Introduzione alla classificazione, localizzazione e funzione dei RECETTORI

RECETTORE Macromolecola a struttura prevalentemente proteica* cui si legano in modo specifico mediatori, neurotrasmettitori, ormoni o farmaci per generare una risposta cellulare * Alcuni antibiotici e antimitotici legano gli acidi nucleici (DNA e RNA)

Recettori intracellulari RECETTORE Macromolecola a struttura prevalentemente proteica cui si legano in modo specifico mediatori, neurotrasmettitori, ormoni o farmaci per generare una risposta cellulare Recettori di membrana - mediatori idrofilici (neurotrasm., fattori di crescita, citochine, etc.) - trasducono il segnale generando modificazioni biofisiche o attraverso la formazione di secondi messaggeri Recettori intracellulari mediatori lipofilici (ormoni steroidei e tiroidei, acido retinoico, vit. A e D, etc.) interagiscono con tratti specifici del genoma e inducono modificazioni dell’espressione genica di alcune proteine ECCEZIONI: Estrogeni ed ormoni tiroidei possono interagire con rec. di membrana Alcuni rec di membrana (a TyrK, GPCR, per citochine) possono attivare fattori di trascrizione

RECETTORI INTRACELLULARI Proteine citosolubili capaci di legare il DNA e di regolare la trascrizione di geni specifici LOCALIZZAZIONE: nucleare (veicolati nel nucleo dopo la sintesi nel RE) citoplasmatica (rec x mineral- e glucocorticoidi, progesterone e androgeni  attraversano la membrana nucleare solo se legati al proprio ligando) CARATTERISTICHE STRUTTURALI: - Singola catena polipeptidica → 3 territori: C-term: 12 α eliche (H1-H12) Sito di legame x l’ormone (cavità idrofobica delimitata da H3, H5 e H6) Regione centrale: ca.70aa, dominio maggiormente conservato, ricco di Cys che stabilizzano l’associazione con il DNA, legame con sequenze specifiche di DNA N-term: Sequenza poco conservata  essenziale x la specificità d’azione a livello di “transattivazione” (interazione e attivazione di fattori di trascrizione) Regione centrale: ca. 70aa: Dominio maggiormente conservato, numerose Cys: stabilizzano l’associazione con il DNA. ZINC FINGERS: permette l’inserimento nel solco maggiore della doppia elica di DNA.

RECETTORI DI MEMBRANA Nove superfamiglie recettoriali: A) Recettori-canale B) Recettori accoppiati alle prot. G C) Recettori con attività tirosin chinasica intrinseca D) Recettori ad attività guanilato ciclasica intrinseca E) Recettori per l’adesione e il movimento cellulare F) Recettori per le citochine G) Recettori per il Tumor Necrosis Factor (TNF) H) Recettori “Toll like” I) Recettori per le lipoproteine Analisi del genoma umano=> più di 1000 diversi recettori di membrana Circa 20 famiglie (distinguibili per struttura e funzione)

Tyr-K (AC, PLC) cGMP Ach, nic, GABA, Glu Ach, GABA, Glu Cit ILs Pept. natr. atriale Selectine Integrine GFs Tyr-K (AC, PLC) cGMP

CARATTERISTICHE STRUTTURALI: RECETTORI-CANALE Complessi macroproteici transmembranari che formano un canale ionico la cui probabilità di apertura è stimolata dal legame con il neurotrasmettitore o con farmaci agonisti  modifica del potenziale elettrico transmembranario Esempi: nAChR, GABAA, Gly, i-Glu, 5-HT3, P2x CARATTERISTICHE STRUTTURALI: 3-5-subunità che delimitano un canale idrofilico Ogni subunità è formata da almeno 4 catene polipeptidiche transm. (M1-M4) Il canale è delimitato dalle regioni M2 La selettività ionica è determinata dalla carica degli aa all’interno del canale Grossa porzione extracellulare a forma di imbuto: vi si concentrano gli ioni + siti di legame e allosterici Parte citoplasmatica: siti di fosforilazione e ancoraggio al citoscheletro NB: TRP (Transient Receptor Potential channels) sono canali cationici la cui apertura è controllata da ligandi intracellulari (Ca2+, IP2, DAG, AEA). Struttura a 6TM ~ K+-Ch

