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GPCR - Coggle Diagram
GPCR
cAMP
(1)
- uno dei prodotti di segnalazione di pp G, prodotto da adenilato ciclasi
- adenilato ciclasi:
- grande pp transmembrana regolata da pp G, Ca++, pirofosfato
- rimuove un P da ATP e ciclizza il legame del primo P con legame fosfodiesterico
- sia attivato che inibito da pp G, quindi GS pp G stimolatorie, GI pp G inibitorie (a seconda del GPCR a cui sono associate)
- classico secondo messaggero con ≠ bersagli
- essendo piccolo diffonde rapidamente quindi da una rapida trasmissione del segnale + alto livello di amplificazione perché prodotto in alte quantità
- pirofosfatasi: promuove la reazione di ciclizzazione idrolizzando il pirofosfato
- cAMP fosfodiesterasi: rompe il legame a dare 5'- AMP, quindi interrompe attività del secondo messaggero
(2)
esempi
colera:
- produce tossine che ribosila le sub alfa di GS, provocando pp G attiva che lega GTP.
- dannoso in cellule intestinali perché cAMP controlla rilascio di ione Cl nel lume intestinale quindi rilascio di grossi volumi di acqua (dissenteria)
pertosse:
- batterio che ribosila sub alfa delle GI, quindi pp non stimolata dal recettore e non trasmette il segnale
risposte differenti in cellule appartenti a tessuti ≠ perché trasduzione del segnale mediata da molecole ≠
(3)
PKA proteina chinasi cAMP dipendente
- Ser/Thr chinasi
- media la maggior parte degli effetti di cAMP
- determina una regolazione a valle che permette al secondo messaggero diverse funzioni
- specificità dovuta al tipo cellulare
struttura
- pp tetrameriche
- 2 sub catalitiche + 2 sub regolatrici
- allo stato inattivo 4 sub legate
- allo stato attivo, per legame di 4 cAMP che legano sub regolatrici, si ha cambiamento conformazione con sub catalitiche che si dissociato dalle regolatori e fra di loro
- sub catalitiche trasmettono segnale a valle
categorie
- tipo 1: citosoliche
- tipo 2: legate a strutture membranose, membrana nucleare, mitocondriale esterna, membrane plasmatica o microtubuli
quando avviene attivazione le sub regolatore rimangono citosol mentre catalitiche migrano nel nucleo
AKAP proteina di ancoraggio delle chinasi
- legata alle sub regolatrici e altri siti di ancoraggio per altre pp
- compesso funzionale in cui attività di PKA coordinata in maniera coordinata
(4)
risposta veloce mediata da cAMP
cellule muscolari cardiache
- hanno AKAP che ancora PKA in prossimità del nucleo e una fosfodiesterasi (che idrolizza cAMP)
- cellule a riposo PKA inattiva perché fosfodiesterasi idrolizza cAMP
- cellule attive cAMP aumenta di concentrazione legandosi a PKA
- feedback negativo perché PKA attiva attiva a sua volta fosfodiesterasi
=> risposta rapida dopo fase di latenza (servono 4 cAMP a PKA) e interruzione rapida del segnale per feedback negativo
(5)
risposta lenta
segnalazione di somatostatina
- determina il rilascio di altri ormoni polipeptidi (stimolazione sintesi pp)
- CRE: cAMP response elements, elementi in Cis del DNA che sono siti di legame di CREB
- CREB: CRE biding pp, pp normalmente inattiva, quando PKA fosforila CREB lega il suo partner funzionale CBP, CREB biding pp, coattivando la trascrizione di CRE
- stesso secondo messaggero in funzione della macchina di trasmissione del segnale sviluppa diverse risposte
meccanismi mediati da Ca
(1)
concentrazione Ca, recettori e sequestro di Ca
(a)
- Ca mediatore intracellulare ubiquitario
- ha distribuzione differente fra citosol e gli ambienti intravescicolari ed extracellulari per mantenere [Ca] a riposo in citosol bassa : 0.1µM o 10^-7 M, mentre esternamente è 1 µM
- regolazione del segnale dello ione molto fine a seconda della cellula
(b)
- recettori sensibili a IP3 quindi GPCR
- recettori della rianodina: attivati da Ca aumentando [Ca] citosolico, che provoca rilascio di Ca => feedback +
(c)
- per mantenere la concentrazione citoplasmatica bassa ci sono meccanismi di sequestro di Ca, quindi pompaggio dello ione extracellularmente o nel RE
- pomep attività ATPasica oppure scambiatori Na/Ca dei neuroni
-
(3)
CALMODULINA
- cellule interagiscono con stimolo di Ca ed interpretano il segnale associato
- meccanismo a valle delle onde di Ca che risponde e traduce il segnale, primo anello di questa catena è calmodujlina che è RECETTORE di Ca e ne media i processi di regolazione da Ca
(a)
struttura
- pp regolata da Ca
- pp ubiquitaria che prende il nome quando non legata a Ca
- pp monomerica a manubrio
- 4 siti di legame di Ca nelle parti carbossi e ammiro terminali => meccanismo allosterico con risposta sigmoidale a [Ca]
- regioni globulari legate da sistema di collegamento alfa elica, struttura molto flessibile che consente legame ad altre pp karreier, enzimi etc.
