Receptorii epinefrinei declanseaza producerea AMPc

Receptorii epinefrinei declanseaza producerea AMPc

Intelegerea mecanismelor epinefrinei (si glucagonului) este datorata actiunii de pionierat ale lui E.Sutherland si col. La inceputul anilor 1950. Ei au aratat ca epinefrina stimuleaza activitatea glicogenfosforilazei care declanseaza biodegradarea glicogenului la glu-1P, reactia limitanta a conversiei glicogenului in glucoza. Sutherland si col. au identificat AMPc ca mesager intracelular produs ca raspuns la semnalul exogen al epinefrinei.

Fig.13 schematizeaza calea multietajata de la stimulul initial la cresterea glicemiei.

Complexul epinefrina - receptor b-adenergic

Actiunea epinefrinei incepe cu legarea hormonului de o proteina receptoare din membrana plasmatica a unei celule hormonosensitive, de ex. hepatocit sau miocit (Fig.14).

Fig. 14 Mecanismul de actiune al epinefrinei (adrenalinei)

Legarea este de tip necovalent cu o tarie similara celei a legarii efectorului alosteric. Locul de legare este stereospecific si complementar hormonului natural sau moleculelor cu structura tridimensionala similara (agonisti).

Legarea epinefrinei aparent determina o modificare conformationala a receptorului inclusiv partea care strabate spre fata citosolica a biomembranei. Acest prim stadiu al actiunii hormonale este comparabil cu efectul alosteric al efectorilor enzimatici asupra enzimelor alosterice. Modificarea structurala a domeniului intracelular al receptorului permite interactia cu o a doua proteina in calea transductiei de semnal, o proteina care leaga GTP.

Proteina de legare a GTP si adenilat ciclaza (AC)

Urmatorul element in calea transductiei de semnal este o proteina, denumita proteina stimulatoare G sau Gs, localizata pe fata citosolica a membranei plasmatice. (Denumirea ii vine de la faptul ca atunci cand leaga GTP ea produce AMPc prin stimularea AC, o enzima asociata membranei plasmatice). Gs este alcatuita din trei subunitati polipeptidice: a b si g. Ea poate exista in doua forme in raport cu AC: activa atunci cand este lagata de GTP si inactiva cand este legata de GDP. Legarea epinefrinei de receptor catalizeaza detasarea GDP si legarea GTP, realizand activarea. (Fig.14 (2))

Concomitent cu aceste evenimente subunitatile b si g disociaza de subunitatea a. Gsa-GTP se deplaseaza apoi in planul membranei de la receptor la molecula de AC cea mai apropiata (3).

Adenilat ciclaza (AC)

AC este o proteina integrala a membranei plasmatice cu situsul activ pe fata citosolica (4). Asocierea Gsa-GTP cu AC converteste AC in forma sa activa si transforma ATP la AMPc, crescand concentratia citosolica a celui de al 2-lea mesager. Activitatea Gsa este de scurta durata, ea disociaza de GTP si se leaga de GDP, devenind inactiva. AC inceteaza activitatea ei catalitica. Gsa-GTP se reasociaza cu subunitatile b si g si redevine apta de interactiune cu complexul receptor-hormon.

Semnalul de transductie pana la AC implica o secventa in doua trepte care amplifica semnalul hormonal initial. In primul rand, o molecula de hormon legata de re-ceptor activeaza catalitic cateva molecule de Gs. In al doilea rand, prin activarea unei molecule de AC, o molecula activa Gsa determina producerea sintezei catalitice a mai multor molecule de AMPc. Efectul net al acestei cascade este amplificarea foarte semnificativa a semnalului hormonal, ceea ce inseamna un necesar redus de concentratie a hormonului.

AMPc, mesagerul secund in acest sistem are o existenta pasagera; el este rapid degradat la AMP de catre ciclic nucleotid fosfodiesteraza (7), care nu este activ ca mesager secund. Semnalul intracelular persisita, de aceea, atata timp cat receptorul hormonal ramane ocupat de epinefrina. Metilxantinele (teofilina,cafeina si teobromina) inhiba fosfodiesteraza, potentand actiunea agentilor care actioneaza prin AC. Din aceasta cauza, ceaiul, cafeaua si cacaua sunt hiperglicemiante si nu sunt recomandabile diabeticilor

Proteinkinaza AMPc-dependenta

Am vazut deja ca unul din efectele epinefrinei este activarea glicogen fosforilazei b. Aceasta se realizeaza prin intermediul fosforilaza-b-kinazei care catalizeaza fosforilarea a doua resturi de serina din fosforilaza b care devine fosforilaza a

AMPc nu influenteaza direct fosforilaza b kinaza. El actioneaza asupra PK-AMPc dependenta sau P Kinaza A, prin interactii alosterice.

