Mecanisme Moleculare Ale Semnalizarii Celulare

5/12/2018 Mecanisme Moleculare Ale Semnalizarii Celulare - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mecanisme-moleculare-ale-semnalizarii-celulare 1/13

Mecanisme moleculare ale semnalizarii celulare

1

Comunicarea dintre celulele unui oranism pluricelular are o importanta vitala din multiple puncte

de vedere:

-regleaza dezvoltarea celulelor si gruparea lor in tesuturi;

-controleaza cresterea si diviziunea celulara;

-realizeaza coordonarea anumitor functii celulare, etc.

Exista 3 modalitati fundamentale de semnalizare intre celulele unui organism pluricelular:

1. Comunicarea la distanta in cadrul careia celulele specializate secreta anumite substante

chimice, care sunt transmise celulelor receptoare situate la distanta fata de primele.

2. Comunicarea prin intermediul semnalelor chimice intre celulele aflate in contact fizic direct.

Aceste semnale influenteaza activitatea celulelor receptoare prin moleculele de suprafata

atasata in membrana plasmatica a acestora.3. Comunicarea prin semnale transmise prin jonctiunile comunicante (gap) dintre celule ,

semnale care realizeaza un cuplaj metabolic si electric direct al citoplasmelor celulelor care

comunica.

Desi transmisia semnalelor prin intermediul jonctiunilor gap si prin receptorii de suprrafata prezinta o

importanta deosebita, si in cazul raspunsului imunitar vom detalia comunicarea din celulele situate la

distanta deoarece moleclele secretate sunt mai usor de izolat si de studiat decat in celelante cazuri.

Strategii de comunicare intre celulele situate la distanta:endocrina,

paracrina, sinaptica.

Mecanismele de comunicare intercelulara prin semnale chimice secretate se impart in 3 grupe majore

in functie in primul rand de distanta la care sunt situate celulele unele fata de celelante.

1. Comunicarea endocrina in cadrul careia celulele specializate secreta produsi caracteristici

care circula prin sistemul sanguin si apoi actioneaza asupra celulelor tinta dispersate in

organism.

2. Comunicarea paracrina ± celulele secreta mediatori chimici locali care actioneaza numai

asupra celulelor situate in imediata vecinatate a lor (raza <1mm). Aceasta raza de actiune

limitata si se explica prin faptul ca moleculele secretate sunt atat de rapid captate, degradate sau

imobilizate incat nu actioneaza decat pe o distanta f. redusa.

3. Comunicarea sinaptica- (proprie sistemului nervos) neuronii secreta neurotransmitatori la

nivelul(sinapsa). Neurotransmitatorii difuzeaza prin fanta sinaptica (50 nm) si nu

actioneaza decat asupra celulelor tinta post sinaptice adiacente.

In cazul tuturor acestor 3 mecanisme de semnalizare celulele tinta raspund la semnalele chimice

tinta specifice prin intermediul receptorilor specifici (in general proteine) ce fixeaza molecule

informationale si infiinteaza raspunsul la acestea. In toate cele 3 modalitati de comunicare intercelulara

participa numeroase molecule informationale si numerosi receptori caracteristici. Diferentele




2

esentiale insa , intre aceste posibilitati constau in viteza si selectivitatea te transmitere/receptionarea

semnalelor chimice de catre celulele tinta.

Comparatii intre transmiterea endocrina si cea sinaptica

Celulele endocrine si cele nervoase colaboreaza in vederea coordonarii celulelor ce formeaza

organele animalelor superioare. Celulele endocrine se grupeaza in general in glande care secreta

hormoni in lichidul interstitiar din proximitate. Din acest lichid hormonii difuzeaza in capilare

patrunzand apoi in circulatia sangvina care ii transporta spre toate celelante organe. La nivelul

celulei tinta hormonii difuzeaza din capilare reintrand in lichidul interstitiar si se fixeaza pe

receprorii celulei tintaspecifici.

Deoarece transmiterea endocrina se bazeaza pe difuziunea semnalelor si transportul lor prin

fluxul sanguin ea este destul de lenta. Pentru ca un hormon odata secretat sa ajunga la celula tinta

sunt necesare cateva minute. Specificitatea semnalizarii celulare in cazul transmiterii endocrine depinde

de 2 factori:-proprietatile chimice ale semnalelor;

-proprietatile receptorilor din celulele tinta.

Fiecare tip de celula endocrina secreta un hormon specific in sange, iar fiecare celula tinta dotata

cu receptorii complementari ai acelui hormon va raspunde la semnal intr -o maniera celulara specifica.

Dimpotriva transmiterea chimica la nivelul celulelor nervoase este mult mai precisa. Neuronii

transmit informatiile pe distante mari prin intermediul impulsurilor electrice care propaga

semnalele de-a lungul fibrelor nervoase cu v= 100m/s.

La nivelul sinapselor cand neurotransmitatorii sunt eliberati in fanta, impulsurile electrice sunt

convertite in semnale chimice. Semnalele chimice eliberate de celulele nervoase pot acctiona asupra

celulei receptoare post sinaptice fie intr -

o maniera paracrina fie intro maniera sinaptica.1. In maniera paracrina neurotransmitatorii se comporta ca mediatori chimici locali care

difuzeaza in fanta sinaptica,se raspandesc si actioneaza asupra oricarei celule tinta

postsinaptica apropiata care are receptorii specifici moleculele eliberate.

2. In maniera sinaptica care este mult mai precisa actiunea neurotransmitatorului se limiteaza

numai la o celula tinta postsinaptica desi si celelante celule adiacente au receptori pentru

neurotransmitatorii respectivi. In asemenea caz neurotransmitatorul difuzeaza pe o distanta de

max 100 nm pana la membranele celulei tinta acept proces durand mai putin de o milisecunda.