- NO attività enzimatica, lega Ca e funge come sub regolatori per altri enzimi di segnalazione che trasmettono il segnale a valle, o è essa stessa che lega altri enzimi trasportando il segnale
(b)
funzoini
- legare pompe transmembrana: quando calmodulina lega Ca si porta verso membrana legandosi a pompe ATPasiche favorendo istruzione di Ca e terminazione del segnale
- risiede nel citsolo e in conformazione inattiva per bassa [Ca] = forma APO, quindi lega Mg++ che è più piccolo quindi non da cambiamento conformazione e le tasche ammiro e carbossi terminali bloccano interazione del linkerò con altre molecole
- quando in conformazione attiva aumenta [Ca] che spiazza Mg++ portando alla forma HALO, quindi c'è esposizione del linkerò che da grande flessibilità alla pp e lega pp bersaglio (come CAM chinasi)
(4)
CAM chinasi ed interpretazione segnale Ca
- in alcune zone del cervello molto presenti
- pp critiche perché con interazione con calmodulina permette di rispondere in maniera differenti a frequente di onde di Ca diverse => attivazione graduale
- la calmodulina attiva usa CAM chinasi per trasmettere il segnale in cellula per avere la memoria cellulare, ossia cellula si ricorda di essere già stata stimolata quindi ha maggiore attivazione o inibizione
(a)
struttura (CAM chinasi 2)
- struttura molto complessa che permette attivazione graduale della risposta
- sub monometrica di CAM assemblata in un anello composto da 6 sub monometriche
- due sub ad anello si impilano 2 alla volta formando una struttura quaternaria dodecaedri complessa
- ogni monomero (uno dei 6), ha dominio N terminale con attività catalitica chinasica Ser/Thr. dominio collegato a regione linkerò inibitoria della frazione N terminale , che è dovuta ad assenza di calmodulina attiva. Quindi sub si ripiega e linkerò inibitorio blocca atitivià chinasica e la tasca di accesso per calmodulina
(b)
meccanismo di trasmissione
- monomeri assemblati in esageri in cui parte del dominio inibitorio e dominio c terminale = perno sono a forma di stella
- dominio perno confluiscono a formare un anello stretto da cui sporgono i domini chinassi verso il citosol
- forma inattiva esiste in equilibrio dimnamico fra due forme: completamente chiusa con il dominio chinassimo interno, oppure grazie alla flessibilità esso viene esposto e rende parzialmente accessibile il sito di legame per calmodulina (comunque è inattivo per il linkerò con la regione inibitoria)
- quando arriva Ca e calmodulina attiva si lega al sito di legame parzialmente aperto portando ad un cambiamento conformazione che apre completamente il braccio esponendo il sito catalitico.
