Recettori accoppiati a proteine G
trimeriche (I)
ESEMPI DI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G TRIMERICHE
Neurotramettitori:
Eicosanoidi:
•catecolamine
•dopamina
•Serotonina
•acetilcolina
•prostaglandine
•prostacicline
•tromboxani
•leucotrieni
Ormoni peptidici:
Mediatori di diversa origine:
•ACTH e CRF
•LH
•FSH
•TSH e TRH
•GHRH
•Vasopressina (ADH)
•Glucagone
•PTH
•Calcitonina
Trombina
Bradichinina
C3a e C5a
Nucleotidi (ATP)
Chemochine
4
1
3
2
EFFETTORE
RGS
(Regulators of
G protein Signaling)
-
EFFETTORE
a
as
ai/o
+
aq
b g
a12/13
b
g
-
Adenilato ciclasi
AMPc
Rho
Fosfolipasi Cb
Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG)
Rho chinasi
Fosfolipasi Cb
FosfatidilInositolo 3 Chinasi
(PI-3K)
Fosfatidilinositolo3 Fosfato
Tossina colerica
Tossina della pertosse
+
-
as
b
ai/o
+
g
-
Adenilato ciclasi
Fosfolipasi Cb
AMPc
Protein kinase A (PKA)
aq
b
g
Fosfolipasi Cb
Ca2+ e Diacilglicerolo (DAG)
PKC
Fosfolipasi A2
Acido arachidonico
Eicosanoidi
Fosfolipasi D
Acido Fosfatidico
Tirosin chinasi
recettoriali e citoplasmatiche
PLC-g
Proteine G trimeriche
(Gaq e subunità bg)
Ca2+
Ras
PLC-b
PLC-d
PLC-e
Diversi attivatori: Ca2+, PKC, MAP kinasi
PKCs
PKCs
Sintesi di PtIns(4,5)P2
P-serine- binding
Classiche (cPKC)
Nuove (nPKC)
PMA: phorbol miristato acetato, il principio attivo presente nell’olio di croton usato per definire il fenomeno della
promozione dei tumori
Attivate da: diaciglicerolo, fosfatidilserina e calcio
Atipiche (aPKC)
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
LIBERAZIONE DI CALCIO DA STORE INTRACELLULARI
Ligando
Sensore di voltaggio nel muscolo
scheletrico
Recettore
Ca2+
Recettore RYR1
(Rianodina)
Store Intracell
Reticolo Sarcoplamico
Recettore IP3 (InsP3-R)
Ca2+
Ca2+
Store Intracell
(REL)
Canale per il Ca2+ (VOC) nel
muscolo
cardiaco
Recettore RYR2
Ca2+
“Calcium-induced calcium release”
Ingresso di Calcio dall’esterno all’interno della cellula
Ca2+
Ca2+
Ca2+
---
+-+
VOC
Voltage
Operated
Channel
Store intracell
ROC
Receptor
Operated
Channel
SOC
Store
Operated
Channel
11, 669 - 677 (2009)
Cahalan Nature Cell Biol 11, 669 - 677 (2009)
Ca2+
ATP
Ca2+
ADP
Ca2+
SERCA:
Sarcoplasmic/Endoplasmic
Reticulum
Calcium
ATPase
Na+
Ca2+
FENOMENI CALCIO-DIPENDENTI
 Fecondazione e differenziamento
 Contrazione muscolatura scheletrica, cardiaca e liscia
 Rilasciamento muscolatura liscia (effetto indiretto)
 Movimento cellulare
 Secrezione (neurotramettitori, ormoni, lisosomi, liquido)
 Trascrizione genica
 Regolazione metabolismo
 Proliferazione
 Apoptosi
BERSAGLI MOLECOLARI DEL CALCIO
 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
Rilasciamento m. Liscio
Danno neuronale
NO
Ser/Thr Chinasi
Fosforilazione e attivazione
Fattori di trascrizione
Adenilato Ciclasi
AMPc
 Regola direttamente l’azione di enzimi
Fosfolipasi A, C e D
Tirosin chinasi (PYK2)
Proteasi
Trasduzione del segnale
Danno cellulare
Trascrizione genica
Danno cellulare
 Si lega a proteine e fosfolipidi che regolano fusione di membrane
Annessine
Sinaptotagmina
Fosfolipidi
“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
NELLA CELLULA MUSCOLALE CARDIACA I SEGNALI CALCIO SONO REGOLATI DAI RECETTORI
b-ADRENERGICI.