PKA - are 4 subunitati - 2 subunitati reglatoare (R) si doua catalitice (C). Complexul tetrameric R₂C₂ este inactiv catalitic. Legarea AMPc de subunitatile R disociaza cele patru subunitati si cele doua subunitati C devin active catalitic, catalizand reactia de fosforilare

AMPc actioneaza ca mesager secund pentru mai multe molecule reglatoare

Epinefrina este doar unul dintre hormonii, factorii de crestere si alte entitati reglatoare care actioneaza prin modificarea concentratiei intracelulare a AMPc si respectiv a proteinkinazei A

Glucagonul se leaga de propriul sau receptor in membrana plasmatica a adipocitelor activand, prin intermediul Gs/AC. PKA stimulata de cresterea concentratiei AMPc fosforileaza si astfel activeaza TAG- lipaza (hormonosensibila) conducand la mobilizarea AGL.

ACTH - hormon anterohipofizar - se leaga de receptori specifici in corticala suprarenalei, activeaza AC si creste concentratia plasmatica a AMPc. PKA fosforileaza si activeaza cateva enzime necesare sintezei cortizonului si a altor hormoni steroizi.

Anumiti hormoni steroizi actioneaza prin inhibitia AC scazand astfel concentratia AMPc si reducand fosforilarea proteica. Cand somatostatina, de ex, se leaga de receptorul specific, o proteina inhibatoare (Gi) este activata. Gi - un omolog al Gs- inhiba AC si astfel scade concentratia AMPc. De aceea, somatostatina contrabalanseaza efectele glucagonului.

In tesutul adipos unele prostaglandine, de ex. PGE₁, inhiba AC, deci scad concentratia AMPc , reducand astfel mobilizarea rezervelor de lipide promovata de epinefrina si glucagon. In anumite alte tesuturi, dimpotriva, PGE₁ stimuleaza sinteza de AMPc deoarece receptorii ei sunt cuplati la AC prin intermediul unei proteine stimulatoare Gs. In tesuturile care contin receptori a adenergici epinefrina scade concentratia AMPc deoarece receptorii a sunt cuplati la AC prin intermediul unei proteine inhibitoare Gi.

In rezumat semnalul extracelular poate avea efecte diferite asupra unor tesuturi/celule in functie de: (1) tipul de receptor (2) tipul de proteina G (Gs sau Gi) cu care R este cuplat si (3) setul de enzime susceptibile de fosforilare de catre PKA in fiecare tip de celula.

GMPc actioneaza ca mesager secund

O alta nucleotida ciclica -GMPc - functioneaza ca mesager secund in anumite celule in epiteliul intestinal, endocard, endoteliul vascular, epiteliul tubilor uriniferi, creer.

Mesajul purtat de GMPc variaza in tesutul in care actioneaza: in rinichi si intestin determina modificari ale transportului ionic si retentiei de apa; in muschiul cardiac neted semnaleaza relaxarea; in encefal se pare ca influenteaza dezvoltarea (la tineret) si functiunea (la adult).

Cel putin doua izo(en)zime ale guanilatciclazei (GC) produc GMPc din GTP printr-o reactie analoga celei catalizate de AC.