- a cascata poi diventano attivi gli altri bracci perché due bracci adiacenti si autofosforilano => meccanismo a cascata di attivazione delle altre unità
- calmodulina rimane intrappolata nel sito di LEGAME CON CAM che rimane attiva anche senza Ca 1° meccanismo di memoria
- per 10 sec la calmodulina resta bloccata, se arriva seconda ondata di Ca sopra valore soglia il complesso rimane attivo, altrimenti sotto volte soglia si inattiva
=> segnalazione dipendente da frequenza ed intensità delle onde
(c)
- CAM ha cambiamento conformazione che anche se calmodulina si stacca rimane attiva del 50-80 %
- numero di sub fosforite dipende da freq e intensità del Ca, quindi attivazione Ca indipendente della CAM che da una latenza ulteriore del segnale
- rimane attiva finché fosfatasi rimuovono i P
- ci sono ≠ isoforme di CAm con varianti della lunghezza del linkerò e linkerò + lungo porta a > sensibilità alla calmodulina e quindi diventa attiva a minori [Ca]
(d)
grafici
- oscillazioni del Ca a bassa frequenza determinano attività della CAM alternati a periodi di inattività, quindi CAm fa in tempo ad inattivarsi ogni 20 sec
- se onde Ca ad alta frequenza CAM si inattiva parzialmente, ma non del tutto perché arriva onda successiva, quindi le aggiunte di attività si sommano fino a che tutte le sub monometriche di CAM vengono reclutate dal segnale
-
canali ionici
(1)
- altri meccanismi mediati da pp G coinvolgono modificazioni di pp citoscheletriche come GEF che attiva GTPasi RHO
- altrimenti flussi ionici
- controllo diretto: mediato da pp G, esempio acetilcolina che lega recettore GPCR che attiva una GI che inibisce l'adenilato ciclasi, mentre sub gamma attiva dei canali ionici che estrudono K+ (minori eccitabilità di membrana quindi contrazione (recettori muscarinici)
- controllo indiretto: attraverso attivazione di altre pp come PKA, PKC, CAM chinasi, nfs ciclici
(2)
recettore olfattivo
- epitelio olfattivo vi sono sulla lamina basale cellule staminali, cellule di supporto e neuroni olfattivi
- parte apicale di neuroni sporge nel lume con ciglia immerse nel muco
- ciglia contengono recettori olfattivi specializzati per trasdurre gli stimoli generando un impulso che attraversa assoni che sinaptano la corteccia olfattiva attraversando prima la lamina cibrosa.
- impulsi mediati da GPCR:
- 10 000 diverse molecole di stimolazione, uomo 350 tipi
- ogni singolo neurone in grado di produrre un solo recettore
- recettori associati a pp G-olf -> attiva adenilato ciclasi -> aumento cAMP -> lega canali ionici -> apertura canali sodio -> depolarizzazione -> impulso potenziale di azione
- sistema dinamico perché neuroni olfattivi soggetti a frequente morte cellulare
(3)
recettori visivi
- fotorecettori usano cGMP, sintetizzato da guanilato ciclasi
- bastoncelli: cellule a forma allungata con estremità con fotorecettore interna, all'esterno invece regione sinaptica in cui viene rilasciato il neurotrasmettitore, prima stazione di elaborazione del segnale è nucleo genicolato laterale, poi prosegue fino alla corteccia visiva
- sinapsi inibitoria: attività del bastoncello inibisce la trasmissione dell'impulso al cervello + al buio il segnale è inibito ma è depolarizzano => segnale è iperpolarizzazione
- segmenti esterno contiene dischi di membrana fotorecettrici con fotorecettori e rodopsina che è fotosensibile
meccanismo
- membrana segmento esterno depolarizza con presenza di canali ionici costruttivamente aperti per attività di guaiolato ciclasi, quindi cGMP lega canali lasciandoli aperti inibendo i neuroni
- impulso luminoso porta a cambiamento conformazione della rodopsina che passa in forma tutta trans attivando la pp G trasducina.