In timp ce hormonii sunt puternic diluati in fluxul sangvin si lichidele interstitiare prin care

circula, trebuie sa actioneze la concentratie foarte mica asupra celulelor receptoare (< 10 8M)

neurotransmitatorii sunt mult mai putin diluati pe traseul lor spre celulele tinta atingand la nivelul acestora

concentratii puternice.(ex. Acetilcolina in fanta sinaptica in jonctiunea neuromusculara are o concentratie de aprox.

5*104)

Se poate explica prin faptul ca in transmiterea sinaptica receptorii pentru neurotransmitatori poseda o

afinitate slaba pentru ligantul lor caracteristic, neputand raspunde semnificativ la concentratii slabe

de neurotransmitator produsi de neuronii presinaptici.

Imediat dupa eliberarea lor in fanta sinaptica neurotransmitatorii sunt eliminati rapid fie prin

actiunea enzimelor hidrolite specifice, fie de proteinele de transport membranare specifice care




3

refueaza neurotransmitatorii in temrinatiile neuronului presinaptic produs. In schimb aceasta eliminare

rapida asigura o precizie spatiala a actiunii neurotransmitatorului ei si o precizie temporala a

semnalului.(ex. o curta emisie de neurotransmitatorului produce un raspuns scurt si rapid a. i. ritmul

semnalelor este retransmis cu fidelitate din neuron in neuron.

Natura chimica si efectele pincipale ale semnalelor chimice secretate

a) mediatori chimici locali: proteine (ex. factorul de crestrere al celulei nervoase NGF.)-are ca

efect mentinerea si cresterea diferitelor tipuri din SNC ;

b) oligopeptide (ex. factorul chimiotactic al euzenofilelor, care este un semnal chimic pt ele);

c) derivati ai aminoacizilor (ex. histamina, care participa la dilatarea vaselor sangvine);

d) derivati ai acizilor grasi (ex. prostangrandinele E, care stimuleaza contractia musculaturii

netede.)

Neurotransmitatorii pot fi:

-amino acizi si derivati ai acestora (ex. glicina, inhibitor in SNC, noradrenalia norepinefina, care

poate fi excitator/inhibitor in SNC si SNP;

-acidul gama aminobutiric (GABA), care este inhibitor in SNC,

-acetilcolina, excitator la nivelul jonctiunilor neuro musculare inhibitor in SNC.

-oligopeptidele ex. encefalina, care determina inhibarea inpulsurilor dureroase in SNC.are actiune

morfomimetica.

-Hormonii-pot fi proteine si glicoproteine (ex. insulina, hipoglicemiat prin stimularea absorbtiei

intracelulare de glucoza si stimularea glicogenezei+ stimularea proteosintezei precum si a sintezei lipidice

in adipocite.

-

hormonul de crestere: STH al hipofizei stimuleaza cresterea osoasa, cresterea musculara,cartilaginoasa si adipoase.

-h. adenocorticotrop (ACTH) =corticotropina. Stimuleaza sinteza de cortizol si eliberarea ac. grasi din

adipocite;

-h. foliculo stimulant (FSH)- cresterea foliculilor ovarieni si a secretiei de estradiol, stimularea

spermatogenezei la barbati.

-h. luteinizant ± h. trop hipofizar (LH) maturarea ovocitelor ; a ovulatiei ; a secretiei de progesteron

precum si a productiei de progesteron la nvelul testiculelor .

-factorul de crestere epidermic (EGH) stimularea diviziunii celulelor epidermice

-h. tireotrop TSH tireotropina, stimularea secretiei de tirozina , de acizi grasi din adipocite.

- parahormonul, determina cresterea calcemiei si a fosfatemiei prin stimularea reabsorbtiei

osoase.Cresterea ionilor de Ca si Mg si diminuarea reabsorbtiei ionilor fosfatilor la nivelul tubulilor renali

-somatomedina A- determina stimularea cresterii osoase si musculara prin modificarea

metabolismului Ca, fosfatilor, glucidelor si lipidelor;

Hormonii oligopeptide:

(ex. tireoriberina, det stimularea secretiei de TSH)

-factorul eliberator de LH, determinand stimularea secretiei de LH.




4

-vasopresina (h. antidiuretic sau ADH), det. cresterea presiunii sangvine prin capilaro-constrictie si a

reabsorbtiei de apa la nivelul tubulilor renali.

-somatostatina (det inhibarea secretiei de STH);

Hormoni derivati ai aa.:

-adrenalina(epinefrina) ±determina cresterea presiunii sangvine si tahicardie;

--cresterea glicogenolizei hepatice si musculare ,produce eliberarea de acizi

grasi din adipocite;

-tiropsina , det. cresterea metabolismului la nivelul majoritatii celulelor.

Hormonii de natura steroida

-cortizolul stimuleaza metabolismul proteic si glucidic in majoritatea tesuturilor; suprima reactia

inflamatorie.

-estradiolul determina dezvoltarea si mentinerea caracterelor sexuale feminine, determina si

dezvoltarea canalelor galactofore.-testosteronul produce dezvoltarea si mentinerea caracterelor masculine

-progesteronul determina pregatirea uterului pt. sarcina, mentinerea sarcinii, si dezvoltarea glandelor

mamare.

Diferite celule raspund in moduri variate la actiunea aceluiasi semnal chimic.

Curs 28.10.11

Majoritatea celulelor orgn. animale adulte sunt specializate in indeplinirea unei functii principale,

fiind dotate cu garnitura de receptori specifici de natura proteica/glicoproteica care le permit sa raspunda

la semnal ce initiaza si moduleaza aceste functii.