IL RECETTORE NICOTINICO MUSCOLARE

RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G Trasducono il segnale generato dal legame con il mediatore attivando una proteina G PROTEINE G: molecole proteiche eterotrimeriche (), legano il GTP () e possiedono attività GTPasica () L’attivazione del recettore porta alla produzione di diverse molecole di 2° messaggeri  attivazione di numerose molecole enzimatiche  amplificazione del segnale  lunga durata dell’effetto CARATTERISTICHE STRUTTURALI: -Unica catena polipeptidica a 7 zone transmembranarie (T1-T7) -La zona citoplasmatica fra T5 e T6 riconosce le proteine G specifiche -Il sito di legame per il neurotrasmettitore si trova nelle porzioni transmembranarie o extracellulari della sequenza amminoacidica

DAG PKC

RECETTORI CON ATTIVITA’ TIROSIN CHINASICA Fosforilano substrati proteici in corrispondenza di residui tirosinici Esempi: recettori per fattori di crescita (IGF-1, NGF, EGF, FGF, etc) e per diverse citochine CARATTERISTICHE STRUTTURALI: Unica catena polipeptidica che attraversa una sola volta la membrana (eccezioni: Insulin-R: tetramero, HGF-R: dimero) Interazione con il ligando a livello della porzione extracellulare Dominio catalitico intracellulare Coda C-terminale (ca. 250aa): lega i trasduttori intracellulari del segnale L+R  dimerizzazione  autofosforilazione  associazione del R con proteine citoplasmatiche adattatrici  proliferazione o differenziazione cellulare Molti ONCOGENI sono recettori per GFs mutati che hanno perso la loro regolazione fisiologica (inibitori Tyr-K: antitumorali)

RECETTORI PER L’ADESIONE CELLULARE Responsabili dell’interazione fra le cellule e il microambiente della matrice cellulare. Trasducono i segnali provenienti dalla matrice per regolare crescita, motilità, forma, differenziamento e posizione nell’organismo delle cellule. Esempi: caderine e CAM (attivano Tyr-K), selectine (attivano vie associate a prot G), integrine (attivano la cascata delle MAP-K)

RECETTORI PER LE CITOCHINE Citochine: fattori di regolazione pleiotropici che controllano molteplici funzioni (es: proliferazione, differenziamento) delle cellule del sistema immune e ematopoietico. Due famiglie di recettori: Legano molti fattori di crescita ematopoietici, GH, prolattina, interleuchine Legano gli interferoni, IL-10 e 22, il fattore VII della coagulazione CIT+R  di-/trimerizzazione recettoriale  + Tyr-K  attivazione della via JAK/STAT JAK = chinasi citoplasmatiche attivate dai recettori per le citochine coinvolte nella fosforilazione di STAT (NB:STAT sono attivate direttamente dalle tirosin-chinasi recettoriali) STAT = Trasduttori del Segnale e Attivatori Trascrizionali: famiglia di proteine citoplasmatiche che dopo fosforilazione su un residuo di tirosina formano dimeri capaci di traslocare al nucleo e stimolare la trascrizione di geni coinvolti nel controllo del ciclo cellulare e nel differenziamento CARATTERISTICHE STRUTTURALI: -almeno due subunità -una subunità (caratteristica del sottogruppo) che specifica il sistema di trasduzione del segnale -una subunità specifica per il recettore capace di interagire con il ligando JAK: janus kinase

Tyr-K

RECETTORI PER IL TNF Il TNF è il principale mediatore dell’apoptosi, è implicato nel controllo dell’infiammazione, dell’immunità e nella patogenesi di molte malattie degenerative croniche TNFR1: Espresso in diversi tessuti, sensibile alle forme trimeriche solubili del TNF TNFR2: Espresso nelle cellule del sist immune, risponde alle forme trimeriche legate alle membrane del TNF Dopo il legame con il TNF il recettore trimerizza. Nella regione citoplasmatica: death domain  recluta un complesso di segnalazione multiproteico che porta all’attivazione della caspasi 8 e all’apoptosi

Injury/Infection =>Chronic production of TNF => Inflammation, Tissue damage NEUROPROTECTION PROLIFERATION INFLAMMATION

