Ormoni idrofilici (a.e. proteici)

Ormoni steroidei (idrofobici, liposolubili)

In genere, in assenza di ormoni, i recettori nucleari si trovano nel citosol

Meccanismo dazione degli ormoni liposolubili. Gli ormoni liposolubili come gli ormoni steroidei (es.corticosteroidei, ormoni sessuali) sono in grado di attraversare liberamente la membrana cellulare. Gli specifici recettori cellulari per questi ormoni sono intracellulari e con essi formano complessi che attivando selettivamente la trascrizione genica a livello della cromatina alinterno del nucleo inducono la neosintesi di specifici RNA messageri che vengono quindi espressi sotto forma di specifiche proteine nel citoplasma attraverso il processo di traduzione nei ribosomi.

Regolazione della trascrizione genica

,

Controllo della trascrizione. A. Un tipico gene eucariota costituito da due regioni, la regione codifcante, che viene trascritta dalla RNA polimerasi Il nell'RNA messaggero e quindi tradotta in proteine specifiche, e una regione regolatrice, che comprende alcuni elementi intensifcatori e un elemento promotore, che regola ['inizio della trascrizione del gene strutturale. B. Le proteine che regolano la trascrizione si legano sia alla regione del promotore che a quella dell'intensificatore. 1) Jn gruppo di proteine si lega alla TATA-box, al promotore e alla regione distale dell'intensificatore. 2. Le proteine che si legano alla regione dell'intensificatore determinano un ripiegamento ad ansa del DNA, che permette alle proteine regolatrici legate alla regione distale dell'intensificatore di entrare in contatto con la polimerasi

Un numero limitato di proteine regolatrici in grado di esercitare un numero molto elevato di interazioni regolatrici sul processo di trascrizione

Meccanismo di azione ormoni steroidei e tiroidei: Superfamiglia dei recettori intracellulari

Recettori Nucleari

Recettore per la Vit D3 VDR Recettori per gli Ormoni Tiroidei TRa TRb Recettori X epatici LXRa LXRb

Recettori per il proliferatore attivato dei perossisomi PPARa PPARb PPARg

Recettori per i retinoidi RARa RARb RARg RXRa RXRb RXRg

Recettori per gli Ormoni Steroidei AR ERa ERb GR MR PRa PRb

Precursore per i ormoni steroidei: il colesterolo

Ormoni steroidei Glucocorticoidi Mineralocorticoidi Androgeni Estrogeni Progestinici

Ormoni/composti simili agli ormoni steroidei Ormoni tiroidei (T4, T3) Vitamina D acido retinoico

DIETA COLESTEROLO

Ormoni Steroidei

Acidi Biliari

Ormoni steroidei.Precursore comune rappresentato dal colesterolo; ormoni secreti dalle ghiandole della riproduzione; corticosurre-nalici; metaboliti attivi della vitamina D.

Progesterone

Ovaio, corpo luteo; placenta

Differenziamento dell'utero in preparazione all'impianto del embrione; mantenimento delle prime fasi della gravidanza, sviluppo del sistema alveolare delle ghiandole mammarie

Estradiolo

Ovaio, placenta

Differenziamento dell'utero e di altri organi sessuali femminili; mantenimento dei caratteri sessuali secondari della femmina e delle normali funzioni cicliche degli organi sessuali accessori; sviluppo del sistema duttale delle ghiandole mammarie

Testosterone

Testicolo

Maturazione e normale funzionamento degli organi sessuali accessori maschili; sviluppo delle caratteristiche sessuali maschili

Cortisolo

Effetto sul metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine; riduzione dell'infiammazione e delle risposte immunitarie; aumento delle risposte fisiologiche globali allo stress

Corteccia surrenaleAldosteroneMantenimento del bilancio idrico e ionico; riassorbimento degli ioni da parte delle cellule epiteliali del rene

Struttura di un ormone steroideo

Struttura dei recettori nucleari

I Recettori per gli ormoni steroidei sono recettori nucleari che interagiscono funzionalmente con le heat shock proteins hsp90

ARhsp56

MRhsp56

ERhsp50 hsp70

GR PRhsp56 hsp52 hsp70

hsp70

HSP90 maschera il DNA-BINDING DOMAIN dei recettori

SR

hsp90

SRE

DNA

Qualche recettori nucleari sono gi localizzati nel nucleo, prima di legarsi allormone (a.e. i recettori per lormone tiroideo)

Struttura funzionale dei recettori nucleari

NH2

COOH

Dominio N-terminaleRegolazione espressione genica (transattivazione, transrepressione)

Dominio di legame al DNALegame al DNA (prima ditta di Zinco) dimerizazione (seconda ditta di Zinco)

Dominio di legame per lormonelegame a lormone dimerizazione interazione con cofattori

Legame dei recettori agli elementi di risposta

AF-2 N AF-1 DBD LBD C

AF- , transcription activation functions DBD, DNA-binding domain contenente il zinc-finger motif; LBD, ligand-binding domain.

