Recettori accoppiati a proteine G trimeriche (I)

ESEMPI DI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G TRIMERICHE Neurotramettitori: catecolamine dopamina Serotonina acetilcolina Eicosanoidi: prostaglandine prostacicline tromboxani leucotrieni Ormoni peptidici: ACTH e CRF LH FSH TSH e TRH GHRH Vasopressina (ADH) Glucagone PTH Calcitonina Mediatori di diversa origine: Trombina Bradichinina C3a e C5a Nucleotidi (ATP) Chemochine

4 1 3 2 RGS (Regulators of G protein Signaling) EFFETTORE EFFETTORE -

a as ai/o + - aq a12/13 b g b g Adenilato ciclasi AMPc Fosfolipasi Cb Rho Fosfatidil- Inositolo 3 Chinasi (PI-3K) Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG) Rho chinasi Fosfatidilinositolo- 3 Fosfato

as ai/o + - + - b g Tossina colerica Tossina della pertosse Fosfolipasi Cb + - as ai/o Adenilato ciclasi AMPc + - Protein kinase A (PKA)

aq b g Fosfolipasi Cb Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG) PKC Fosfolipasi A2 Fosfolipasi D Acido arachidonico Eicosanoidi Acido Fosfatidico

Ca2+ Ras PLC-g PLC-e PLC-b PLC-d Proteine G trimeriche (Gaq e subunità bg) Ca2+ Tirosin chinasi recettoriali e citoplasmatiche Ras PLC-g PLC-e PLC-b PLC-d

Diversi attivatori: Ca2+, PKC, MAP kinasi

PKCs PKCs Sintesi di PtIns(4,5)P2

Attivate da: diaciglicerolo, fosfatidilserina e calcio P-serine- binding Classiche (cPKC) Attivate da: diaciglicerolo, fosfatidilserina e calcio Nuove (nPKC) PMA: phorbol miristato acetato, il principio attivo presente nell’olio di croton usato per definire il fenomeno della promozione dei tumori Atipiche (aPKC)

Attivate da: diacilglicerolo e P-serina, MA NON calcio Classiche (cPKC) Nuove (nPKC) Attivate da: diacilglicerolo e P-serina, MA NON calcio Atipiche (aPKC)

Classiche (cPKC) Nuove (nPKC) Atipiche (aPKC) Attivate dalla sola P-serina

LIBERAZIONE DI CALCIO DA STORE INTRACELLULARI Ligando Store Intracell Reticolo Sarcoplamico Recettore RYR1 (Rianodina) Ca2+ Sensore di voltaggio nel muscolo scheletrico Recettore Recettore IP3 (InsP3-R) Store Intracell (REL) Ca2+ Canale per il Ca2+ (VOC) nel muscolo cardiaco Ca2+ Recettore RYR2 Ca2+ “Calcium-induced calcium release”

--- +-+ Ingresso di Calcio dall’esterno all’interno della cellula Ca2+ Store intracell VOC ROC Voltage Operated Channel Receptor Operated Channel SOC Store Operated Channel

11, 669 - 677 (2009) Cahalan Nature Cell Biol 11, 669 - 677 (2009)

Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ ATP ADP Na+ SERCA: Sarcoplasmic/Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase

“Canalopatie” Kass. J. Clin. Invest. 115, 1986-1989, 2005 Episodi di tachicardia ventricolare durante il rilascio di catecolamine in seguito a stress emozionali o fisici

CELL MUSCOLARE CARDIACA NELLA CELLULA MUSCOLALE CARDIACA I SEGNALI CALCIO SONO REGOLATI DAI RECETTORI b-ADRENERGICI. Calcium-induced calcium release (CICR) RyR2 CELL MUSCOLARE CARDIACA VOC di tipo L (recettori di diidropiridine) PLB = fosfolambano; inibitore di SERCA regolato negativamente da fosforilazione

4 3 2 1

EFFETTI ATTIVAZIONE DI PKA SU CONTRAZIONE MIOCARDIO 1 2 Fosforilazione fosfolambano (PLB) Fosforilazione troponina I Dissociazione Ca2+ dai miofilamenti Aumento attività di SERCA Aumento disponibilità di Ca2+ nel ret. sarcoplasm. Accellerazione rilasciamento muscolare Aumento contrazione cardiaca

EFFETTI ATTIVAZIONE DI PKA SU CONTRAZIONE MIOCARDIO 3 4 Fosforilazione recettore per rianodina Fosforilazione canali (tipoL) peri il Ca2+ Aumento apertura del canale Aumento apertura dei canali Aumento rilascio di Ca2+ Aumento rilascio di Ca2+

