Controllo della proliferazione cellulare

Ora analizziamo la VIA DEI RECETTORI ASSOCIATI A TIROSIN CINASI: questi recettori si servono di un meccanismo essenziale, infatti sono recettori citochinici che si trovano legati a enzimi tirosin chinasi della famiglia JAK, quindi mancano di per sé di un dominio catalitico in quanto per funzionare si devono associare ad un enzima, e il tutto funziona perché le JAK sono libere nel citosol. In particolare questi recettori si suddividono nei recettori per le citochine di tipo 1 (alcune di esse sono l’eritropoietina, la trombopoietina, il G-CSF e l’interleuchina 2) e per le citochine di tipo 2 (l’interferone γ). Prendiamo ad esempio il recettore per l’interleuchina 2: questo possiede 3 subunità, ovvero α, β e γ (porzione comune a tutti i recettori cellulari di questo tipo), che per funzionare devono essere associate, e la subunità che trasduce è la subunità β (ad esempio per permettere la proliferazione dei linfociti T-helper). Quando una JAK si trova vicina ad un recettore è in grado di fosforilare delle tirosine sul dominio intercitoplasmatico della catena β (questo lo fa anche nei recettori per le citochine di tipo 2), e questo fa sì che si rendano riconoscibili delle sequenze consenso che vengono riconosciute dai domini SH2 delle proteine della famiglia STAT. A questo punto JAK, che è sempre legata al recettore, fosforila anche le tirosine di STAT e ne provoca così il distacco dalla catena β, così STAT torna ad essere una proteina citosolica e incontra un’altra STAT fosforilata, con la quale è in grado di dimerizzare, perché avendo anch’essa delle tirosine fosforilate ha delle sequenze esattamente uguali a quelle che si erano create sul recettore. L’omodimero STAT-STAT è in grado di funzionare da fattore di trascrizione, quindi entra nel nucleo e si va a legare sulle specifiche sequenze consenso dei geni di risposta primaria. Anche in questo caso lo stimolo promosso è la proliferazione cellulare. Ovviamente le JAK esercita la sua funzione chinasica su tutte le tirosine della porzione intracitoplasmatica del recettore, e quindi può avvenire che si creino delle sequenze consenso per GRB2 o per SHC, o ancora per PLC-γ, il che ci riporta alla via mitogenica classica, o comunque a vie sinergiche per la pathway proliferativa. Inoltre dobbiamo considerare che sia le JAK che le STAT sono proteine multigeniche, cioè esistono varie isoforme nel citoplasma, e ciò permette di potenziare la mitogenesi.

Questa pathway è molto importante perché, in seguito a mutazioni del gene di JAK (soprattutto avvengono per JAK 2), si inattiva il sito inibitorio della cinasi, che quindi funziona costituzionalmente, e si hanno delle sindromi mieloproliferative croniche, come la trombocitemia essenziale (predispone a trombi per l’aumento della concentrazione delle piastrine), la policitemia vera (predispone a trombi per l’aumento di concentrazione dei globuli rossi) e la mielofibrosi idiopatica. Infatti con le chinasi che lavorano incessantemente abbiamo un’attivazione costitutiva della pathway proliferativa sui precursori, cioè sui mieloblasti, sui megacarioblasti e sugli eritroblasti.

Le vie descritte in seguito hanno invece la caratteristica di essere più dirette, cioè non si formano lunghe filiere di proteine o cascate di fosforilazione come nella via mitogenica classica, ma abbiamo delle molecole citoplasmatiche che, per una qualche modificazione operata direttamente dalle proteine adattatrici, vanno nel nucleo e funzionano da fattori trascrizionali, e questi meccanismi di trasduzione del segnale sono riferiti alla PROLIFERAZIONE DELLE CELLULE STAMINALI ADULTE.

Nella VIA DI SEGNALAZIONE DI WNT, abbiamo che la proteina WNT, che è una molecola segnale, viene legata da un recettore di superficie che appartiene alla famiglia Frizzled, che sono proteine di membrana a sette passaggi transmembrana, e da un altro corecettore detto LRP. La proteina adattatrice all’interno della cellula è Dishevelled, ma i meccanismi di interazione con l’eterodimero Frizzled e LRP non sono ancora del tutto chiari. Fatto sta che Dishevelled regola la proteolisi della β-catenina, una proteina importante sia nelle adesioni cellula-cellula (si trova nelle giunzioni aderenti associata alle caderine e le collega al citoscheletro di actina) sia nella regolazione genica. In particolare abbiamo che la β-catenina, se si trova libera nel citoplasma in condizioni normali, viene rapidamente degradata ad opera di un complesso formato dall’enzima glicogeno sintasi cinasi 3β e dalle proteine APC e assina, che ne prevede la fosforilazione, ma se è presente DVL, che blocca le chinasi del complesso di degradazione, la β-catenina non viene distrutta e si accumula, entra nel nucleo e funge da coattivatore per specifici geni bersaglio, spostando l’inibitore Groucho. Fra i geni attivati dalla β-catenina il principale è c-MYC, che come sappiamo stimola la proliferazione cellulare, questo gene si ritrova infatti costitutivamente espresso in tumori che trovano mutata una proteina del complesso degradativo della β-catenina, che così è incapace di legarla anche in assenza dello stimolo di WNT.

