Recettori accoppiati a proteine G trimeriche (I)

ESEMPI DI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G TRIMERICHE

Neurotramettitori:

•catecolamine•dopamina•Serotonina•acetilcolina

Ormoni peptidici:

•ACTH e CRF•LH•FSH•TSH e TRH•GHRH•Vasopressina (ADH)•Glucagone•PTH•Calcitonina

Eicosanoidi:

•prostaglandine•prostacicline•tromboxani•leucotrieni

Mediatori di diversa origine:

TrombinaBradichininaC3a e C5aNucleotidi (ATP)

Chemochine

1

2

3

4

RGS(Regulators of

G protein Signaling)

EFFETTORE EFFETTORE-

12/13

s i/o

Adenilato ciclasi

AMPc

+ -

q

Fosfolipasi C

Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG)

Rho Fosfolipasi C

Fosfatidilinositolo-3 Fosfato

Fosfatidil-Inositolo 3 Chinasi(PI-3K)

Rho chinasi

s i/o

Adenilato ciclasi

AMPc

+ -

Protein kinase A (PKA)

Tossina colerica

+

Tossina della pertosse

-

Fosfolipasi C

q

Fosfolipasi C

PKC

Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG)

Fosfolipasi A2 Fosfolipasi D

Acido arachidonico

Eicosanoidi

Acido Fosfatidico

Tirosin chinasirecettoriali e citoplasmatiche

Proteine G trimeriche(Gq e subunità )

PLC- PLC- PLC-

Ca2+

PLC-

Ras

Diversi attivatori: Ca2+, PKC, MAP kinasi

PKCs

PKCs Sintesi di PtIns(4,5)P2

Classiche (cPKC)

Nuove (nPKC)

Atipiche (aPKC)

Attivate da: diaciglicerolo, fosfatidilserina e calcio

P-serine- binding

PMA: phorbol miristato acetato, il principio attivo presente nell’olio di croton usato per definire il fenomeno dellapromozione dei tumori

Classiche (cPKC)

Nuove (nPKC)

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

Classiche (cPKC)

Nuove (nPKC)

Atipiche (aPKC)

Attivate dalla sola P-serina

Recettore

Ligando

Recettore IP3 (InsP3-R)

Store Intracell (REL)

Ca2+

LIBERAZIONE DI CALCIO DA STORE INTRACELLULARI

Store IntracellReticolo Sarcoplamico

Recettore RYR1(Rianodina)Ca2+

Sensore di voltaggio nel muscoloscheletrico

Recettore RYR2

Ca2+

Canale per il Ca2+ (VOC) nel muscolocardiaco

Ca2+

“Calcium-induced calcium release”

---+-+

Ca2+ Ca2+Ca2+

VOC ROC

SOC

Store intracell

VoltageOperatedChannel

ReceptorOperatedChannel

StoreOperated Channel

Ingresso di Calcio dall’esterno all’interno della cellula

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

11, 669 - 677 (2009)

Ca2+

ATP ADP

Ca2+

Na+

Ca2+

SERCA:Sarcoplasmic/EndoplasmicReticulumCalciumATPase

Ca2+

FENOMENI CALCIO- DIPENDENTI

Fecondazione e diff erenziamento

Contrazione muscolatura scheletrica, cardiaca e liscia

Rilasciamento muscolatura liscia (eff etto indiretto)

Movimento cellulare

Secrezione (neurotramettitori, ormoni, lisosomi, liquido)

Trascrizione genica

Regolazione metabolismo

Prolif erazione

Apoptosi

BERSAGLI MOLECOLARI DEL CALCI O

Si lega a proteine regolatrici

Troponina C Contrazione muscolatura striata

Si lega a calmodulina e regola l’azione di enzimi

Glicogeno fosforilasi Glicolisi

NO sintasi NO Rilasciamento m. Liscio Danno neuronale

Ser/Thr Chinasi Fosforilazione e attivazione Fattori di trascrizione

Adenilato Ciclasi AMPc

Regola direttamente l’azione di enzimi

Fosfolipasi A, C e D Trasduzione del segnale Danno cellulare

Tirosin chinasi (PYK2) Trascrizione genica

Proteasi Danno cellulare

Si lega a proteine e fosfolipidi che regolano fusione di membrane

Annessine

Sinaptotagmina

Fosfolipidi

Kass. J. Clin. Invest. 115, 1986-1989, 2005“Canalopatie”

Episodi di tachicardia ventricolare durante il rilasciodi catecolamine in seguito a stress emozionali o fisici

PLB = fosfolambano; inibitore di SERCA regolato negativamente da fosforilazione

Calcium-induced calcium release (CICR)

VOC di tipo L (recettori di diidropiridine)

RyR2 CELL MUSCOLARECARDIACA

NELLA CELLULA MUSCOLALE CARDIACA I SEGNALI CALCIO SONO REGOLATI DAI RECETTORI-ADRENERGICI.

1122

3344

Fosforilazione fosfolambano (PLB)

Aumento attività di SERCA

Aumento disponibilità di Ca2+ nel ret. sarcoplasm.