Aumento tono simpatico Danno miocardico Compenso acuto Diminuzione gittata cardiaca Stimolazione b-adrenergica miocardiociti Aumento delle gittata cardiaca Circolo vizioso ed amplificazione del danno Aumento della frequenza e forza di contrazione Meccanismi esogeni di protezione: Farmaci b-bloccanti Aumento consumo energetico Induzione di apoptosi Aritmie Ipertrofia Meccanismi endogeni di protezione: fosforilazione del recettore b-Adr. e “down-modulation recettoriale

il GMPc regola negativamente l’ipertrofia cardiaca In analogia con le due grandi forze universali che si oppongono nella filosofia cinese (Yin/Yang) il GMPc regola negativamente l’ipertrofia cardiaca

- IPERTROFIA -

RHO RHO KINASE

DELL’IPERTROFIA CARDIACA UNA PROLUNGATA STIMOLAZIONE b-ADRENERGICA E’ SOLO UNO DEI MECCANISMI DI INDUZIONE DELL’IPERTROFIA CARDIACA Cardiomiopatia dilatativa Ipertrofia eccentrica Ipertrofia concentrica Vol.7, pag. 589, 2006

Gaq b g IPERTROFIA Fattore di crescita (IGF: Insulin-like DIVERSE INTERAZIONI AGONISTA/RECETTORE POSSONO GENERARE SEGNALI CHE INDUCONO IPERTROFIA CARDIACA Fattore di crescita (IGF: Insulin-like Growth Factor; EGF) Stress bio-meccanico Endotelina Angiotensina II Catecolamine (stimolazione a-adrenergica) INTEGRINA P P Gaq b g FAK, Src P P PLC PI3-chinasi (IB) PI3-chinasi (IA) Ca2+ PKC MAP chinasi IPERTROFIA

(fosfatasi) CaMK:Protein chinasi Ca/Calmodulina-dipendente Histone Deacetylase (fosfatasi) MEF:myocyte enhancer factor Nuclear Factor of Activated T cells

(FK506-binding proteins) La calcineurina è bersaglio di farmaci che inibiscono la risposta immune “immunofiline” (FK506-binding proteins) Subunità catalitica (CnA) calmodulina ciclosporina A ciclofilina A Subunità regolatrice (CnB) Heineke et al. Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 589–600 (August 2006) | doi:10.1038/nrm1983

Anche PKC attivata attraverso la formazione di DAG, derivato dall’idrolisi di fosfoinositidi da parte di PLC, regola la trascrizione genica in cellule muscolari Histone acetyl transferase Signal-dependent modulation of cardiac genes and hypertrophy by class II HDACs. MEF2 recruits class II HDACs to target genes, which results in transcriptional repression due to chromatin condensation. Stimulation of cardiomyocytes with neurohumoral agonists acting through G-protein coupled receptors (GPCRs) activates kinase pathways that culminate with the phosphorylation of class II HDACs and their export to the cytoplasm as a complex with 14-3-3 proteins. The nuclear export protein CRM1 is required for HDAC nuclear export. The release of class II HDACs from MEF2 allows for the association of HATs with MEF2 and consequentially chromatin relaxation and transcriptional activation of fetal cardiac genes.

L’ipertrofia cardiaca è solo una delle diverse manifestazioni patologiche che interessano il muscolo cardiaco e scheletrico

Sono stati individuati diversi geni codificanti per proteine strutturali del muscolo cardiaco e scheletrico le cui lesioni determinano specifiche patologie J Cell Biol 194:355, 2011

Il “Dystrophin associated molecular complex” protegge la membrana Sarcoglycan complex dystroglycan complex Il “Dystrophin associated molecular complex” protegge la membrana della cellula muscolare dal trauma meccanico dovuto alla contrazione ripetuta Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | doi:10.1038/nrm2024

N DM Muscolo normale Distrofia muscolare Colorazione con Ab anti-distrofina Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | | doi:10.1038/ nrm2024

30/100.000 nati maschi 3/100.000 nati maschi

Distrofie dei muscoli scapolari e pelvici Distrofia tibiale (nell’Hz) o dei muscoli Scapolari e pelvici (nell’Oz) Distrofie muscolari di Duchenne o Becker Mutazioni in geni che codificano Per collagene ti tipo VI causano Miopatia di Bethlem e distrofia Muscolare di Ullrich AD X-linked Distrofie muscolari di Emery-Dreifuss Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | doi:10.1038/nrm2024