Transcript 10. la comunicazione cellulare - E

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18/03/14
10. La comunicazione cellulare contiene materiale protetto da copyright, ad esclusivo uso personale; non è
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Nessuna cellula vive isolata Esiste una complessa rete di comunicazione tra cellule che regola la crescita, la maturazione, il differenziamento, il metabolismo e l omeostasi delle cellule che compongono tessuti ed organi. 1
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Trasduzione del segnale: conversione di un 2po di segnale in un altro La COMUNICAZIONE CELLULARE • la cellula segnalatrice produce una molecola segnale che viene riconosciuta da una cellula bersaglio • permette alle cellule di modificare il proprio assetto a seguito di uno stimolo ambientale (MOLECOLA SEGNALE → RISPOSTA CELLULARE) • negli organismi pluricellulari permette il corretto sviluppo e mantenimento dell organismo (→ mutazioni) • si basa sul riconoscimento molecolare • i meccanismi molecolari per il RILEVAMENTO e per la TRASDUZIONE del segnale, che portano a cambiamenti intracellulari, sono evolutivamente conservati 2
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Sequenza di eventi 1. 
2. 
3. 
4. 
Riconoscimento dello stimolo sulla superficie esterna della membrana plasmatica Trasferimento dell informazione attraverso la membrana plasmatica Trasmissione del segnale a molecole specifiche che lo interpretano e trasducono Cessazione della risposta in seguito all eliminazione delle molecole segnale Tipi di segnale Segnali Autocrini –  Si legano ai recettori sulla cellula che li secerne Segnali Paracrini –  Si legano ai recettori e stimolano le cellule adiacenti Segnali Endocrini –  Le cellule secernono molecole segnale nel sangue –  Stimolano cellule lontane •  Le ovaie nelle femmine e i testicoli nei maschi sono stimolati dagli ormoni prodotti dal cervello Segnali sinaptici Simili ai paracrini ma vi è una speciale struttura Sinapsi Fra la cellula che origina il segnale e la cellula che lo riceve Avvengono solo fra cellule con la sinapsi Neurone e il muscolo controllato dall'attività neuronale Segnali per contatto cellulare Avvengono fra cellule che devono avere membrane plasmatiche adiacenti Le cellule sono influenzate dal loro ambiente più prossimo e dalle molecole segnale provenienti da altre cellule 3
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Le cellule animali si inviano segnali in vari modi breve raggio Largo raggio La segnalazione per conta7o perme7e a cellule adiacen* simili di specializzarsi e formare cellule differen* 4
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Una stessa molecola segnale può indurre risposte diverse in cellule bersaglio diverse 5
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Sopravvivenza, differenziamento e mol*plicazione dipendono dai segnali extracellulari La risposta di una cellula può essere rapida o lenta Segnale influenza a=vità proteine già presen2 nella cellula bersaglio Contrazione muscolo scheletrico Secrezione ghiandole salivari Cambiamen2 espressione genica e sintesi di nuove proteine Accrescimento e divisione cellulare 6
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TRASDUZIONE DEL SEGNALE Le molecole segnale extracellulare possono legarsi a vari *pi di rece=ori Ormoni steroidei e 2roidei 7
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RECETTORI INTRACELLULARI Ormoni: molecole piccole e idrofobe 8
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RECETTORI INTRACELLULARI RECETTORI INTRACELLULARI Alcuni gas a=raversano la membrana ed a?vano enzimi intracellulari per via dire=a 9
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RECETTORI DI SUPERFICIE > Parte molecole segnale Le molecole segnalatrici intracellulari possono svolgere diverse funzioni 10
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Le vie di trasduzione del segnale portano all amplificazione delle risposte Alcune molecole segnalatrici intracellulari funzionano come interru=ori Serina/treonina proteina chinasi Tirosina chinasi Proteine G 11
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Le 3 classi principali di Rece=ori di superficie Rece=ori accoppia* a canali ionici Trasformano segnale chimico (cioè neurotrasme=tore) in segnale ele7rico (cioè variazione differenza di potenziale tra le 2 facce della membrana) 12
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Rece=ori accoppia* a proteine G (GPCR) -­‐ La più grande famiglia: 700 nell uomo, 1000 nei topi solo per percezione olfattiva -­‐  mediano segnali di ormoni, mediatori locali e neurotrasmettitori che possono essere proteine, piccoli peptidi, amminoacidi -­‐  la metà dei farmaci noti agisce sui GPCR Struttura dei GPCR 13
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La subunità α si autodisattiva idrolizzando il GTP Funzionamento ad interruttore
(attivazione/inattivazione in
pochi secondi)
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Proteine G possono regolare direttamente canali ionici
Proteine G possono attivare enzimi legati alla membrana
Ex. Adenilato ciclasi responsabile della produzione di cAMP fosfolipasi C inositolo trifosfato (IP3) SECONDI
MESSAGGERI
e diacilglicerolo (DAG) 15
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AMP CICLICO (cAMP)
Gs
NB
caffeina inibisce fosfodiesterasi nel SNC
(è stimolante)
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Trasduzione del segnale mediata da cAMP cAMP esercita i suoi effetti attivando una proteina chinasi (PKA) 17
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Esempi di risposte cellulari mediate da cAMP Tessuto bersaglio
molecola segnale
risposta principale
EFFETTI RAPIDI (secondi) dell attivazione della cascata del cAMP Nel muscolo scheletrico l adrenalina stimola la degradazione del glicogeno 18
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EFFETTI LENTI (minuti/ore) dell attivazione della cascata del cAMP Attivazione della trascrizione genica La fosfolipasi C attiva due vie di segnalazione 19
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Esempi di risposte mediate dalla PKC Gli ioni Calcio sono importanti messaggeri Cellula non stimolata: concentrazione bassa nel citosol Cellula stimolata: apertura canali e aumento concentrazione induce modificazioni proteine sensibili al Calcio: ex. CALMODULINA Proteina chinasi dipendente da Ca2+/ calmodulina
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L esecuzione della Segnalazione a cascata associata ai GPCR richiede pochi secondi Bastoncello della retina ex. reazione
dell occhio alla luce
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Amplificazione del segnale luminoso
Rece=ori accoppia* a enzimi -­‐ Proteine transmembrana (1 solo segmento) -­‐  Dominio citoplasmatico può avere attività enzimatica o formare complesso con proteina che ha attività enzimatica -­‐  Generano risposte lente (ore) -­‐  Effetto finale è spesso modificazione espressione genica 22
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Recettori-­‐tirosina chinasi (RTK) Per terminare la risposta delle FOSFATASI eliminano i gruppi fosfato
Gli RTK attivano la Ras La Ras è una GTPasi monomerica
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La Ras attiva le Mitogen Activated Protein Kinase (MAP chinasi) Gli RTK attivano le vie di segnalazione fosfoinositide 3-­‐chinasi Akt (Proteina chinasi B) (PKB)
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PKB 1. Promuove crescita e sopravvivenza cellulare 2. Stimola le cellule ad aumentare di dimensione attivando Tor Tor = Target of Rapamicin
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Alcuni recettori accoppiati ad enzimi attivano proteine regolatrici (STAT) che vanno direttamente nel nucleo e stimolano la trascrizione di specifici geni Ex citochine ed ormoni
Notch utilizza via di segnalazione ancor più diretta taglio proteolitico: 26
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Nelle piante uno dei sistemi di segnalazione meglio studiati è quello dell ETILENE Regola: Germinazione semi Maturazione frutti Molteplici sono le interazioni tra le vie di segnalazione 27