Esistono quattro tipi fondamentali di comunicazione cellulare:

Comunicazione endocrina, le molecole segnale sono gli ormoni che tramite il torrente circolatorio si distribuiscono in tutto il corpo in modo da "colpire" le cellule bersaglio.

Comunicazione paracrina, le molecole segnale diffondono localmente agendo nelle immediate vicinanze della cellula segnale. In questo caso i segnali sono i mediatori locali. Un esempio è il fattore di crescita epidermico, EGF, una proteina che stimola la proliferazione delle cellule dello strato germinativo. Altro esempio è l'istamina, derivato dell'istidina, prodotto dai mastociti. Provoca vasodilatazione e aumento della permeabilità capillare, contribuendo alla risposta infiammatoria.

Comunicazione neuronale o sinaptica, nei neuroni l'informazione da trasmettere viaggia sotto forma d'impulso elettrico lungo l'assone. Il segnale in corrispondenza del bottone sinaptico è convertito in segnale chimico: è liberato un neurotrasmettitore che agisce su specifici recettori della cellula bersaglio. Per esempio l'acetilcolina presente nelle terminazioni nervose ha un'azione eccitatoria sui muscoli scheletrici e sui neuroni del SNC. Il GABA è invece un neurotrasmettitore inibitorio.

Comunicazione contatto dipendente, il messaggio avviene tramite un legame tra la molecola segnale presente sulla MP della cellula segnale e il recettore di membrana della cellula bersaglio.

Questa comunicazione si osserva durante lo sviluppo embrionale: nel foglietto embrionale che origina i neuroni le cellule che si differenziano in cellule nervose inibiscono per contatto la differenziazione di cellule contigue.

Uno stesso segnale può legarsi a recettori diversi: l'Ach agisce sulla fibra muscolare scheletrica per mezzo di un recettore annesso ai canali ionici; nelle fibre cardiache agisce per mezzo di un recettore accoppiato alle proteine G.

A recettori diversi per uno stesso segnale corrispondono risposte diverse a seconda del tipo di cellula.

Le molecole segnale possono essere:

Liposolubili, quindi di attraversare la MP.

Sono molecole segnale liposolubili gli ormoni tiroidei e steroidei, le vitamine Ae D.

Idrosolubili , molecole di natura proteica e peptidica, che restano che restano sulla superficie cellulare.

I recettori appartengono a due categorie:

Proteine intracellulari che riconoscono le molecole segnale liposolubili e che influenzano il processo di trascrizione.

Questi recettori sono fattori di trascrizione che legando le molecole segnale sono attivati.

Una volta attivati interagiscono con una sequenza segnale del DNA promuovendo la trascrizione del gene.

In questo caso non vi è trasduzione del segnale.

Glicoproteine transmembrana che riconoscono i segnali di natura proteica o peptidica, detti primi messaggeri.

I recettori di superficie hanno la funzione di captare un segnale esterno e trasmettere il messaggio in una forma nuova all'interno della cellula.

I recettori di superficie appartengono a tre famiglie:

Recettori annessi ai canali ionici.

Recettori accopiati alle proteine G.

Recettori legati a enzimi.

Recettori annessi ai canali ionici

Permettono la trasmissione dell'impulso nervoso attraverso le sinapsi: trasducono il segnale chimico, rappresentato dal neurotrasmettitore, in segnale elettrico.

Il recettore legandosi al neurotrasmettitore subisce una modificazione conformazionale tale da aprire o chiudere un canale ionico.

L'apertura  provoca il passaggio di ioni all'esterno o all'interno della cellula provocando una variazione del ppm sì da innescare l'impulso nervoso.

Recettori  accoppiati a proteine G

I recettori accoppiati a proteine G hanno tutti una struttura simile:

una catena polipeptidica che attravera sette volte la MP (recettori di membrana multipasso o a sette fili).

Quando il recettore lega la molecola segnale una sua regione intracellulare interagisce con una proteina G presente sul lato citosolico della MP.

Esistono diverse proteine G ognuna specifica per un certo tipo di recettori:

ad ogni modo la loro organizzazione ed il meccanismo d'azione è simile.

Una proteina G è formata da tre subunità: a b g

Prima che il segnale si leghi al recettore la subunità a lega GDP ed è inattiva.

Con l'attivazione del recettore la proteina G si lega a quest'ultimo.

Il legame recettore proteina G fa scambiare GDP con GTP.

Segue la dissociazionedella proteina G in una subunità aed un complesso bg

La subunità aattiva incontra la sua proteina bersaglio attivandola. A sua volta questa proteina trasmette il segnale ad altre molecole.

