri” Primo messaggero: neurotrasmettitore o ormone che attiva il recettore

Controllo degli effettori cellulari da parte delle proteine G e dei secondi messaggeri AA, arachidonic acid; DAG, diacylglycerol; IP3, inositol trisphosphate.

L’ adenilato ciclasi: regolata da proteine Gs e Gi

Effetto bradicardizzante del sistema parasimpatico Ca++ e K+ effettori delle proteine G con funzione di canali ionici piu’ studiati Canale al K + presente nelle cellule pace-maker cardiache: aperto da una Gi attivata dal recettore per l’Ach M2 L’uscita di K + attraverso il canale contrasta la depolarizzazzione indotta dalla corrente IfNa (cellule pace-maker) Effetto bradicardizzante del sistema parasimpatico

Esempi di recettori accoppiati alle proteine G

Recettori adrenergici α2, dopaminergici D 2 e per la somatostatina: attivazione di una o piu’ Gi e Go inibizione AC attivazione K+ (Gi) inibizione Ca++ (Go) Recettori per TSH, LH, PTH e calcitonina Gs attivazione AC ma anche idrolisi dei Fosfoinositidi (Gq)

Alcuni canali ionici sono modulati dalla fosforilazione indotta da proteinchinasi attivate da secondi messaggeri Altri sono attivati direttamente da secondi messaggeri: canali al Ca ++ presenti sulla membrana degli organuli intracellulari a rapido scambio, aperti dal IP3 Esistono poi sulla membrana cellulare canali al K+ aperti dal Ca++ e canali cationici aperti da AMPc e GMPc (non sono effettori ma bersaglio dall’attivita’ recettoriale mediata da proteine G

Desensitizzazione dei recettori accoppiati alle proteine G GRK: chinasi specifica

Ruolo centrale delle chinasi nelle vie di trasduzione del segnale CaM kinase, Ca2+/calmodulin-dependent kinase; DAG, diacylglycerol; GC, guanylate cyclase; GRK, GPCR kinase; IP3, inositol trisphosphate; PKA, cAMP-dependent protein kinase; PKC, protein kinase C; PKG, cGMP-dependent protein kinase

Fosfatasi o fosfodiesterasi (PDE) 14 isoenzimi conosciuti

AMPc IP3/DAG GMPc Canali N-ossido Na/K/Ca K (prot G) Ca (protG) Cl Att Inib Att Att Inib Att Acetilcolina   M2-4 M1-3 M N M2 M2 Adenosina A2 A1 A1 A1 Noradrenalina β α2 α1 α2a β1 1a Dopamina D1 D5 D2 D1 D2 D2 Istamina H2 H1 Serotonina 5HT4 5HT1a, 5HT1c2 5HT1a 5HT1 5HT1a 5HT1a GABA B B B A Glutammato mGlu2 mGlu1 NMDA AMPA NMDA,KA AMPA Glicina ( )

AMPc IP3/DAG GMPc Canali N-ossido Na/K/Ca K (prot G) Ca (protG) Cl Att Inib Att Att Inib Att Angiotensina   AT1 Bombesina ( ) Cannabinoidi Leucotrieni LTB4 LTD4 ( )  Oppioidi   µ δ µ δ  k(µ δ) PAF Neurochine, SP NK1,2,3  Ossitocina, AVP V2  V1a,b OT VIP ( ) ( ) ATP/ADP P2y ( ) P2x,z,t ( )

AMPc IP3/DAG GMPc Canali N-ossido Na/K/Ca K (prot G) Ca (protG) Cl Att Inib Att Att Inib Att Prostanoidi DP,IP,EP2 EP3 EP1-3 FP TP   PAF ( ) CCK CCKa ANP ANP a,b BK B2 Endoteline ETA a,b NPY Y Y  Y