Nr.semnale ch. reglatoare actioneaza in concentratii foarte mici (mai mici ce 10 la -8N), receptorii

specifici ai acestor semnale fixand moleculele informationale cu o afinitate puternica=K (k>=10 la

8litripe N)

O aceeasi molecula incormationala are frecvente efecte diferite asupra diferitelor celule tinta (ex.

aremuncolin, stimuleaza contractia fibrelor muschilor scheleticidar diminueaza ritmul si forta de

contractie a celulelor musculare cardiace). Acest efect diferentiat se datoreaza receptorilor proteici ai

acetilCo, sunt diferiti in fibrele musculare striate fata de cei existenti in cele cardiace.

Totusi aceste diferente dintre receptori nu explica in toate cazurile efectele diferite ale aceluiasi

semnal.ch. In diferite cazuri aceleasi mat. informational se fixeaza pe invelisul proteic identic rezultandraspunsuri net diferite in variate tipuri de celule tinta.(ex. actiunea AcCo asupra fibrelor cardiace spre

deosebire de cele secretoare).

In concluzie se poate afirma ca modalitatile diferite de raspuns ale celulelor tinta la actiunea

aceluiasi semnal ch. sunt determinate atat de tipul de receptori ai lor cat si de cascada de reactii

intracelulare pe care legarea semnalului la receptorii specifici care o initiaza.

Diferentele intre raspunsurile la actiunea diferitelor semnale chimice.




5

Semnalele chimice extracelulare atunci cand sunt implicate in coordonarea raspunsurilor provocate de

modificarile mediului ambiant determinand raspunsuri rapide si tranzitorii.(ex. o crestere a glicemiei

determina celulele pancreatice endocrine sa secrete insulina in sange, in cateva minute concentratia de

insulina creste in sangele circulant stimuleaza celulele hepatice si musculare sa absoarba mai multa

glucozasanguina rezultand scaderea glicemiei).

Acest proces complex poate fi segventializat in 3 etape niciuna nu necesita sinteza de noi proteine.

-I etapa: la nivelul pancreasului concentratia crescuta de glucoza sangvina produce eliberarea

prin exocitoza a insulinei stocate in celulele secretorii.

-II etapa: la nivelul adipocitelor si a celulelor musculare (in special striate) proteinele

suplimentare de transport intracelular al glucozei sunt stocate in mod obisnuit in membranele unor

vezicule intracitoplasmatice. Cantitatea crescuta de insulina sangvina determina la nivelul acestor celule

migrarea si fuzionarea acestor vezicule cu membrana celulara urmata de incorporarea proteinelor de

membrana si cresterea transportului intracelular de glucoza.

Aceasta activitate determina o prabusire a glicemiei care are ca rezultat diminuarea nivelului de

secretie a hormonului.

-III etapa: deoarece transportatorii suplimentari ai glucozei din plasmalema sunt rapid eliminati din membrana prin endocitoza, intorcanduse in rezerva intracelulara, cantitatea de glucoza absorbita de

adipocite celula musculara revine la nivelul sau normal concomitent cu diminuarea secretiei de

insulina.

Prin acest mecanism complex insulina contribuie la mentinerea unei concentratii destul de

constante a glucozei sangvine.

Pentru neurotransmitatori : ei determina raspunsuri chiar mai mici decat hormonii.(ex. f.

musculare scheletice se contracta si apoi se destind in aproximativ cateva mlisecunde ca rezultat la

acetilcolina eliberata din terminatiile neuronilor motori, la nivelul jonctiunilor neuro-musclare).

S emnalele chimice extracelulare joaca un rol important in coordonarea dezvoltarii organismului

animal infuientand adesea« si modul de diferentiere a celulelor .(ex. estradiolul este secretat in cantitati

crescute la pubertate de celulele foliculilor ovarieni). El provoaca diferentierea unei mari varietati de

celule din diferitele regiuni corporale, modificari care pot conduce la dezvoltarea caracterelor sexuale

secundare feminine ±ex.cresterea sanilor.

Aceste efecte sunt insa lent reversibile daca secretia de estradiol se opreste.In schimb anumite

raspunsuri la steroizi sunt ireversibile in decursul dezvoltarii precoce a mamiferelor.

In mod similar o crestere de 10 ori a concentratiei hormonilor tiroidieni la mormolocii de

broasca determina schimbari brutale ce conduc la metamorfozarea lor in broaste adulte.

Doar moleculele informationale pot patrunde direct in celulele tinta. Majoritatea hormonilor sunt

molecule hidrosolubile. Exista si cateva exceptii care se constituie intr -o alta clasa distincta de molecule

informationale. Din aceasta clasa hormonii tiroidieni si hormonii steroizi insolubili in apa dar

hiposolubili constituie exemple notabile. Dupa secretie in vederea transportului lor prin plasma sangvinaacesti horomoni sunt solubilizati prin fixare pe trasportorii proteici specifici. Diferenta de solubilitate

dintre diferitele tipuri de molecule este responsabila de mecanismele fundamentale diferite prin care

aceste 2 clase de molecule actioneaza asupra celulei tinta.

Moleculele hidrosolubile sunt prea hidrofile pentru a traversa direct dublu strat lipidic membranar a

celulelor tinta. => ele se fixeaza pe receptorii proteici la suprafata plasmalemei fiind ulterior internalizate.




6

Hormonii steroizi si tiroidieni sunt liposolubili, odata disociati de pe transportorii sangvini pot

traversa usor membranele cel. receptoare. In interiorul celulelor acesti hormoni recunosc si se

fixeaza pe receptorii intracelulari specifici.

O alta diferenta importanta dintre cele 2 clase de molecule informationale consta in durata lor de

viata in sange sau lichide interstitiare. => majoritatea hormonilor hidrosolubili dispar si/sau sunt

metabolizati in cateva minute dupa intrarea lor in sange.

