Citologia 15 – Biosegnalazione

Citologia 15 – Biosegnalazione 

È la funzione che permette alle cellule di scambiarsi informazioni tra di loro, sia che esse si trovino vicine o distanti nell’organismo.

La biosegnalazione si avvale di innumerevoli fattori: una o più cellule producono molecole, dette ​ligandi (dal latino = che si devono legare a qualcosa) che si legano ai ​recettori​.

A seguito dell’interazione ligando/recettore, viene avviata la ​trasduzione del segnale​, che serve a

“tradurre” il messaggio arrivato in una specifica risposta all’interno della cellula (produrre una particolare sostanza, smettere di produrla, …).

Nell’ambito della biosegnalazione svolgono un ruolo determinante i recettori di membrana e gli antigeni di riconoscimento.

Recettori di membrana

I recettori di membrana sono solo una classe di recettori, in quanto esistono anche recettori citoplasmatici (liberi cioè nella cellula) e recettori nucleari (localizzati nel nucleo, la centrale operativa della cellula).

Questi svolgono le stesse funzioni dei recettori di membrana, ma si trovano in luoghi diversi.

Esistono varie classi di recettori di membrana. I più importanti sono: recettori ad attività tirosin-chinasica, recettori accoppiati a proteine G (GPCR), recettori con attività guanilil-ciclasica, recettori della famiglia del TNF, recettori ionotropici.

1) Recettori tirosin-chinasici

Si tratta di recettori capaci di aggiungere un gruppo fosfato (fosforilare, da cui il nome chinasi, ovvero enzimi che fosforilano) a dei residui di tirosina (un

amminoacido) presenti sul versante citoplasmatico del recettore stesso.

Il gruppo fosfato è un gruppo molecolare molto negativo;

per questi motivi, quando viene legato al recettore, provoca un cambiamento della struttura terziaria. Il recettore fosforilato diventa capace di interagire con altre proteine all’interno della cellula, con le quali non

interagisce normalmente.

Questo è l’innesco della cascata trasduttiva.

Un’altra particolarità dei recettori tirosin-chinasici è che, per funzionare, devono sempre essere presenti in coppia (devono cioè dimerizzare tra loro).

Avviene quindi che un solo ligando induce l’unione di due recettori e l’avvio della trasduzione I recettori tirosinchinasici possono, infine, avere attività intrinseca o attività estrinseca.

a) Recettori tirosin-chinasici ad attività intrinseca

Si chiamano così perché il recettore ha anche una parte che funge da chinasi. A seguito del legame con il ligando e alla dimerizzazione, ogni recettore fosforila residui di tirosina sull’altro e vicecersa (si autofosforilano a vicenda).

Esempi di recettori tirosin-chinasici ad attività intrinseca sono il recettore dell’insulina o il recettore dell’EGF (Epidermal Growth Factor – fattore di crescita dell’epidermide)

b) Recettori tirosin-chinasici ad attività estrinseca

Il loro nome deriva dal fatto che non sono anche chinasi. Quindi, a seguito del legame con il ligando, i recettori legano altre proteine che fosforilano residui di tirosina sul recettore. Un esempio di proteine reclutate per fosforilare il recettore sono le proteine JAK.

Un recettore ad attività tirosin-chinasica estrinseca è il recettore dell’eritropoietina (EPO), un ormone indispensabile per la formazione dei globuli rossi.

2) Recettori accoppiati a proteine G (GPCR) Sono proteine multipasso, formati da 7 α-eliche che attraversano il doppio strato lipidico. Sono legate alle proteine G, presenti sul versante citosolico ed ancorate alla membrana. Le proteine G sono formati da tre subunità: α (alfa), β (beta) e γ (gamma).

A seguito del legame ligando-recettore

questi recettori cambiano la loro forma e si attivano, permettendo la divisione della subunità α (alfa) dalle subunità β (beta) e γ (gamma).

A questo punto la subunità α può incontrare due molecole:

a) L’ Adenilato ciclasi (AC) ​, che trasforma l’ATP in cAMP, che trasporterà il messaggio all’interno della cellula. Se le proteine G stimolano la produzione di cAMP allora si dicono Gs (Proteine G stimolatorie); se invece inibiscono la produzione di cAMP si dicono Gi (Proteine G inibitorie).

b) La Fosfolipasi C (PLC) ​, che trasforma il fosfatidilinositolo bisfosfato (PIP2), un fosfolipide particolare situato sul versante interno della membrana cellulare, in inositolo tri-fosfato (IP3), una molecola che apre sulla membrana un canale che permette l’entrata del calcio (Ca ​

) all’interno della cellula (il calcio ha numerosissime funzioni all’interno della cellula); e diacilglicerolo, un fosfolipide che attiva la protein-chinasi C (PKC) che trasmette il segnale all’interno della cellula.

3) Recettori ad attività guanilil-ciclasica

A seguito del legame ligando-recettore attivano la guanilato-ciclasi, una proteina, che converte il GTP in cGMP (GMP ciclico). Il cGMP funge da messaggero all’interno della cellula e avvia la trasduzione del segnale.

I recettori ad attività guanilil-ciclasica possono trovarsi:

a) Nel citoplasma

b) Sulla membrana (Esempi: recettore per il fattore Natridiuretrico atriale ANF e il recettore per la guanilina)

4) Recettori TNF (Tumor Necrosis Factor)

Sono recettori il cui ligando induce la formazione di gruppi di tre recettori. E’ necessaria quindi una trimerizzazione affinchè avvenga l’attivazione.

La peculiarità di questi recettori sta nel fatto che posseggono un

dominio di morte sul versante intracellulare.

Il dominio di morte di un recettore si associa con domini di morte degli altri due recettori, avviando la trasduzione del segnale.

Esempi sono: TNFR (il cui ligando è TNF, una molecola coinvolta nell’attivazione dell’infiammazione) e Fas (il cui ligando è FasL, una molecola coinvolta nella morte delle cellule)

5) Recettori ionotropici

Sono recettori che sono anche canali ionici. A seguito del legame con il loro ligando, si aprono e permettono il passaggio di ioni secondo gradiente elettro-chimico.

Esempio: recettore dell’acetilcolina, una molecola molto importante nel consentire la contrazione dei muscoli.

Antigeni di riconoscimento

La membrana contiene particolari glicoproteine che rappresentano una sorta di “targa”. Questa

combinazione di glicoproteine ci permette di distinguere una cellula ​“self”​ ossia dello stesso organismo a cui appartiene da una cellula ​“non-self”​ ossia appartenente ad un altro organismo.

Tutte le cellule di uno stesso organismo hanno la stessa “targa” e questa è

diversa da tutte le altre targhe presenti sulle cellule degli altri organismi (siano essi persone o microbi).

Questo meccanismo permette ad alcune

cellule del sistema immunitario (L’insieme

dei componenti che ci difende dalle

strutture dannose estranee all’organismo),

le cellule Natural Killer (NK) ​, di distinguere

le cellule “self” da quelle “non-self” e di

distruggere quest’ultime