Aumento contrazione cardiaca

Fosforilazione troponina I

Dissociazione Ca2+ dai miofilamenti

Accellerazione rilasciamento muscolare

EFFETTI ATTIVAZIONE DI PKA SU CONTRAZIONE MIOCARDIO

12

EFFETTI ATTIVAZIONE DI PKA SU CONTRAZIONE MIOCARDIO

Fosforilazione recettore per rianodina

Aumento apertura del canale

Aumento rilascio di Ca2+

3

Fosforilazione canali (tipoL) peri il Ca2+

Aumento apertura dei canali

Aumento rilascio di Ca2+

4

Diminuzione gittata cardiaca

Aumento tono simpatico

Stimolazione -adrenergicamiocardiociti

Aumento della frequenza e forza dicontrazione

Aumento delle gittata cardiaca

Compenso acuto

Danno miocardico

Circolo vizioso ed amplificazionedel danno

•Aumento consumo energetico•Induzione di apoptosi•Aritmie•Ipertrofia

Meccanismi endogeni di protezione:fosforilazione del recettore -Adr. e“down-modulation recettoriale

Meccanismi esogeni di protezione:Farmaci -bloccanti

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 KINASERHO

Vol.7, pag. 589, 2006

Ipertrofia eccentricaIpertrofia concentrica

Cardiomiopatia dilatativa

UNA PROLUNGATA STIMOLAZIONE -ADRENERGICA E’ SOLO UNO DEI MECCANISMI DI INDUZIONEDELL’IPERTROFIA CARDIACA

P

P P

P

Fattore di crescita (IGF: Insulin-likeGrowth Factor; EGF)

IPERTROFIA

Gq

EndotelinaAngiotensina IICatecolamine (stimolazione -adrenergica)

PLC

Ca2+ PKC PI3-chinasi(IA) MAP chinasi

Stress bio-meccanico

INTEGRINA

FAK, Src

PI3-chinasi(IB)

DIVERSE INTERAZIONI AGONISTA/RECETTORE POSSONOGENERARE SEGNALI CHE INDUCONO IPERTROFIA

CARDIACA

CaMK:Protein chinasi Ca/Calmodulina-dipendente

MEF:myocyte enhancer factor

(fosfatasi)

Nuclear Factor of Activated T cells

Histone Deacetylase

Heineke et al. Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 589–600 (August 2006) | doi:10.1038/nrm1983

calmodulinaSubunità catalitica (CnA)

Subunità regolatrice (CnB)

ciclosporina A

ciclofilina A

“immunofiline”(FK506-binding proteins)

La calcineurina è bersaglio di farmaci che inibiscono la risposta immune

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.

Histone acetyl transferase

Anche PKC attivata attraverso la formazione di DAG, derivato dall’idrolisi di fosfoinositidi da parte di PLC, regola la trascrizione genica in cellule muscolari

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

e scheletrico

Sono stati individuati diversi geni codificantiper proteine strutturali del muscolo cardiacoe scheletrico le cui lesioni determinano specifichepatologie

J Cell Biol 194:355, 2011

Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | doi:10.1038/nrm2024

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

Muscolo normale Distrofia muscolare

N DM

Colorazione con Ab anti-distrofina

30/100.000 nati maschi

3/100.000 nati maschi

Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | doi:10.1038/nrm2024

Distrofie muscolari di Duchenne o Becker

Distrofie dei muscoli scapolari e pelvici

Distrofie muscolari di Emery-Dreifuss

X-linked

AD

Distrofia tibiale (nell’Hz) o dei muscoliScapolari e pelvici (nell’Oz)

Mutazioni in geni che codificanoPer collagene ti tipo VI causanoMiopatia di Bethlem e distrofiaMuscolare di Ullrich

DISTROFIE MUSCOLARI PROGRESSIVE-2

TIPO DI MALATTIA

MECCANISMO DI TRASMISSIONE

Gene/proteina difettivi

Età di insorgenza

MANIFESTAZIONI CLINICHE PRINCIPALI

ALTRI ORGANI COLPITI

di Emery-Dreifuss

XR/AD

Emerina/ Lamina A/C

Tra l’ infanzia e l’età adulta

1. Contratture articolari

2. Debolezza muscolaredell’omero e del perone

Cardiomiopatia

Miotoniche: DM1 (di Steinert) DM2 (miopatia miotonia prossimale)

AD Dovuta a esapansione di triplette CTG in gene codificante per protein chinasi (DM1) o proteina legante RNA (DM2)

Di solito II decade

Debolezza progressiva dei muscoli facciali, e del cinto scapolare

Aritmie cardiache Ritardo mentale

Facio-scapolo-omerale

AD ? (delezione distale cr. 4)

Prima dei 20 anni

Debolezza muscolare progressiva della faccia dei muscoli scapolari e dorsiflessori del piede

Dei muscoli scapolari e pelvici (“LGMD: limb-girdle muscolar distrophy) (più di 10 forme)

AD/AR Diverse proteine: miotilina, lamina A/C, caveolina, sarcoglicani, disferlina, non identificate

Tra la I infanzia e l’età adulta

Lenta debolezza progressiva dei muscoli scapolari e pelvici

Altre alterazioni nelle diverse forme: - Alt

erazioni muscolatura faringea

- Debolezza e crampi muscolari

- cardiomiopatie