Mediatorii chimici locali si neurotransmitatorii sunt metabolizati si mai rapid , in cateva

secunde si chiar milisecunde dupa eliberarea lor in spatiu extracelular. Spre deosebire de acestia cei

steroizi persista in sange ore, iar cei tiroidieni chiar si zile intregi. Moleculele informationale

hidrosulubile determina raspunsuri de scurta durata, iar cele liposolubile raspunsuri mult mai

mici. Exista insa si exceptii.(ex. prostanglandinele care desi sunt mediatori chimici locali hidrofobi se

ataseaza la receptorii de suprafata celulare a celulei tinta si functioneaza ca intermediari in

raspunsurile rapide si de scurta durata.

Degradarea, recuperarea sau imobilizarea mediatorilor chimici locali ce se ataseaza numeroase

tipuri de molecule care intervin in comunicarea paraclina, actioneaza doar in vecinatatea imediata a

celulelor care le secreta.Acesti mediatori chimici locali sunt atat de repede absorbiti de celule sau distrusi de enzimele

extracelulare, ori imobilizati in matricea extracelulara , astfel incat ei nu ajung in sange in general in

cantitati semnificative. Anumite celule sunt specializate in comunicarea paraclina.(ex. mastocitele

secreta in general histamina care este un derivat al histidinei). Aceste celule situate in tesutul conjunctiv

inmagazineaza histamina in veziculele secretorii mari si o eliberaza rapid prin exocitoza atunci cand sunt

stimulate de aparitia unor leziuni, infectii locale, reactii imunologice.

Histamina secretata determina o dilatatie a capilarelor locale care devin mai permeabile,

facilizand acesul in regiunile amintite a proteinelor serice cum ar fi anticorpii sau componente ale

sistemului complement precum si a globulelor albe ±fagocitare.

Mastocitele elibereaza de asemenea 2 tipuri de tetrapeptide, care atrag la nivelul situsului de

eliberare a globulelor albe euzenifilelor. Euzenofilele contin un ansamblu de enzime, care contribuie la

inactivarea histaminei si a altor mediatori chimici eliberati de mastocite putant astfel incetini

raspunsul produs de mastocite.

Anumiti mediatori chimici locali sunt mai degraba imobilizati rapid decat degradati, dupa ce au

fost secretati.(ex. fibromielina proteoglicanii si alte macromolecule ale matricei celulare). Aceste

molecule odata secretate pot fi considerate ca un tip particular de mediator locali determinand o

modificare a comportamentului celulei vecine. Spre deosebire de alti mediatori ch. locali acestia se

asambleaza in spatiile extracelulare determinant retele insolubile de mari dimensiuni.In consecinta acesti

mediatori sunt imobilizati in apropierea situsurilor de reproducere astfel incat efectele lor desi locale

persista in timp.

Matricea extracelulara poate sa fixeze si moleculele informationale solubile imobilizandu-le pentru caele sa poata actiona numai intr -un loc precis.(ex. factorul de crestere a fibroblastelor FGF este o preoteina

de mici dimensiuni care stimuleaza diviziunea unei largi varietati de celule).

In conditiile de cultura FGF (factorul de crestere a fibroblastelor) se leaga puternic la un proteoglican

matricial ceea ce duce la ideea unui comportament similar al celulelor si la nivelul tesuturilor in vivo.

In toate tesuturile mamaliene celulele produc si elibereaza continuu prostanglandine. Desi majoritatea

receptorilor chimici locali sunt secretati de celulele specializate exista unii mediatori cu origine mai

generala. Este cazul prostaglandinelor care reprezinta o familie de derivati ai acizilor grasi, care sunt




7

produse de celulele tuturor tesuturilor mamifere. Prostaglandinele si alti compusi ca tromboxanii,

leucotrienele, hipoxinele sunt molecule inrudite chimic cu rol informativ fiind numite eicosanoide. Ele

provin din ac arahidonic care rezulta la randul sau din hidroliza fosfolipidelor membranare sub actiunea

fosfolipazelor.

Odata eliberate in mediu extracelular prostaglandinele sunt degradate in mod continuu de

diferite enzime. Exista cel putin 16 prostaglandine diferite, care sunt grupate in 9 clase.PGA«PGI ce

produc o multitudine de efecte biologice in urma atasarii la receptori specifici ai membranelor celulelor

tinta. Contrar majoritatea moleculelor informationale prostaglandinelor nu se stocheaza ci sunt eliberate

continuu la exteriorul celulelor imediat dupa sinteza lor.

Cu toate acestea, atunci cand celulele sunt activate in urma unor leziuni tisulare sau prin diferite

semnale chimice viteza de sinteza a lor creste. Aceasta crestere a concentratiei locale de

prostaglandine actioneaza atat asupra celulelor producatoare cat si asupra celulelor vecine.

Stimularea autocrina produsa ca efect la actiunea unui semnal chimic poate constitui un mecanism de

amplificare si/sau de prelungire a raspunsului la actiunea unui stimul initial.

De asemenea acest proces poate reprezenta si un mecanism de difuzie a raspunsului intr -o populatie

locala de celule inrudite.Prostaglandinelor li se atribuie un nr. important de actiuni biologice:

-produc contractia muschilor netezi;

-agregarea plachetelor sangvine;

-reactii inflamatorii.

(ex. unele prostaglandine produse in cantitate mare de mucoasa uterina in timpul travaliului

par a juca un rol important in stimularea contractiei fibrei musculare netede ale uterului.Ca

rezultat aceste prostaglandine sunt utilizate pe scara larga pentru provocarea de avorturi

controlate.

Unele medicamente (ex. aspirina) inhiba snteza de prostaglandine la nivelul regiunilor cu inflamatii.

Semnalizarea chimica mediata de receptorii intracelulari

Nr. de procese fiziologice si mecanisme ale dezvoltarii dintr -o larga varietate de organisme sunt

reglate de un nr. relativ redus de hormoni steroizi , care sunt derivati ai colesterolului. Avand o

greutate moleculara de aprox. 300D aceste molecule hidrofobe traverseaza membrana plasmatica

prin difuzie simpla. In interiorul celulei tinta fiecare tip de hormon steroid se fixeaza puternic dar

reversebil pe un receptor proteic complementar.

