Farmacologia - I recettori GPCR (GPCR Receptors)

La lezione si concentra sulle trasformazioni intracellulari che seguono il legame con il ligando per i recettori accoppiati a proteine G (GPCR).
L'importanza del tema si basa sulla comprensione di come ormoni e neurotrasmettitori influenzino l'attività cellulare attraverso complesse risposte biologiche.

I GPCR attivano una cascata di segnalazione con amplificazione e specificità elevate.
Le proteine G interagiscono con i GPCR e sono composte da tre subunità: α, β e γ.
Nel genoma umano: 21 geni per la subunità α, 6 per la β e 12 per la γ, creando da 1512 possibili combinazioni genetiche.
Ogni tessuto esprime combinazioni specifiche che garantiscono risposta cellulare specifica.
Le proteine G legano nucleotidi guaninici (GTP e GDP), articolando uno stato attivo e inattivo.

La subunità α, associata a GDP in condizioni basali, si attiva legando GTP.
Possiede un’attività GTPasica, permettendo l'idrolisi del GTP in GDP per spegnere il segnale.
Le classi di subunità α includono Gαs, Gαi, Gαq e Gα12, che differiscono per l'effettore che regolano.

In condizioni basali, il recettore GPCR è inattivo e associato a una proteina G trimerica con α legata a GDP, non trasmettendo segnali.
Il legame del ligando provoca un cambiamento conformazionale nel recettore, facilitando l'interazione con la proteina G e avviando l'attivazione tramite rilascio di GDP e legame di GTP.
La dissociazione della subunità α attivata dalla βγ induce catene di attivazione, amplificandosi radicalmente il segnale in presenza di più recettori.

Il complesso βγ non è solo strutturale; partecipa attivamente nella trasduzione del segnale.
Interagisce con canali ionici e regola l'attività elettrica cellulare, offrendo alla cellula una capacità di risposta flessibile e adattabile.

L’adenilato ciclasi è un enzima chiave nella produzione di AMP ciclico (cAMP), che segna il passaggio a un segnale mediato da piccole molecole.
Le proteine Gαs aumentano l'attività dell'adenilato ciclasi; le Gαi la inibiscono.
Il cAMP, come secondo messaggero, è cruciale per il collegamento tra l'attivazione del recettore e i meccanismi intracellulari.
- Definizione: "L’AMP ciclico è un secondo messaggero che attiva vie di segnalazione, in particolare la Protein Kinase A (PKA)."

Meccanismo di amplificazione del segnale permette ai piccoli ligandi di generare grandi risposte cellulari.
- Un ligando attiva più recettori, ogni recettore attiva più proteine G e ogni proteina G attiva più enzimi effettrici.

La PKA, attivata dal cAMP, fosforila serine e treonine su diverse proteine, regolando processi cellulari quali metabolismo, canali ionici, e fattori di trascrizione.
Esempio: regolazione del metabolismo del glicogeno tramite:
- Glicogeno sintasi → sintesi di glicogeno.
- Glicogeno fosforilasi → degradazione di glicogeno.
- L'epinefrina stimola la proteina Gαs che aumenta il cAMP, favorendo la degradazione del glicogeno e aumentando la disponibilità di glucosio.

Nonostante un pathway comune, le risposte cellulari variano a seconda del tipo di tessuto, determinando risultati diversi a seconda delle proteine bersaglio espresse da ciascun tipo cellulare.

La fosfolipasi C, attivata dalla proteina Gαq, scinde il fosfatidilinositolo bifosfato (PIP2) in inositolo trifosfato (IP3) e diacilglicerolo (DAG).
- Le isoforme PLC sono classificate in base a geni diversi e possiedono attività catalitica che dipende dal Ca²⁺.

IP3 induce l'apertura dei canali del calcio, mentre DAG attiva la proteina chinasi C (PKC), influenzando così diverse funzioni cellulari come crescita cellulare e secrezione proteica.

Meccanismi di spegnimento di segnale sono cruciali per prevenire danni cellulari, per esempio, attraverso la riconversione del cAMP in AMP da parte delle fosfodiesterasi.
La desensibilizzazione e endocitosi dei GPCR sono regolati dalle β-arrestine, che impediranno l'attivazione della cascata di segnalazione.

Malfunzionamento delle regolazioni dei segnali può avere rilevanza clinica; esempi comprendono le tossine del colera e della pertosse che alterano il funzionamento delle proteine G, provocando effetti patogeni.

Mutazioni nei geni dei GPCR possono causare malattie monogeniche, per esempio:
- Mutazioni gain of function → attivazione eccessiva.
- Mutazioni loss of function → incapacità di attivarsi.

Circa il 30% dei farmaci attuali mira ai recettori GPCR, includendo farmaci per oppioidi, adrenalina, istamina, e molti altri, segnalando l'importanza clinica di questa classe di recettori.
Ricerca attuale si rivolge anche ai recettori GPCR orfani e potenziali nuovi target terapeutici.