Dominio di legame al DNA

Dominio LBD

Legame dellormone ad LBD

Elementi di risposta

Dominio di legame al DNA

I tipi di elementi responsivi del DNA usati dai Recettori Nucleari

RXR

Direct repeats

Symmetric sites GR-GR MR-MR PR-PR AR-AR ER-ER

n=3

I Recettori Nucleari controllano la trascrizione dei geni bersaglio: sono fattori di trascrizione ligando-dipendenti

Stuttura tridimensionale dellottamero istonico

Due dimeri H2A-H2B (blu) fiancheggiano un tetramero H3-H4 Lottamero istonico quindi composto da coppie di istoni H2A, H2B, H3, e H4

Interazione del dimero con il DNA mediante le ditta di Zinco

Regolazione della trascrizione genica

,

Controllo della trascrizione. A. Un tipico gene eucariota costituito da due regioni, la regione codifcante, che viene trascritta dalla RNA polimerasi Il nell'RNA messaggero e quindi tradotta in proteine specifiche, e una regione regolatrice, che comprende alcuni elementi intensifcatori e un elemento promotore, che regola ['inizio della trascrizione del gene strutturale. B. Le proteine che regolano la trascrizione si legano sia alla regione del promotore che a quella dell'intensificatore. 1) Jn gruppo di proteine si lega alla TATA-box, al promotore e alla regione distale dell'intensificatore. 2. Le proteine che si legano alla regione dell'intensificatore determinano un ripiegamento ad ansa del DNA, che permette alle proteine regolatrici legate alla regione distale dell'intensificatore di entrare in contatto con la polimerasi

Un numero limitato di proteine regolatrici in grado di esercitare un numero molto elevato di interazioni regolatrici sul processo di trascrizione

La cromatina una struttura compatta

Lattivazione della trascrizione: rilascio degli istoni attraverso l acetilazione degli istoni, decondensazione del DNA

La repressione della trascrizione: deacetilazione degli istoni, condensazione del DNA

Rimodellamento del nucleosoma tramite HISTONE ACETYLTRANSFERASES (HAT) & HISTONE DEACETYLASES (HDAC)Gli histone acetylases trasferiscono gruppi acetilici agli istoni e allentano le interazioni tra essi e il DNA, e tra nucleosomi e nucleosomi. Questo provoca scompattamento del nucleosoma e facilita laccesso di attivatori della trascrizione al promotore Gli HISTONE DEACETYLASES rimuovono gruppi acetilici e ristabiliscono la compattezza del nucleosoma, limitando laccesso dei fattori di trascrizione

Appena il recettore lega lormone, vi sono proteine che aiutano i recettori ad attivare la trascrizione, decondensando il DNA attorno dellelemento di risposta ed aprendo la cromatina, facilitando cos il legame del recettore e il complesso basale della trascrizione: I coattivatori

Se il recettore inattivo (privo di ormone) si mettono in atto i corepressori che condensano il DNA, riformando i nucleosomi compatti, non avviene la trascrizione.

coattivatori (in presenza dellormone) corepressori (in assenza dellormone)

La regolazione dellespressione genica attraverso i recettori nucleariGli elementi di risposta sul DNA per i recettori nucleari in genere sono positivi ma possono anche essere negativi.