Fixarea hormonului determina o modificare alosterica a conformatiei receptorului proteic =>

activarea receptorului, care creste afinitatea acestuia pentru AND celular determina legarea la

diferitele gene specifice din nucleu. In felul acesta este posibila reglarea transcriptiei genei respective. Hormonii tiroidieni actioneaza la fel, cuplandu-se cu receptorii proteici inruditi cu cei pentru

hormonii steroizi. Receptorii activati ai hormonilor steroizi regleaza transcriptia genelor fixandu-se

pe segmente specifice de AND. O celula tinta caracteristica contine 10000 de receptori pentru

hormonii steroizi , fiecare dintre acestia fixand reversibil o molecula specifica de hormon cu o afinitate

puternica.

Din moment ce acesti receptori reprezinta mai putin de 0,01% din masa totala a proteinelor

celulare, ei au fost purificati si caracterizati extrem de diferiti. Totui secventele de AND codante pentru




8

mai multe tipuri de receptori ai H. steroizi la vertebrate au fost clonate iar segventele lor au fost

determinate .S-a constatat ca aceste secvente codeaza receptorii preoteici f inruditi ca structura.

In general catena polipentidica a acestora formata din aprox. 800 aa. Este formata din cel putin

3 domenii diferite:

-domeniul carboxi terminal , (se ataseaza hormonul);

-domeniul median care recunoaste si se ataseaza la AND;

-domeniul amino terminal care este responsabil de activarea transcriptiei genelor specifice.

Anumite tipuri de receptori ai h. steroizi sunt localizati in citosol , in stare inactiva, neasociati cu

ligantul lor caracteristic, iar altii in nucleu. In ambele cazuri fixarea hormonului specific creste afinitatea

receptorului pt. AND permitandu-i acestuia sa se cupleze strans cu secventele nucleotidice ale genelor pe

core hormonul respectiv le regleaza functional.

Legarea hormon receptor, activeaza de obicei dar uneori chiar inhiba transcriptia genelor

specifice. Legarea receptorilor activati ai hormonului steroid la genele specifice a putut fi demonstrata f

tarziu (anii ¶90). Aceasta demonstratie a depins de utilizarea tehnologiei AND recombinant prin

intermediul careia punandu-se la dispozitie mari cantitati de secvente specifice de AND s-a permis

clonarea genelor reglate de h steroizi.De asemenea a fost necesara purificarea receptorilor implicati care a constituit o activitate dificila si

de lunga durata. Daca au fost purificati s-a putut stabili cu precizie in vitro harta secventelor de AND

implicate in legarea receptorilor la o gena prin tehnica amprentelor de AND. Aceasta tehnica se bazeaza

pe faptul ca legarea receptorului la AND protejeaza un anumit numar de secvente nucleotidice specifice

de degradare in timpul digestiei menajate a AND-ului cu diferite nucleaze sau alti compusi chimici.

Atunci cand aceste segvente de recunoastere sunt eliminate dintr -o gena h. steroid caracteristic devine

incapabil sa activeze transcriptia genei. In plus atunci cand un fragment scurt de AND ce combina

segventa de recunoastere pentru h. steroid este fuzionat cu o alta gena ( gena raportare ) constructul

obtinut fiind apoi transfectat in celulele care prezinta receptori specifici hormonului steroid corespunzator

determinand transcriptia genei raportoare.

Toate aceste experimente arata ca in vitro actiunea receptorilor din celule se exercita prin intermediul

segventelor de AND recunoscute de receptorii activati ai h. steroizi. Intr -o gena sensibila la actiunea h.

steroizi exista mai multe grupe de segvente de recunoastere dispuse in regiuni adiacente situate in amonte

(inainte) si uneori in aval fata de gena codanta, dar si in alte regiuni ale genei.

Tinand cont de omologia de structura care apare in diferiti receptori pentru h. steroizi nu este

surprinzator faptul ca si secventele de recunoastere din diferite gene la care ei se cupleaza sunt inrudite.In

celulele tinta doar un numar mic de gene sunt influentate direct de actiunea h. steroizi.

Ex. La 30 de minute de la expunerea hepatocitelor de sobolan la actiunea cortizolului se observa ca

doar 6 proteine din cele aprox. 1000 ce pot fi decelate prin electroforeza bidimensionala in gel au crescut

cantitativ, iar o singura proteina a diminuat.

Efectul este insa reversibil, viteza de sinteza a acestor proteine revenind la normal, atunci candhormonul e indepartat. Stiind ca doar aprox. 10 % dintre proteinele celulare pot fi decelate pe acest tip de

geluri este probabil ca legarea cortizolului la cei 10 mii de receptori specifici ai unui hepatocit sa nu

modifice direct decat transcriptia a 50 de gene adica mult mai putin decat s-ar putea crede, tinand cont de

un nr. de situsuri de legare, adica secvente de recunoastere din AND pt receptorii cortizolului.

Acest fenomen s-ar explica prin majoritatea receptorilor activati se ataseaza la AND in regiuni care

nu raspund la existenta lor.




9

Sa aratat ca situsurile de recunoastere din AND asociate cu genele sensibile la actiunea h. steroizi

functioneaza ca activatori ai transcriptiei receptor dependenti ce pot stimula acest proces, chiar atunci

cand sunt situati la o distanta egala cu mii de nucleotide fata de promotorul la nivelul caruia se initiaza

sinteza de ARNm.

H. steroizi induc raspunsul primar cat si raspunsui secundare. In numeroase cazuri raspunsul

la un hormon steroid se desfasoara in 2 etape:

-inducerea directa a transcriptiei catorva gene, eveniment care constituie raspunsul primar;

- produsi acestor gene pot activa alte gene determinand un raspuns secundar tardiv.In acest mod o

simpla stimulare hormonala poate provoca o schimbare complexa a expresiei genelor.