Nella VIA DI SEGNALAZIONE DI NOTCH, vediamo che esso è un recettore proteico transmembrana che in una nicchia staminale può andare a legarsi su un ligando presente su un’altra cellula, andando a determinare un’adesione cellula-cellula. Questo meccanismo dipende dal contatto tra le cellule mediato da una proteina segnale, detta DELTA, che legandosi a NOTCH di una cellula vicina, gli segnala di non differenziarsi. Quando avviene questo aggancio, una proteasi cellulare taglia via la coda citoplasmatica del recettore NOTCH, che va nel nucleo, dove attiva la trascrizione di geni che codificano per degli inibitori che vanno appunto a funzionare sull’espressione di geni che codificano per il differenziamento cellulare.

Nella VIA DI SEGNALAZIONE DELLE PROTEINE HEDGEHOG (importante via di sviluppo che funziona anche a livello delle cellule somatiche, non solo a livello staminale), possiamo dire che quando HEDGEHOG si lega al suo recettore, PATCHED, questo trasduce un segnale all’interno della cellula che fa sì che avvenga il rilascio di un complesso multiproteico attaccato a livello dei microtubuli, che una volta nel nucleo attiva la trascrizione dei geni bersaglio di HEDGEHOG, spiazzando la proteina corepressore.

Ora analizziamo una VIA DI SEGNALAZIONE MEDIATA DALLE MOLECOLE DI ADESIONE, più precisamente legata ai recettori integrinici. Come già visto nelle lezioni precedenti questi recettori, detti anche semplicemente integrine, sono formati da una subunità α e da una subunità β e fanno parte di una famiglia di proteine multigeniche calcio-dipendenti e sono deputate principalmente all’adesione cellula-matrice, ma in alcuni casi anche all’adesione cellula-cellula. Tuttavia studi recenti hanno evidenziato anche un altro importante ruolo di queste molecole, che prevede una trasduzione del segnale al nucleo e quindi un cambiamento nell’espressione genica. In particolare abbiamo quindi due ruoli di questi recettori: la catena α, legando il calcio, attiva la catena β, che da un lato aggancia una laminina della matrice extracellulare, e dall’altro, attraverso varie proteine come ad esempio la talina e la vinculina, lega l’α-actinina e così i microfilamenti di actina. In questo modo in pratica la catena β collega la matrice extracellulare e il citoscheletro cellulare. La catena α, inoltre, possiede un dominio intracellulare in grado di legare tutta una serie di altre proteine, che in particolare sono sia serin-treonin-chinasi che tirosin-chinasi, si attiva così una cascata di fosforilazioni che porta all’attivazione dell’AKT, che va a dislocarsi nel nucleo dove può interferire con i programmi di motilità, sopravvivenza, proliferazione e differenziamento a seconda del tipo cellulare che consideriamo.

Per concludere il discorso sulle vie di trasduzione del segnale, diciamo che esistono quasi 3000 trasduttori diversi, l’insieme dei quali è detto INTERATTOMA, quindi definire l’interattoma di una certa via significa definire le interazioni tra le varie proteine. Ciò che sarebbe importante a questo proposito, e quindi ciò che la ricerca punta a definire, sono i nodi che tengono unite le vie principali, cioè le proteine che rappresentano i punti nodali delle diverse pathway. Infatti in ogni via abbiamo sia proteine che rifiniscono l’attività biologica sia proteine che la determinano, e quest’ultime sono quindi quelle responsabili del processo, quelle che potrebbero rappresentare il target di nuove terapie. Si prevedono dunque sempre quattro situazioni importanti in queste vie di trasduzione del segnale, in particolare abbiamo sempre un dominio extracellulare molto importante, dove troviamo un recettore sulla superficie della cellula, poi a seconda del tipo di cellula e della funzione abbiamo diversi interattomi citoplasmatici, che portano comunuqe un messaggio al nucleo per arrivare ad un’attiva trascrizione genica, con un espressione genica mirata rispetto al tipo di stimolo che riceve, ad esempio di proliferazione, di differenziamento, di apoptosi o di attivazione metabolica. Tutto funziona attraverso un meccanismo ON/OFF, in situazioni transienti che si susseguono una dopo l’altra, se infatti non riceve lo stimolo la cellula non porta all’attivazione della via di trasduzione del segnale, anche se questo meccanismo nelle cellule tumorali non funziona.