Quando un recettore si lega al suo elemento di risposta positivo, viene stimolata la trascrizione del gene bersaglio. Nel caso di un legame ad un elemento negativo succede lopposto: viene repressa la trascrizione.In pi, i recettori possono influenzare positivamente o negativamente lattivit di fattori di trascrizione legandoli direttamente senza legarsi al DNA. (esempi: 1. lattivit di AP1 inibita fortemente in presenza del GR. Il complesso GR-AP1 rimane sul promotore, ma non attiva la trascrizione, e GR non lega al DNA., 2. Con il stesso meccanismo GR aumenta lattivit degli fattori di trascrizione STAT). Transattivazione: HRE Transrepressione: nHRE, o interazione recettore-fattore di trascrizione

Vie di azione degli ormoni steroidei

Un esempio per un prodotto che codificato da un gene con un elemento di risposta negativo proprio un ormone: lACTH (lormone adrenocorticotropico, rilasciato dallipofisi anteriore). Il feedback negativo del rilascio di ACTH dal parte di cortisolo avviene attraverso questo elemento. Cortisolo normalmente reprime la sintesi di ACTH legando il suo recettore (il GR), che successivamente riconosce lelemento di risposta negativo per il GR (nGRE) nel promotore del gene che codifica per lACTH. Nel momento in cui si lega il complesso cortisolo/recettore al nGRE, viene fortemente inibito la trascrizione dellACTH, e, quindi, non viene prodotto lormone.

Vi possono essere recettori diversi per un ormone

Le forme diverse dei recettori per lormone tiroideo possono essere presente in tessuti diversi, e la loro presenza pu cambiare durante lo sviluppo.

Splicing alternativo risulta in isoforme diverse di un recettore

prodotti di splicing alternativa possono avere effetti diversiRecettore funzionale (es. GR-a)Variante di splicing 1 (es. GR-b) Variante di splicing 2 (es. GR-P) reprime GR-a stimola GR-a

Gene GRE mRNA Prot

Gene GRE

Gene GRE mRNA Prot

Laffinit e la quantit degli recettori. Laffinit del legame ormone-recettore viene definita attraverso la costante di equilibrio di dissocazione del complesso (Kd) Kd = [R][O]/[RO], dove [R],[O] e [RO] sono la concentrazione rispettivamente di recettori liberi, di ormone libero e di ormone/recettori legati che viene calcolata tramite radioimunodosaggio. Riportando ingrafico il rapporto tra le quantit di ormone legato e libero contro la quantit di ormone legato (Plot di Scatchard) si ottiene una retta la cui pendenza fornisce la costante di affinit (di associazione, ossia il reciproco della costante di dissociazione) mentre lintercetta sullascissa fornisce la concentrazione totale di recettori.

Legato/Libero

Legato (fmol/mg) I valori pi communi della costante di dissociazione sono compresi tra 10-8 e 10-9 M (tanto minore il suo valore tanto maggiore laffinit del recettore per lormone) mentre il numero totale di recettori mediamente compreso tra 10-19 e 10-7 moli per 100mg di DNA cellulare.

Dossagi di legame per identificare recettori di membrana/nuclearireceptorlab eledhorm one125 I

100X excess of unlabeled hormone125I

receptor

+125 I 125 125 I I

Cell

+

Cell

specific

Cell

125 I 125 I

Cell

125I 125I

non-specific

non-specific

Wash

Wash

Scintillation counting

Scintillation counting

Legame totale Legame specifico

Legame specifico Legame non specifico

R = recettore libero;

H = ormone libero;

RH = complesso recettore /ormoneR+HKd = or[RH]

RH[R][H] [RH] 1

The dissociation constant:

RT

RT

= 1+

Kd [H]

KDLigand concentration

RT : somma totale degli recettori (liberi e legati) RT = [R] + [RH] KD value: (1). KD rappresenta laffinit del recettore per il ligando

(2). KD rappresenta la concentrazione del ligando con cui la met degli recettori legato dal ligando(3). Pi basso il valore del KD , pi alto laffinit

Modalit di attivazione di un recettore nucleare per gli ormoni steroideihsp50 hsp70ER

E2ER

hsp50 hsp70

ER ER

hsp70 hsp50

hsp70 hsp50

ER ER TATA

I recettori nucleari per gli ormoni non-steroidei non interagiscono con le proteine hsp, si trovano legati al DNA in assenza di ormone ed eterodimerizzano con RXRRXR TR RXR VDR

TRE

DRE

RXR RAR

RXR RXR

RaRE

RxRE

HDACRXR RAR

Trascrizione Attivata + ormoneAC AC

HATRXR RARAC AC

Trascrizione Repressa

Attivazione del complesso di trascrizione mediata dai recettori nucleari

Struttura schematica di coattivatori

Transattivazione ormone-dipendente

TRE

+

Trasrepressione ormone-dipendente