Ormoni Stereoidei

A seconda del tipo di ormone che prendiamo in considerazione abbiamo un recettore che si può trovare in varie parti della cellula.
Il recettore si può trovare sulla membrana plasmatica se l’ormone è peptidico o derivante da aminoacidi, come le catecolammine, oppure può trovarsi dentro la cellula se l’ormone è di natura lipofila. Questi recettori intracellulari possono essere citoplasmatici o nucleari (alcuni testi segnalano la prevalenze dei primi sui secondi o viceversa), tuttavia alla fine il complesso ormone-recettore attivato va ad agire a livello del nucleo, dal quale successivamente parte la risposta della cellula.

I recettori presenti nel citoplasma sembra che appartengano a glucocorticoidi e mineralcorticoidi, mentre quelli presenti nel nucleo sono in genere ormoni sessuali, ormoni per la vitamina D, per l’acido retinoico e gli ormoni della tiroide.

Gli ormoni steroidei derivano dalla struttura base del colesterolo, il quale subisce opportune modificazioni per trasformarsi nei vari ormoni. Tra i glucorticoidi c’è il cortisolo, tra i mineralcorticoidi c’è l’aldosterone, tra gli ormoni sessuali incontriamo progesterone, estradiolo e testosterone.

Gli ormoni steroidei seguono la loro azione a livello genico, quindi l’ormone entra nella cellula, forma un complesso attivo ormone-recettore, che gli permette di entrare nel nucleo, dove si va a legare a sequenze specifiche del DNA, precisamente nei promotori di quei geni che sono sotto il controllo degli ormoni steroidei. Se invece il recettore si trova nel nucleo, l’ormone vi entra e dopo aver formato il complesso ormone-recettore si va a legare al promotore, un sito di riconoscimento dell’ormone steroideo.

Una volta avvenuto il legame tra il complesso ormone-recettore e le sequenza sensibile del promotore viene attivata l’ RNA-polimerasi e si ha l’inizio della trascrizione dell’ RNA-messaggero corrispondente, questo migra nel citoplasma, dove si lega ad un ribosoma, determinando la traduzione dell’RNA messaggero, e quindi la formazione della proteina specifica, che può essere un enzima o proteina varie che rappresentano la risposta della cellula alla presenza dell’ormone.

La formazione del complesso ormone recettore può avvenire nel citoplasma se il recettore è intracitoplasmatico, oppure nel nucleo se il recettore si trova nel nucleo.

L’attivazione del complesso ormone-recettore consiste nel:

  • distacco di proteine estranee (non tutte sono conosciute), tra cui le HSP 70 e 90 (“heat shock protein”)
  • dimerizzazione dei due recettori
  • fosforilazione, che in alcuni casi rappresenta un fenomeno di desensibilizzazione della via, in altri casi invece un fenomeno di ulteriore attivazione del processo
  • traslocazione nel nucleo se si tratta di complessi citoplasmatici
  • legame al DNA
  • inizio della trascrizione

Il complesso ormone-recettore si lega a sequenze specifiche che, per quanto riguarda gli ormoni steroidei, si chiamano SRE (“steroid hormon responsive element”).

La regolazione è di tipo genico e porta ad un aumento o ad una diminuzione di una concentrazione di proteine, quindi non è una regolazione sull’attività ma una regolazione sulla concentrazione. Le proteine che possono essere modificate sono degli enzimi che andranno a modificare i substrati formando i rispettivi prodotti, oppure altre proteine che rappresentano il segnale di risposta del tessuto alla presenza dell’ormone.

 

Struttura della superfamiglia dei recettori nucleari degli ormoni steroidei

Ogni proteina recettoriale è specifica per ogni ormone che è in grado di entrare all’interno della cellula stessa, quindi ci sono recettori per i glucorticoidi, per i mineralcorticoidi, per il testosterone, per il progesterone, per l’estradiolo, per la vitamina D, per gli ormoni tiroidei

Questi recettori presentano vari domini che vengono indicati dalle prime lettere dell’alfabeto.

A/B: dominio N-terminale di modulazione della trascrizione

C: si lega al DNA

D: importante per la localizzazione nucleare

E: si lega all’ormone (dominio C-terminale)

I domini più conservati hanno un’omologia molto alta (84%), ovvero gli aminoacidi al loro interno sono mantenuti ad un livello altissimo. I domini invece che presentano un’omologia molto bassa sono meno conservati.

Il dominio A/B in alcuni casi è piccolissimo o quasi assente, in altri casi invece è lunghissimo, questa rappresenta una zona variabile dei recettori di queste molecole. Questo è un dominio di trasattivazione in quanto partecipa alla regolazione della trascrizione.