Ex. cercetarile facute pe Drosophila. La 5-10 min dupa injectare cu ecdison (ectisol), 6 situsuri noi de

sinteza ale ARN sunt induse in cromozomii politenici gigantici ai glandelor salivare ale mustei, situsuri ce

apar ca noduli.

Dupa ceva timp proteinele sintetizate in timpul raspunsului primar determina aproximativ 100 situsuri

suplimentare de sinteza ale ARNm determinand producerea unui grup important de noi proteine specifice

raspunsului secundar.1 sau mai multe tipuri de proteine din grupul primar exercita un control negativ

asupra transcriptiei inhiband actvitatea tuturor genelor responsabile de raspunsul primar. Similar acestuicaz este posibil ca mecanismele omoloage sa realizeze o aplificare si un control in numeroase raspunsuri

hormonale care au loc la mamifere.

Receptorii intracelulari.

Hormonii steroizi regleaza gene diferite in diferite celule tinta. Raspunsurile la actiunea hormonilor

steroizi care sunt similare in general si la ceilalti hormoni depind atat de natura hormonilor respectivi cat

si de celule tinta asupra carora actioneaza hormonii:

-fiecare tip de celula receptoare are receptori diferiti pentru acelasi hormon

-receptorii sunt identici dar genele pe care ei le activeaza sunt diferite. Aceasta din urma explicatie

pare a fi cea mai buna. Ea a fost testata in 2 moduri diferite: prin experimente de genetica moleculara care

au aratat ca receptorii pentru estradiol, cortizon si progesteron sunt codati de aceeasi gena. Prin studiul

indivizilor,mutantii la mamifere ai caror receptori pentru hormonii steroizi sunt anormali. Se stie ca toate

mamiferele vor dezvolta caractere sexuale feminine, daca nu sunt expuse la actiunea testosteronului in

cursul dezvoltarii embrionare. Indivizii mutanti care apar sunt masculi din punct de vedere genetic, au

testicule normale care secreta testosteron dar tesuturile lor nu raspund la actiunea acestui hormon. Ca

urmare ei vor dezvolta caractere sexuale in timp ce testiculele lor vor ramane cantonate in abdomen,

necoborand in punga scrotala.

Acest sindrom numit Testicul feminizant a fost observat la soareci ,sobolani ,bovine dar si la om.

Desi in toate aceste cazuri numai gena care codeaza receptorii pentru testosteron este anormala toate

celulele in mod normal sunt influentate de actiunea testosteronului vor fi afectate.

De ce acelasi receptor pentru testoteron afecteaza diferite tipuri de gene in diferite tipuri celulare?Activarea transcriptiei unei gene la eucariote necesita legarea la aceasta a mai multor tipuri de

proteine de reglare sau mai mult decat un singur tip. Prin urmare un receptor pentru un hormon steroid nu

poate activa o gena decat prin intermediul unei combinatii corespunzatoare de proteine/factori de reglare.

Unele dintre proteine sunt specifice unui anumit tip celular dat. In concluzie se poate afirma ca un

hormon steroid induce un ansamblu de impulsuri caracteristice deoarece:

-numai anumite tipuri de celule poseda receptori specifici pentru acesti hormoni;




10

-fiecare dintre aceste tipuri de celule poseda o combinatie diferita dar specifica de proteine de reglare

care interactioneaza cu receptorul activat pentru transcriptia unui grup specific de gene.

Semnalizarea prin intermediul receptorilor de suprafata

I ntroducere

Cele mai multe,daca nu toate,celulele animale au capacitatea de autodistrugere prin activarea

unui proces de sinucidere atunci cand sunt lezate sau prezenta lor nu mai este necesara.Desfasurarea

acestui proces este asociata cu modificari mofologice si biochimice distincte si procesul a fost numit

apoptoza.

Apoptoza(APPT) sau moartea celulara programata este unul din fenomele fiziologice cele mai

studiate in prezent iar abordarea ei se face prin diferite metode de investigatie.Denumirea de apoptoza a

fost data de Kerr si vine de la cuvantul grecesc ³apoptosis´ care inseamna caderea petalelor florilor sau a

frunzelor din pomi.

Apoptoza spre deosebire de necroza,afecteaza o singura celula sau grupuri mici de celule izolatesi este un proces asincron.Moartea celulelor prin apoptoza este caracterizata printr -un proces de

autodigestie controlata a celulelor.celulele supuse APPT isi mentin integritatea membranei plasmatice.ele

se separa intr -o faza finala in fragmente mici ,delimitate de membrane denumite corpi apoptotici si care

sunt ulterior fagocitate de macrofage.eliminarea celulelor moarte se face fara inducerea unui raspuns

inflamator.

Modulatorii ai apoptozei

Apoptoza este un proces care decurge foarte ordonat si este reglat prin mecanisme fine.

Stimulii care induc APPT sunt diversi si includ:

- Semnale fiziologice normale cum ar fi hormonii care produc eliminarea celulelor in timpul

diferentierii sau involutiei tesuturilor si organelor.

- Eliminarea factorilor care inhiba APPT sau a unor componenti extracelulari importanti.ex:

factori de P

- Actiunea unor stimuli toxici in doze mici: medicamente citotoxice, hipertermia, hipoxia in

grad redus

Desfasurarea APPT cuprinde:

-etapa de activare -diferite semnale tanatogene se transmit pe cai multiple de semnalizare catre

punctul de control central al APPT si il activeaza

-etapa de executie -in urma activarii mecanismului apoptotic actioneaza asupra unor tinte

celulare multiple-etapa de distrugere -celula moarta sau pe moarte este dezintegrata

Caspaza 3 ocupa un rol central in procesul apoptotic fiind activata intr ± o faza initiala. Forma

activa este prezenta numai in celulele in care are loc APPT.