RECETTORI “Toll-like” Espressi soprattutto dalle cellule deputate alla risposta immunitaria contro i microorganismi (macrofagi, APC, neutrofili, cellule endoteliali della cute, linfociti T e B)  Importanti per il riconoscimento dei microorganismi da parte dell’organismo e per la modulazione della risposta immune antinfettiva

LOCALIZZAZIONE CELLULARE DEI RECETTORI Membrana postsinaptica Membrana presinaptica L’attivazione del recettore regola la secrezione di neurotrasmettitori Presynaptic receptor Membrana postsinaptica Il recettore è localizzato di fronte all’uscita del neurotrasmettitore E’ importante che i recettori si trovino in una corretta localizzazione rispetto alle molecole necessarie per la trasduzione del segnale. Ciò è garantito da interazioni del rec con proteine della membrana e del citoscheletro. Alcune proteine sinaptiche (es: PSD95 per i rec AMPA e NMDA) fanno da ponte tra i recettori stessi e le proteine del citoscheletro, tramite interazioni proteina-proteina mediate dai domini PDZ.

STRATEGIE FARMACOLOGICHE PER LA MODULAZIONE DELLE RISPOSTE RECETTORIALI Controllo della sintesi e del rilascio dei modulatori (L-DOPA per PD) Modulazione dei sistemi di controllo dell’eliminazione di ormoni o neurotrasmettitori L’attività del R è controllata dalla Kd del complesso L-R (< Kd, > tempi di occupazione del rec). La fosforilazione del R può modificare la Kd. Desensitizzazione: ridotta capacità del R di trasdurre il segnale Omologa o eterologa (recettori con lo stesso sist di trasduzione) Up-/Down-regulation: >/< numero di R espressi dalla cellula (trattamenti cronici con AT o AG. Tolleranza farmacologica: broncodilatatori => ↓b2-R) Modulazione dello spegnimento del segnale (es: modulazione dell’attività di canali/pompe /potenziale transmembrana; fosfodiesterali x cAMP o fosfatasi x -P) Controllo dell’induzione dei recettori (> rec. B1 nei vasi di tessuti infiammati da parte di endotossine batteriche; induzione R per PDGF e EGF in cell epiteliali durante la riepitelizzazione; linfociti+Ag=> ↑IL2-R => espansione clonale linfociti) Miastenia grave: riduzione nAChR sulla membrana postsinaptica della giunzione neuromuscolare Diabete insulino-resistente: in alcune forme: riduzione n° rec per l’insulina.

PROTEINE SCAFFOLD Proteine capaci di “avvicinare” diverse proteine (sia citoplasmatiche che di membrana) appartenenti ad uno stesso “signalling pathway” => ↑ EFFICIENZA E SPECIFICITA’ DEL SEGNALE Facilitano l’interazione del RECETTORE con i suoi EFFETTORI assicurando specificità nell’attivazione della cascata del segnale e favorendo la corretta localizzazione subcellulare dei complessi multiproteici coinvolti nell’elaborazione/esecuzione del segnale

b1 Desensitizzazione: ⊝ internalizzazione indotta da AG PSD95 PDZ b1 Desensitizzazione: ⊝ internalizzazione indotta da AG Segnale: favorisce l’associazione con NMDA-R AMPA/KA mGluR3,4,6,7 => Localizzazione post-sinaptica => Localizzazione presinaptica GRIP PDZ a-filamin D2,3 => Localizzazione: targeting e stabilizzazione del recettore nella membrana plasmatica Segnale: ⊝ AC Homer mGluR1,5 => Localizzazione: postsinaptica Segnale: accoppiamento con i rec x IP3 e rianodina e con i canali al Calcio P/Q accoppiamento con NMDA-R (via shank) diversi GPCRs b-arrestine => Segnale:  MAPK pathways Desensitizzazione: internalizzazione mediata da AG Down-regulation: sorting to proteasomes Esempio di complesso multiproteico: Shank - PSD95 - NMDA-R -mGluR-a-fodrina – dinamina-2 - cortactina - GKAP

The postsynaptic Homer-Shank-mGluR1a,5 “receptosome” (Bockaert et al

The presynaptic mGluR7a-calmodulin-PICK1 “receptosome” (Bockaert et al