- trascina attiva con la sub alfa propria attiva cGMP fosfodiesterasi che degrada cGMP
- abbassamento ioni interni per chiusura dei canali e la membrana quindi si iperpolarizza
- diminuisce attività sinaptica inibitoria e neuroni aumentano la frequenza del potenziale di azione che arriva al cervello come segnale
=> esempio meccanismo di doppia inibizione
meccanismo di un'attivazione
- feedback negativo
- attivazione della via di trasmissione del segnale attiva rodopsina chinasi che fosforila i residui ricchi di Ser di rodopsina inibeldola
- P della rodospina lega arrestina che blocca ulteriormente la segnalazione
- si attiva fattore RGS che attiva attività GTPasica di sub alfa della trasducina, convertendola in forma inattiva
- si attivano pp opposte a calmodulina che si attivano quando [Ca] si abbassa e questa attiva guaiolato ciclasi che riproduce cGMP che apre i canali ionici portando a depolarizzazione
questi feedback collaborano a cascata o in sincronia per resistenza/ fenomeno di adattamento (luce troppo lunga o per troppo tempo)
proteine G trimeriche
(1)
struttura
- ≠ tipologie, associate a recettori GPCR ≠
- struttura generale altamente conservata
- bersaglio canali ionici ed enzimi di segnalazione
- 3 subunità principali: ALFA, BETA, GAMMA
- alfa e gamma domino con fosfolipidi per ancoraggio nella membrana e recettore se contatto o prossimità di esso
- beta racchiusa in una tasca formata dalle altre sub
- afa con dominio RAS, con attività GTPasica su sub beta
- alfa verso il citosol dominio HA ad alfa-elica che contiene GDP quando inattiva
(2)
segnalazione mediata da pp G trimeriche
0) GPCR inattivo, pp G inattiva
1) GPCR lega molecola segnale, attivandosi
2) cambiamento conformazione di GPCR
3) interazione con sub alfa della pp G
4) attivandosi alfa cambia conformazione aprendo HA, con rilascio di GDP
5) si lega GTP nella tasca esposta (alta affinità)
6) cambiamento di conformazione di alfa
7) distacco di alfa da beta e gamma, portando alla ramificazione del segnale da parte di beta e gamma
8) esposizione di siti specifici per chinasi, enzimi, adenilato Cicladi
9) RAS disattiva la pp G con attività GTPasica (è alfa stessa che attiva RAS). quindi GTP diventa GDP
10) alfa inattiva si riassocia a beta e gamma
11) G attiva (sub separate) può attivare RGSRGS:
- pp di regolazione della segnalazione della pp G
- GAP attiva idrolisi di GTP (feedback negativo)
- GEF
segnalazione molto veloce, infatti usata per sistema visivo e cellule riceventi segnale di serotonina
fosfolipidi
(1)
- meccanismo parallelo ad adenilato ciclasi, ma con metabolismo dei fosfolipidi
- fosfolipasi C: idrolizzano fosfolipidi di membrana specifici = fosfolipidi inositolo fosforilati o fosfaidil inositolo 4,5 biP o PIP2
- sono molecole in piccola quantità nella membrana
- fosfolipasi C - beta: fosfolipasi attivata da pp G che idrolizza PIP2 (C-gamma attivata da RTK, C-Z in oociti)
(2)
cascata di trasfusione
1) pp G attiva fosfolipasi C-beta
2) fosfolipasi C- beta idrolizza PIP2, a dare due molecole: diacilglicerolo inserito in membrana + IP3 inositolo 1,4,5 triP rilasciato nel citosol
3) quindi ho divergenza in due vie:
- IP3 carica (3 gruppi P) idrosolubile e diventa secondo messaggero
- fino al lume del RE e lega canali ionici
- rilascio veloce di Ca++ che attiva PKC pp chinasi C (c perché dipende da Ca), che si attiva con Ca + diacilglicerolo + fosfotidilserina (in membrana)
=> le vie convergono
4)PKC si attiva per presenza di Ca++ e diacilglicerolo trasducendo il segnale
5) diacilglicerolo rimane tale o idrolizzato in acido rachidonico, molecola per proseguire segnalazione oppure per sintesi di altre molecole (licosanoidi)
-
altri meccanismi di GPCR
(1)
amplificazione del segnale
- recettori GPCR associati a ≠ famiglie di pp G con attività attivatori-inibitoria e bersagli ≠ e attivano trasduzione del segnale con catene di trasduzione lineari, ramificate e interconnesse
- catene di trasduzione permettono amplificazione del segnale originario
- esempio rodopsina che da 1 molecola di essa si hanno 10^6-10^7 Na+ al secondo in entrata e il cambiamento di Vm di 1 mV
(2)
desensibilizzaione dei GPCR
- meccanismi per garantire una rapida disattivazione del segnale o dei meccanismi di attenuazione del segnale quando stimolo eccessivo (esposizione alla luce)
- in concomitanza di GPCR si stimola chinasi che fosforila i recettori GPCR attivati su siti multipli, attivando a valle dei meccanismi che disattivano il recettore desensabilizzandolo.
- arrestina è in grado di legare molecole di clatrina ed attivare la via degli endosomi introitando il recettore a cui è legata nel citsol, per poi essere defosforilato e reinserito in membrana oppure ubiquitinizzato e degradato nei lisosomi