GC

GTP +H2O = GMPc +PPi

(1) Una din izozime este o proteina integrala a membranei plasmatice cu domeniul receptorului hormonal pe fata externa si cel al formarii GMPc pe fata citosolica a membranei (Fig.15 )

La mamifere, aceasta GC este activata de legarea hormonului ANF (atrial natriuretic factor) care este eliberat de celulele atriale cand volumul sanguin dilata atriile. Purtat prin sange la rinichi, ANF activeaza GC in celulele tubilor colectori si cresterea consecutiva a GMPc stimuleaza cresterea excretiei renale a Na⁺ si implicit a apei. Pierderea de apa reduce volumul sanguin, reducand stimulul care initial a dus la secretia ANF. Muschiul neted vascular are de asemenea, un tandem GC - receptor ANF. In timpul legarii de receptor ANF realizeaza relaxarea vasculara (vasodilatatie), care reduce presiunea sanguina.Un tandem GC-receptor in membrana plasmatica a celulelor epiteliale intestinale este activat de o endotoxina bacteriana termostabila produsa de E. coli. Cresterea consecutiva a GMPc determina scaderea reabsorbtiei apei de catre epiteliul intestinal producand astfel diareea caracteristica actiunii toxinei.

O a doua, distinct diferita enzima (izozima) a GC e o proteina citosolica cu un grup prostetic ( hem) asociat. Aceasta e activata de protoxidul de azot (NO) si de alti vasodilatatori nitrici (Nitroglicerina, nitroprusiatul) utilizati in tratamentul insuficientei cardiace congestive cronice. Nitrovasodilatatorii se descompun spontan producand NO NO mai e produs din arginina de o Monooxigenaza Ca⁺² -dependenta- NO- sintetaza, prezenta in multe tesuturi animale.NO difuzeaza din celula de origine invecinate in care se leaga cu hemul GC activand-o pentru ca ea sa produca GMPc. In inima, GMPc determina o contractie mai slaba a miocardului prin stimularea pompei ionice de Na-K care mentine o concentratie citosolica mica a ionului de Ca. Aceasta relaxare a miocardului este similara raspunsului produs de nitroglicerina care diminueaza angina, durerea cauzata de contractia unei inimi hipoxice din cauza blocarii arterelor coronare.

NO e instabil si actiunea sa e pasagera; la cateva secunde de la formare, NO se transforma prin oxidare in nitrit/nitrat. Pentru ca este transformata incet in NO, nitroglicerina produce relaxare miocardica de durata.

Fig. 15 Cele doua tipuri de GC (izozime) implicate in transductia de semnal

Ca²⁺ este mesager secund in multe transductii de semnal

In celulele hormonosensitive cum sunt neuronii, celulele musculare s.a. care raspund la semnale extracelulare, Ca²⁺ serveste drept mesager secund pentru a declansa raspunsuri intracelulare.

Printre procesele declansate de Ca²⁺ mentionam apoptoza, exocitoza in nervi si celule endocrine si contractia in muschi. In mod normal concentratia calciului ionic citosolic este mentinuta la valori scazute (<10^-7 Mol) prin actiunea pompelor de Ca²⁺ din reticulul endoplasmic, mitocondrie si membrana plasmatica. Stimulii hormonali, neuronali si altii determina patrunderea Ca²⁺ in celule prin canalele specifice din membrana plasmatica sau eliberarea sa din reticulul endoplasmic sau mitocondrie unde este sechestrat, crescand astfel concentratia Ca²⁺ citosolic si declansand raspunsul celular.

Un mod in care Ca²⁺ declanseaza raspunsuri celulare este acela de a activa o serie de enzime Ca²⁺ dependente inclusiv o alta proteinkinaza.

Proteinkinaza(PK ) Ca²⁺- calmodulin dependenta

Calmodulina este o proteina acida cu M=17000, cu patru situri de afinitate pentru legarea Ca²⁺. Ea este un membru al unei familii care leaga Ca²⁺, cum ar fi troponina C care declanseaza contractiile muschiului scheletic ca raspuns la cresterea concentratiei Ca²⁺. Cand concentratia Ca²⁺ creste peste 10^-6 Mol (1mM), legarea Ca²⁺ determina o modificare conformationala a calmodulinei. In forma sa legata cu Ca²⁺, calmodulina se asociaza cu o mare varietate de proteine carora le moduleaza activitatile (de aici si numele ei).

O izo(en)zima a ciclic-nucleotid-fosfodiesterazei care degradeaza AMPc este o enzima Ca²⁺/calmodulin-dependenta.Influenta unui mesager secund (Ca²⁺) asupra concentratiei unui al 2-lea (AMPc) este tipica pentru multe sisteme de transductie, producand o complexitate de semnale, ale caror semnificatie este incomplet cunoscuta.