Segnalazione cellulare

I recettori con attività enzimatica intrinseca sono il secondo gruppo di recettori dopo i GPCR. Includono quattro tipi in base alla forma di attività enzimatica del dominio intracellulare (Figura 23a).

• Recettore tirosin chinasi (RTKS) All’attivazione, il dominio della chinasi fosforila i residui di aminoacidi della tirosina. Esistono sette classi di RTK con diversi domini extracellulari (Figura 23b).

• Recettore serina-treonina chinasi All’attivazione, il dominio della chinasi fosforila serina e / o residui di aminoacidi treonina.

• Recettore tirosina fosfatasi L’attività intrinseca della tirosina fosfatasi del dominio enzimatico viene soppressa all’attivazione.

• Recettore guanilil ciclasi Il dominio enzimatico genera il secondo messaggero cGMP da GTP dopo l’attivazione.

Figura 23 (a) Le quattro classi di recettori con attività enzimatica intrinseca. Si noti che i domini chinasici possono fosforilare residui situati sull’altra catena recettoriale (autofosforilazione) o su altre proteine segnalanti (come mostrato qui). Si noti che i recettori con attività enzimatica intrinseca ad eccezione delle tirosina fosfatasi, sono stati rappresentati nel loro stato attivo, cioè in seguito alla formazione di dimeri da parte del ligando extracellulare. A differenza di altri recettori, le fosfatasi di tirosina del recettore sopprimono la loro attività enzimatica sul legame del ligando. (b) Le sette sottofamiglie dei recettori tirosin chinasi (RTK). Il ruolo funzionale della maggior parte dei domini extracellulari ricchi di cisteina, immunoglubulin-like e fibronectin-like non è noto. È indicato un solo membro di ogni sottofamiglia. Si noti che i recettori PDGF, FGF e VEGF hanno un dominio di tirosina chinasi diviso; il recettore PDGF è mostrato in modo più dettagliato nella Figura 25. (EGF = fattore di crescita epidermico; NGF = fattore di crescita del nervo; PDGF = fattore di crescita derivato dalle piastrine; FGF = fattore di crescita dei fibroblasti; VEGF = fattore di crescita endoteliale vascolare; Eph = ephrin.)

Il modello base di attivazione per i recettori con attività enzimatica intrinseca è che il legame del ligando induce la dimerizzazione (in alcuni casi oligomerizzazione) del recettore, che riunisce i domini enzimatici citoplasmatici e porta ad un cambiamento nell’attività enzimatica. La dimerizzazione può verificarsi tra diversi recettori che legano lo stesso ligando (eterodimerizzazione) o tra lo stesso tipo di catene recettoriali (omodimerizzazione) o entrambi. I recettori RTK, RTP e guanilil ciclasi generalmente formano omodimeri (un’eccezione è la tirosina chinasi del recettore del fattore di crescita epidermico (EGF)), mentre le serine–treonine chinasi del recettore generalmente formano eterodimeri. In alcuni casi, l’oligomerizzazione di diversi recettori è necessaria per l’attivazione.

Descriveremo ora il meccanismo generale di attivazione di RTK in modo più dettagliato. Esistono diverse strategie con cui un segnale extracellulare può raggiungere la dimerizzazione RTK portando all’attivazione del recettore:

• Ligandi come EGF, che è un monomero, hanno due siti di legame per ogni unità recettore.

• Il fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF) è un dimero legato covalentemente, in cui una subunità si lega a una catena del recettore PDGF e l’altra subunità si lega a un’altra catena del recettore PDGF (Figura 24).

• Il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) si lega ai proteoglicani (situati sulla superficie cellulare o sulla matrice extracellulare) e induce il clustering dei recettori FGF.

• Le efrine sono legate alla membrana plasmatica della cellula segnalante in gruppi e inducono quindi l’associazione dei loro recettori (chiamati recettori Eph) sulle cellule bersaglio dopo il contatto cellula–cellula.

• Il recettore dell’insulina è un tetramero prima di legare l’insulina: sul legame con l’insulina, l’attivazione avviene per riarrangiamento delle diverse catene recettoriali che porta i domini della chinasi nelle immediate vicinanze.

Figura 24 Gli RTK sono attivati dall’autofosforilazione dei loro domini chinasici intracellulari in seguito alla dimerizzazione in risposta al legame del segnale extracellulare (in questo esempio, un dimero come PDGF).

Sebbene ci possa essere una grande quantità di variazione nei domini extracellulari di RTK (Figura 23b) e nei modi in cui il segnale extracellulare si lega al suo recettore, il meccanismo di base dell’attivazione del recettore si applica ancora (Figura 24). L’associazione fra i risultati dei ricevitori nella fosforilazione crociata del dominio della chinasi su ogni coda intracellulare del RTK, un processo chiamato autofosforilazione. Ciò si traduce in un aumento della sua attività intrinseca della chinasi, che causa la fosforilazione delle tirosine in altre parti del dominio citoplasmatico (e/o altre proteine). L’autofosforilazione genera siti di attracco sul recettore per le proteine di segnalazione a valle che contengono domini SH2.

Molte proteine possono legarsi ai residui di fosfotirosina (pY), ma queste interazioni sono influenzate dalle vicine catene laterali degli amminoacidi (vedere la sezione precedente). Ad esempio, il recettore PDGF ha specifici siti di fosfotirosina, che possono legare la subunità regolatrice (p85) della fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI 3-chinasi), una proteina attivante la GTPasi (p120 RasGAP) e la fosfolipasi C-g (PLC-γ), tra gli altri (Figura 25). Il recettore dell’insulina estende il suo potenziale di attracco associandosi a una grande proteina, il substrato del recettore dell’insulina 1 (IRS-1), che ha molti residui di tirosina che possono essere fosforilati dal recettore dell’insulina (Sezione 4). Queste proteine sono chiamate “proteine di docking” e possono essere attivate direttamente fosforilate dall’RTK o dalle interazioni con altre proteine di docking o molecole di membrana plasmatica. Alcune proteine docking sono proteine adattatori che servono semplicemente a portare altre molecole di segnalazione in posizione. L’effetto complessivo di questo sistema è il reclutamento di molti diversi percorsi di segnalazione, consentendo la modulazione di molti processi cellulari.

Figura 25 Alcuni dei siti di legame (docking) sul recettore PDGF attivato per le proteine contenenti SH2. (La struttura del dominio di queste proteine è mostrata in Figura 1.13.) Si noti che questi non sono gli unici siti di autofosforilazione sul recettore PDGF. Ulteriori tirosine fosforilate sono siti di attracco per altre proteine contenenti SH2 (non mostrate). Per semplicità, solo una catena di recettori PDGF e un monomero PDGF sono mostrati qui.