La maggior parte delle vie di segnalazione mediate dagli estrogeni sono dipendenti dagli ERs ma esistono anche meccanismi ERs-indipendenti (fig. 7). Le vie ERs- dipendenti, includono sia il meccanismo “genomico” che quello “non genomico”, tuttavia, studi recenti riportano un meccanismo di segnalazione indipendente dai recettori in quanto avviato dagli estrogeni regolando attività enzimatiche o interagendo con recettori nucleari per ormoni steroidei non sessuali (Richardson et al., 2012).
39 Figura 7: Vie di segnalazione mediate dagli estrogeni e dai recettori estrogenici (Cui et al., 2013).
I principali effetti trascrizionali degli estrogeni sono avviati nel nucleo e dipendono da ERα e ERβ (fig. 7, pathway 1) che, sebbene condividano delle similarità, sono strutturalmente e funzionalmente distinti. Nelle cellule muscolari lisce vascolari, l’espressione dell’ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS) è attivata da ERβ e repressa da ERα (Tsutsumi et al., 2008). L’attivazione del dominio AF-1 è la regione più divergente tra i due recettori e le regioni LBD e AF-2 sono importanti per i cambiamenti strutturali indotti dal ligando che attiva i recettori (Couse et al., 1999). Oltre ad agire direttamente attraverso le sequenze ERE, i recettori nucleari sono in grado di regolare la trascrizione mediante un percorso non classico attraverso l’associazione indiretta ER-DNA. Tali recettori, infatti, interagiscono e influenzano l’attività di altri fattori di trascrizione come la proteina stimolante-1 (SP-1) il più importante mediatore (O’Lone et al., 2004) che regola, a livello del promotore, il recettore delle lipoproteine a bassa densità (LDL) (Li et al., 2001) e l’ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS) (Chambliss and Shaul, 2002), suggerendo un ampio
40
cross talk tra ERs e AP-1 a livello genomico per via di numerosi trovi nella regione di legame recettoriale (Liu et al., 2008).
Circa il 35% dei geni umani classificati come responsivi al 17β-estradiolo sono trascritti tramite un’interazione ER-DNA indiretta (O’Lone et al., 2004), che risulta in effetti opposti anche per lo stesso fattore di trascrizione: ERα attiva, mentre ERβ inibisce la trascrizione della ciclina D1 dipendente da AP-1 in presenza di 17β- estradiolo nelle cellule Hela (Liu et al., 2002). Inoltre, nelle funzioni cerebrali estrogeno-mediate tale via di segnalazione declina durante l’invecchiamento.
Un meccanismo ER-dipendente alternativo è avviato nella membrana o nel citoplasma (fig.7, pathway 2) e gli effetti a valle sono solo in parte dovuti alla traduzione o alla trascrizione (Vasudevan et al., 2008). Questa via è la principale responsabile di una serie di azioni estrogeniche rapide e acute, che giocano un ruolo critico nel fegato, nel sistema nervoso e scheletrico (Chimento et al., 2010). Tali effetti sono il risultato del cross talk con altri recettori di membrana o dell’attivazione di una varietà di cascate di segnalazione citoplasmatica. Ad esempio, gli estrogeni attivano ERα e ERβ associati alla membrana al fine di interagire con i recettori metabotropici del glutammato (mGluRs), attivandone il signaling in assenza del glutammato (Huang et al., 2012).
Gli estrogeni possono anche esercitare effetti rapidi attraverso diversi nuovi ERs di membrana nel sistema nervoso centrale, tra cui ER-X e recettori accoppiati a proteina G, come GPR30/GPER e Gq-mER (Toran-Allerand et al., 2002; Revankar et al., 2005). ER-X è un recettore estrogenico di membrana saturabile, ad alta affinità arricchito nel cervello, nell’utero e nei polmoni, funzionalmente distinto da ERα e ERβ (Toran-Allerand et al., 2002). Mentre ERα può inibire ERK, ER-X promuove la fosforilazione tirosinica di ERK1/ERK2 e attiva la via MAPK/ERK (Singh et al., 1999). Nella membrana plasmatica, nell’apparato del Golgi e nel reticolo endoplasmatico (Matsuda, et al., 2008), GPR30 o GPER media l’attivazione della proteina G estrogeno-indotta di diverse cascate di segnalazione, come PI3K e calcio (Revankar et al., 2005).
Gli estrogeni possono esercitare effetti antiossidanti e sopprimere lo stress ossidativo attraverso una via indipendente dai recettori estrogenici (Haas et al., 2012), regolando l’attività enzimatica o interagendo con recettori nucleari per steroidi non sessuali (fig. 7, pathway 3) al fine di proteggere dal danno cellulare. Gli estrogeni, infatti, prevengono efficacemente lo stress pro-ossidante, limitando il rilascio di ROS in seguito al danno mitocondriale attraverso l’anello fenolico A, un antiossidante
41
intrinseco che fornisce un’attività ciclica antiossidante/redox nei neuroni, integrata con altre attività neuroprotettive (Richardson et al., 2012). Nei neuroni e nelle linee cellulari neuronali è stato dimostrato che il 17β-estradiolo possiede tali proprietà antiossidanti e sopprime lo stress ossidativo indotto da perossido di idrogeno, anione superossido e altri agenti pro-ossidanti (Behl and Holsboer 1999).
Inoltre, può favorire il cancro al seno nelle femmine di topo prive di ERα e ERβ endogeni, suggerendo effetti ER-indipendenti del 17β-estradiolo nella formazione del tumore, che probabilmente si verificano attraverso metaboliti degli estrogeni (Yue et al., 2010). Inoltre, alcuni effetti vascolari degli estrogeni sono mediati attraverso recettori nucleari di ormoni non sessuali, come PPARg (Tiyerili et al., 2012).
In condizioni fisiologiche normali, i recettori estrogenici possono essere attivati in modo ligando-indipendente (fig. 7, pathway 4) attraverso cascate di segnalazione innescate da una varietà di fattori, tra cui neurotrasmettitori come la dopamina (Poweret al., 1991), fattori di crescita come il fattore di crescita epidermico (EGF) e insulino-simile (IGF-1) (Ignar-Trowbridge et al., 1992; Klotz et al., 2002), e attivatori di particolari vie di segnalazione intracellulare, come quelle mediate dalle chinasi PKC, PKA, MAPK e PI3K (Martin et al., 2000; Schreihofer et al., 2001). L’attivazione della via ligando-indipendente è in gran parte relativa alla fosforilazione di ER da parte di proteine chinasi cellulari. Ad esempio, EGF può innescare la fosforilazione della serina 118 nel dominio AF-1 di ERα e attivare la sua attività trascrizionale (Kato et al., 2000). Allo stesso modo, la proteina chinasi A (PKA) può anche fosforilare la serina 236 nel dominio di legame al DNA di ERα e regolare la dimerizzazione recettoriale (Chen et al., 1999). Dati recenti suggeriscono che la dopamina può regolare l’espressione dei recettori progestinici all’interno delle regioni riservate della via di sviluppo del cervello del ratto, attivando i recettori degli estrogeni in modo ligando-indipendente (Olesen and Auger, 2008). Infine, ERα media la proliferazione cellulare indotta dalla leptina secondo la stessa modalità nelle cellule tumorali ovariche (Choi et al., 2011).
42