In seguito il GTP legato alla subunità a è idrolizzato con formazione di GDP. La subunità a si distacca dalla proteina bersaglio che così è inattivata.

Infine la subunità a si riassocia al complesso bg riformando una proteina G inattiva.

La proteina bersaglio della proteina G può essere un enzima legato alla membrana.

Gli enzimi bersaglio della proteina G sono in genere:

Adenilato- ciclasi, che porta alla formazione di cAMP.

Fosfolipasi C, che porta alla produzione di due molecole segnale, l''inositoltrifosfato ed il diacilglicerolo.

Queste molecole sono chiamate secondi messaggeri.

Nel primo caso le proteine G attivano l'adenilato-ciclasi che produce cAMP dall'ATP.

Il cAMP nel citoplasma attiva le protein-chinasi A (A= da CAMP) che intervengono nella fosforilazione di enzimi ( a livello degli amminoacidi srina e treonina) che permettono di ottenere la risposta evocata dal segnale.

Gli effetti possono essere rapidi o lenti:

Nelle fibre muscolari scheletriche le chinasi A fosforilano enzimi della glicogenolisi; questa risposta avviene in tempi brevissimi.

Nel caso della regolazione dell'espressione genica la risposta è lenta: ormone recettore proteina G adenilato-ciclasi cAMP chinasi A proteina regolatrice di geni trascrizione.

In altri casi il ligando interagendo con il recettore , attiva le proteine G che a loro volta attivano le fosfolipasi C che converte il foasfatidil inositolo 8fosfolipide di membrana) in INOSITOL-TRIFOSFATO (InsP₃) e diacilglicerolo.

L' InsP₃   raggiunge la membrana del REL e si lega ai canali ionici per il Ca⁺⁺ aprendoli. Gl'ioni calcio liberati attivano le protein-chinasi C (C= Ca⁺⁺ da ).

La protein-chinasi C è responsabile della fosforilazione di una serie di proteine intracellulari che variano a seconda del tessuto.

Ruolo del calcio come messaggero cellulare

La concentrazione citosolica di Ca⁺⁺ sale in risposta a segnali di diversa natura.

I.       Nell'ovocita l'aumento citoplasmatico di Ca⁺⁺ causato dalla fecondazione fa partire lo sviluppo embrionale.

II.   Nelle fibre muscolari la liberazione di Ca⁺⁺ dal reticolo sarcoplasmatico induce la contrazione.

III.     In molte cellule secernenti stimola la secrezione.  

L'aumento citoplasmatico di ioni calcio ( a riposo la sua concentrazione è minore rispetto a quella extracellulare e del RE) è dovuto a stimoli di varia natura che aprono i canali per il Ca⁺⁺ che in questo modo entra secondo il proprio gradiente.

Questo aumento agisce indirettamente su molte proteine: lo ione calcio si combina con specifiche proteine tra cui si ricorda la Calmodulina.

La Calmodulina legando il Ca⁺⁺ interagisce con molte proterine cellulari modificandone l'attività.

Tra queste proteine abbiamo le chinasi CaM che sembra siano coinvolte nei processi mnemonici.

RECETTORI LEGATI AD ENZIMI

Sono proteine transmembrana in cui il dominio citoplasmatico agisce come un enzima o forma un complesso con un'altra proteina con funzione enzimatica.

A questa classe appartengono i recettori tirosin chinasici ; ess. Sono i recettori per l'insulina, l'EGF, il PDGf e l'NGF.

Vediamo il loro meccanismo d'azione:

I.       Il recettore  inattivo formato da due monomeri. Non appena la molecola segnale si lega al dominio extracellulare del recettore i monomeri combaciano formando un dimero.

II.   Il dimero è la forma attiva del recettore: i due monomeri fosforilano reciprocamente a livello dei residui di tirosina.

III.     La tirosine fosforilate sono il sito di legame per diverse proteine segnale.

In questo modo il segnale trasdotto può raggiungere il nucleo influenzando l'epressione genica:

Il recettore tirosin chinasico attivato lega un adattatore proteico che si combina con una proteina che a sua volta attiva una proteina RAS presente sul lato interno della membrana. L'attivazione della proteina RAS consiste in uno scambio di GDP con GTP.

La RAS innesca la propagazione del segnale con una fosforilazione a cascata che termina su proteine bersaglio. Ad esempio proteine regolatrici di geni.

L'attivazione di proteine regolatrici di geni inducono la proliferazione cellulare o il differenziamento cellulare.

Se la proteina RAS è permanentemente attiva (mutazioni del gene RAS) le cellule proliferano in modo incontrollato 8neoplasie) anche in assenza di GF.