Caspaza-3 activa diveaza proteolitic si activeaza alte caspaze ,precum si alte tinte citoplasmatice

si nucleare.

Reglarea prin calciu




11

Ca intracelular functioneaza ca un mesager secund, multe procese metabolice fiind mediate de

modificari ale concentratiei de calciu citosolic, prin reglarea influxului de calciu extracelular sau a

eliberarii calciului din depozitele intracelulare.

Cresterea influxului de calciu extracelular si modificarea compartimentalizarii calciului

intracelular sunt implicate si in reglarea APPT. O crestere smnificativa a calciului intracelular a fost

evidentiata si in procesul apoptotic indus in timocite prin actiunea glucocorticoizilor . APPt neuronilor

indusa prin stimularea receptorilor pentru glutamat este mediata tot prin calciu. Se stie ca

majoritatea receptorilor car mediaza actiunea exicitatoare a glutamatului in creier sunt canale cationice

activate de ligand .

Unele toxine chimice pot promova apoptoza prin perturbarea homeostaziei calciului intracelular

ducand la o crestere nefioziologica a calciului care va activa endunucleazele. Ca este implicat in

reglarea procesului apoptotic prin:

-activarea endonucleazelor endogene care par a fi calciu dependente in cele mai multe,daca

nu in toate celulele

-activarea transcriptionala a genelor care codifica receptorii de membrana ai apoptozei :FAS

si liganzii sai ,care participa la un loop de sinucideri autocrina in celulele T mature active. -activarea serinproteazelor nucleare calciudependente

-activarea calcineurinei,fosfataza ,Ca,/calmodulin dependenta

S emnalizarea prin intermediul receptorilor de suprafata

Toate moleculele informationale hidrofile(neurotransmitatori,hormoni proteici,factori de crestere)

se fixeaza pe receptorii proteici specifici de pe suprafata celulei tinta asupra carora acestia actioneaza.

Acesti receptori fixeaza moleculele informationale (ligantul) cu rapiditate puternica si convertesc

stimularea extracelulara intr -un semnal intracelular care modifica comportamentul celulei.

Numarul de receptori de suprafata pentru un ligant dat poate varia intre 500 si 10000

molecule per celula. Acesti receptori avand fie disfunctie difuza fie localizata, concentrata in anumite

regiuni particulare ale plasmalimei. spre deosebire de cei intracelulari cu hormonii steroizi-steroidieni

,receptorii de la suprafata celulara nu controleaza direct expresia genelor.ei transmit semnalul prin

plasmalema si influenteaza evenimentele moleculare din citosol/nucleu prin generarea de noi semnale

intracelulare rezultand transductie intracelulara a semnalelor extracelulare.

Majoritatea hormonilor si a mediatorilor chimici locali controleaza concentratia citostatica a

AMP-ului ciclic prin activarea sau inhibarea adenilil ciclazei si nu a fosfodiesterazei.Desi la bacterii

receptorii si adenil ciclaza actioneaza direct .M. cel. Animale cuplarea se face indirect prin proteina Gs

(stimulatoare).

Pentru a transmite semnalul de la receptori la ciclaza proteina Gs trebuie sa sufere o schimbarestructural-conformationala, dupa receptarea uniu semnal specific.Cand Gs este activata de complexul

hormon-receptor, ea se leaga simultan cu o molecula de GTP si o poate modifica molecula adenil ciclazei,

activand-o astfel.

Hidroliza GTP in GDP sub actiunea unei subunitati a Gs stopeaza activitatea acestei enzime si in

final a ciclazei.AMPc isi exercita efectele in celula animala prin activarea unei enzime=protein kinaza

AMPc dependenta (kinaza A). Aceasta enzima catalizeaza transferul unui grup fosfat de la ATP la un

reziduu de serina sau treonina a unui mic grup de proteine celulare.




12

Ex. prin fixarea adrenalinei pe receptorul beta adrenelgici din celula musculara creste cantitatea

de AMPc din citosol prin activarea adenil ciclazei. AMPc va reactiva kinaza A care fosforileaza enzima

fosforil-kinaza, la randul ei aceasta fosforileaza glicogen-fosforilaza determinand glicoliza glicogenului.

In unele celule animale concentratia crescuta de AMCc activeaza transcrierea unor gene specifice.

ex.celulele neuroendocrine ale hipotalamusului vor secreta somatostatina, in conditiile activarii genelor

acestuihormon de catre AMPc.

In majoritatea celulelor animale functioneaza si GMPc ca mediator intracelular secundar. GMPc

activeaza o protein kinaza specifica,s.n. kinaza G. ce fosforileaza o serie de proteine in celulele

tinta.Guanil ciclaza care catalizeaza form. GMP din GTP este o enzima insolubila nefiid cuplata cu

receptorii de suprafata celulari.

Transductia prin ionii de Ca

Concentratia ionilor de calciu liberi din citosol este in general redusa aproximativ 10 la -7M, M

comparativ cu concetratile acestui .. in «. Extracelulare si in compartimentele intracelulare , unde se

stocheaza calciu.

Atunci cand un semnal deschide canalele de Ca, ionii de Ca se precipita in citosol crescand concentratia

locala a acestuia si activand astfel mecanismele intracelulare sensibil la acest ion.Deoarece concentratiacitosolica a Ca trebuie sa ramana insa scazuta in continuare, un mecanism diferit intervin si colaboreaza:

-ATP-aza Ca dependenta din plasmalema care pompeaza ionii de Ca din celula in mediu celular.

-un sistem antiport cu sodiu , deasemenea localizat in plasmalema care elimina in permanent Ca

in mediu extracelular. In celulele musculare si nervos .