Calcium-induced calcium release (CICR)
VOC di tipo L (recettori di diidropiridine)
RyR2
CELL MUSCOLARE
CARDIACA
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
Aumento attività di SERCA
Dissociazione Ca2+ dai miofilamenti
Aumento disponibilità di Ca2+ nel ret. sarcoplasm.
Aumento contrazione cardiaca
Accellerazione rilasciamento muscolare
EFFETTI ATTIVAZIONE DI PKA SU CONTRAZIONE MIOCARDIO
3
Fosforilazione recettore per rianodina
Aumento apertura del canale
Aumento rilascio di Ca2+
4
Fosforilazione canali (tipoL) peri il Ca2+
Aumento apertura dei canali
Aumento rilascio di Ca2+
Aumento tono simpatico
Danno miocardico
Compenso acuto
Stimolazione b-adrenergica
miocardiociti
Diminuzione gittata cardiaca
Aumento delle gittata cardiaca
Circolo vizioso ed amplificazione
del danno
Aumento della frequenza e forza di
contrazione
•Aumento consumo energetico
•Induzione di apoptosi
•Aritmie
•Ipertrofia
Meccanismi esogeni di protezione:
Farmaci b -bloccanti
Meccanismi endogeni di protezione:
fosforilazione del recettore b -Adr. e
“down-modulation recettoriale
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
UNA PROLUNGATA STIMOLAZIONE b-ADRENERGICA E’ SOLO UNO DEI MECCANISMI DI INDUZIONE
DELL’IPERTROFIA CARDIACA
Cardiomiopatia dilatativa
Ipertrofia concentrica
Ipertrofia eccentrica
Vol.7, pag. 589, 2006
DIVERSE INTERAZIONI AGONISTA/RECETTORE POSSONO
GENERARE SEGNALI CHE INDUCONO IPERTROFIA
CARDIACA
Stress bio-meccanico
INTEGRINA
Fattore di crescita (IGF: Insulin-like
Growth Factor; EGF)
Endotelina
Angiotensina II
Catecolamine (stimolazione a-adrenergica)
Gaq
P
b g
FAK, Src
P
P
P
PLC
Ca2+
PKC
IPERTROFIA
PI3-chinasi
(IB)
PI3-chinasi
(IA)
MAP chinasi
CaMK:Protein chinasi Ca/Calmodulina-dipendente
Histone Deacetylase
MEF:myocyte enhancer factor
(fosfatasi)
Nuclear Factor of Activated T cells
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
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
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
AD
X-linked
Mutazioni in geni che codificano
Per collagene ti tipo VI causano
Miopatia di Bethlem e distrofia
Muscolare di Ullrich
Distrofie muscolari di Emery-Dreifuss
Davies and Nowak Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 762–773 (October 2006) | doi:10.1038/nrm2024
DISTROFIE MUSCOLARI PROGRESSIVE-2
TIPO DI
MALATTI
A
di
EmeryDreifuss
MECCAN
ISMO DI
TRASMIS
SIONE
XR/AD
Miotoniche
:
DM1 (di
Steinert)
DM2
(miopatia
miotonia
prossimale)
AD
Facioscapoloomerale
AD
Dei muscoli
scapolari e
pelvici
(“LGMD:
limb-girdle
muscolar
distrophy)
(più di 10
forme)
AD/AR
Gene/protein
a difettivi
Età di
insorgen
za
MANIFESTAZIONI
CLINICHE PRINCIPALI
ALTRI
ORGANI
COLPITI
Emerina/
Lamina A/C
Tra l’
infanzia
e l’età
adulta
Cardiomio
patia
Dovuta a
esapansione
di triplette
CTG in gene
codificante
per protein
chinasi
(DM1) o
proteina
legante RNA
(DM2)
? (delezione
distale cr. 4)
Di solito
II decade
1. Contratture
articolari
2. Debolezza
muscolaredell’omer
o e del perone
Debolezza progressiva dei
muscoli facciali, e del
cinto scapolare
Diverse
proteine:
miotilina,
lamina A/C,
caveolina,
sarcoglicani,
disferlina,
non
identificate
Tra la I
infanzia
e l’età
adulta
Prima
dei 20
anni
Debolezza muscolare
progressiva della faccia dei
muscoli scapolari e
dorsiflessori del piede
Lenta debolezza
progressiva dei
muscoli scapolari e
pelvici
Aritmie
cardiache
Ritardo
mentale
Altre
alterazioni
nelle
diverse
forme:
Alt
erazio
ni
musco
latura
faring
ea
De
bolezz
ae
cramp
i
musco
lari
car
diomi
opatie