Il dominio C, che si lega al DNA, è una zona dove la percentuale di omologia è molto alta (80%-90%). Anche il dominio E presenta un’omologia alta e rappresenta il sito di legame con l’ormone, oltre a svolgere anche altre funzioni. Per questo il dominio C e il dominio E sono domini maggiormente conservati perché mantengono le caratteristiche di potersi legare da una parte all’ormone lipofilo (il dominio E sarà quindi ricco di aminoacidi lipofili), dall’altra al DNA (dominio C).

Ogni dominio ha dunque una funzione specifica nella via di trascrizione del segnale.

Ogni HRE (“elementi responsivi all’ormone”) assume un nome specifico a seconda dell’ormone che vi si lega. Per esempio se riconosce il recettore dei glucocorticoidi allora si chiamerà GRE, se riconosce la vitamina D si chiamerà VDRE, se riconosce il recettore del progesterone si chiamerà PRE, e via di seguito per gli altri ormoni.

Recettore nucleare nella forma inattiva

Sono visibili i domini che formano il recettore nella forma inattivata, il quale ha una struttura simile a quella di un coltello a serramanico. Quando quindi il recettore è inattivo esso è richiuso su se stesso, infatti il dominio C presenta delle strutture particolari (le “Zinc Finger”) che impediscono il legame con il DNA. Fanno parte di questa struttura con la funzione di stabilizzarla anche altre proteine (ancora non note, indicate con X e Y) o le HSP (HSP 90). Nel disegno in alto è indicato l’ormone S per mostrare che se lega presso il dominio E.

Le Zinc Finger sono strutture particolari che si trovano nelle varie proteine che si legano al DNA e sono caratterizzate dalla presenza di uno ione Zinco 2+, il quale può formare quattro legami di coordinazione:

  • con 2 cisteine e 2 istidine (struttura Zinc Finger C2H2)
  • con 4 cisteine (struttura Zinc Finger C4)

La presenza dello Zinco in questa struttura serve per formare queste strutture chiuse e prendere contatto con gli elementi HRE, per stabilizzare meglio il legame recettore-DNA. Il dominio C, che in forma attiva si lega al DNA, presenta le Zinc Finger. Sappiamo che ogni ormone si lega ad un specifico HRE quindi ci deve essere un riconoscimento specifico tra la sequenza aminoacidica del recettore e la sequenza nucleotidica delle catene HRE. E’ stato rilevato che gli aminoacidi di riconoscimento siano posti alla base dello Zinc Finger, inserito sul solco maggiore del DNA a livello delle sequenze HRE.

Una volta che si è legato l’ormone al recettore si ha la formazione del complesso attivato e ciò porta dapprima al distacco delle proteine estranee (X e Y e HSP), poi il recettore si apre e si assiste al fenomeno della dimerizzazione con un allineamento testa-coda, per cui il dominio A/B si lega al dominio E dell’altro recettore. Si forma un omodimero. Questo rappresenta il recettore attivo nucleare dell’ormone.

Le proteine inibitorie che mantengono lo stato inattivo del recettore si staccano all’arrivo dell’ormone sul dominio E. Si ha l’allungamento della struttura che permette l’attacco ad un altro monomero, formando un dimero.

IL dominio A/B è notevolmente diverso all’interno dei vari recettori, mentre i domini C e D sono molto più conservati.

Le sequenze HRE alle quali si lega il complesso ormone-recettore sono diverse per ogni ormone. Si tratta di strutture a 15 nucleotidi, altamente conservati. Tuttavia i tre nucleotidi centrali possono essere variabili, invece i sei laterali possono avere:

  • una simmetria speculare, come nel caso dei glucocorticoidi e degli estrogeni (sono uno l’immagine speculare dell’altra), quindi il primo aminoacido della serie corrisponde all’ultimo dell’altra serie
  • una ripetizione uguale nella stessa direzione, come nel cado della vitamina D.

L’acido retinoico presente cinque nucleotidi centrali che possono variare, mentre i sei nucleotidi per lato conferiscono la specificità.

C’è una certa corrispondenza tra gli aminoacidi che sono presenti nella proteina del recettore e i nucleotidi che sono presenti nella sequenza nucleotidica. Quindi la glutammina e l’asparagina hanno affinità per la coppia adenina – timina, mentre l’arginina ha affinità per la citosina – guanina.

Le Zinc Finger sono presenti in varie proteine che si legano al DNA, come fattori di trascrizione, e ciò che varia è la composizione degli aminoacidi, il loro numero e il numero di queste strutture. In alcune proteine si arriva ad avere addirittura un numero di 30-35 strutture Zinc Finger.