-o pompa de Ca-ATP- dependenta din membrana principalului compartiment intracelular de

stocare a Ca de tip R.E- calc-sechestina.

- pompa de calciu mitocondriala din membrana inferioara a mitocondriilor oase indeparteaza Ca

din citosol il duce in mitocondrii ce functioneaza cand celula e lezata.

Ca se poate lega la diferite molecule receptoare intracelulare, initiind o cale de transductie in

citoplasma.Ionii de calciu actioneaza ca mesageri intracelulari secundari mediind o larga varietate de

raspunsuri celulare (inclusiv secretia si proliferarea celulara).Exista 2 cai de crestere a concentratiei

citosolice a Ca sub actiunea semnalelor extracelulare:

1. In celulele nervoase depolarizarea membranei plasmatice produce un puternic influx de Ca in

terminatiile axonilor, fenomen care initiaza secretia Ns.

2. In majoritatea celulelor, lgarea unor semnale chimice extracelulare la receptorii de membrana

determinand eliberarea Ca din compartimentul de retentie intracitoplasmatic.(R.E.).

Cuplarea evenimentelor extracelulare cu deschiderea canalelor de Ca din acest compartiment se

face printr -un alt mesager intracelular situat in amontele caii= inozitol trifosfat IP3. IP3rezulta din

hidroliza fofolipidelor care contin inozitol = inozitolfofolipide/fosfoinozitide, prezente in monostratul

interlipidic al plasmalemei.Fosfoinozitidele cele mai importante in transductia semnalelor sunt derivati inozil ai fosfatidil

inozitol.Fosfatul (PIP) fosfatidilinozitol 4-5 (PIP2) in productia de inozitol trifosfat hidroliza PIP2

este cea mai importanta.Fixarea sem. extracelulare pe un receptor specific din plasmalema activeaza o

preoteina G specifica (Gp) care activeaza fosfolipaza C.

Aceasta enzima cliveaza PIP si PIP2 rezultand 2 produsi(inozitol trifosfatul si diacil glicerolul).In

aceasta faza calea de transductii a semnalelor se imparte in 2 directii:




13

-IP3 fiind o molecula mica hidrosolubila elibereaza Ca din compartimentul intracelular de

retentie(RE).

Aceasta actiune poate fi explicata prin cuplarea moleculei IP3 cu un receptor proteic din

membrana RE care deschide Ca, este expulzat din RE.

-diacilglicerolul indeplineste 2 roluri in transmiterea semnalelor.Poate fi clivat in ac. Arahidonic

sau poate activa o protein kinaza specifica care ulterior poate fosforila un anumit numar de proteine

cu functii diferite in celula.

Aceasta kinaza= kinaza C este Ca dependenta, si in nr. celule este activata prin efectul cooperativ

a diacilglicerolului si a concentratiei de Ca care la randul ei este crescuta in urma actiunii IP3.Kinaza

C transfera gruparea fosfatterminala a ATP-ului pe reziduu de serina din proteinele tinta specifice,

care variaza in functie de tipul celular.Rolul Ca se exercita prin atasarea acestui ioan la o serie de

proteine specifice.

e.x. Calmodulina (leaga Ca). A fost gasita in toate celulele animale si vegetale.Ea functioneaza ca

un receptor intrapolialent de Ca indeplinind un rol in maj. Proceselor reglate de acest ion. Ca produce

o activare alosteica a calmodulinei in urma atasarii sale.Complexul Ca -calmodulina odata activat

actioneaza asupra nr. proteine tinta intracelulare ca (protein kinazele Ca- calmodulin dependente= Cakinazele. Aceste proteine actioneaza atat ca enzime cat si ca proteine de membrana cu rol transportor.

Spre deosebire de sistemele directe de transmitere a semnalelor, la care participa h. steroizi,

cascadele cetalitice de mediatori intracelulari, ofera posibilitati multiple de amplificare si reglare a

raspunsurilor la semnalele extrcelulare.Atunci cand un ligant activeaza indirect adenilin ciclazain

urma fixarii pe un receptor membranar specific, fiecare molecula de ciclaza activata poate sa

converteasca un nr mare de molecule de ATP in AMPc.

Astfel o concentratie de 10la -9M a semnalului extracelular induce concentratie s de 10 la -6M a

mesagerului secundar intracelular (AMPc).

In continuare prin acest efect de amplificare, o singura molecula informationala extracelulara

provoaca modificari a milioane de molecule tinta din celulele receptoare.In plus fiecare proteina

reglatoare din cadrul acestei secvente de semnal poate fi o tinta distincta pentru controlul

metabolic.ex. cascada de degradare a glicogenului in celulele musculare scheletice.

Protein ±tirozin- kinazele induc reactii de fosforilare in cascada.

Receptorii pentru factorii de crestere au primit acest nume in functie de natura liganzilor lor care

de regula sunt polipeptide mici.Acestea sunt in mod curent factori de crestere, dar mai propriu

denumirea lor =citokina, care stimuleaza cresterea si dezvoltarea anumitor tipuri de celule.Factorii de

crestere exercita numeroase efecte asupra celulelor tinta:

-Modificarea importului intracelular a unor molecule de mici dimensiuni.

-initierea/stimularea desfasurarii ciclului celular.

-controlul diviziunii celulare.In mod obisnuit acesti liganzi sunt secretati de anumite celule si actioneaza asupra receptorilor

alter celule tinta.Dintre citochinele secretate de diferite celule sunt:

-EGF(epiderma growth factor)-factorul de crestere al celulelor epidermice

-PDGF( plateled derived growth factor)-factor de crestere derivat din plachetele sangvine

-insulina.

Exista si cazuri in care liganzii in loc sa fie secretati iau forma componentelor matricei

extracelulare sau a proteinelor membr. situate la suprafata altor celule decat cele careiau secretat.

Documents

Mecanisme Moleculare Ale Semnalizarii Celulare