9. patologia molecolare dei recettori

PATOLOGIA MOLECOLARE DEI RECETTORI

Prof.ssa Elisa Petrangeli

Patologia molecolare dei recettori o di proteine del signaling

Le alterazioni geniche di proteine recettoriali possono dar luogo ad alterazioni funzionali:

• Perdita di funzione;• Guadagno di funzione• Funzione alterata o inappropriata

con sintomi clinici correlati

Patologia di recettori con perdita di funzione

• Mutazioni geniche inattivanti• Assenza di proteine recettoriali• Alterazioni post-traduzionali dei recettori

Patologia dei recettori con perdita di funzione:

Perdita di funzione dei recettori per le LDL

LE LIPOPROTEINELE LIPOPROTEINE

Significato clinico

Metabolismo HDL e trasportatore inverso del colesterolo – la via endogena

CholesterolTriglycerides

Apo B-100

Apo E

Apo C-II IDL

Pinocitosi con recettore scavenger

LDL

TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL COLESTEROLO

recettore per LDL ri-esposto

sintesi di componenti della membrana cellulare, ormoni steroidei, acidi biliari

ACAT

immagazzinamento (sotto forma di esteri del colesterolo)

aminoacidi(metabolismo)

endosoma

lisosoma

vescicola di ricircolo

Vescicolarivestita

Colesterolo libero

TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL COLESTEROLO

core (esteri del colesterolo)

LDL

apoproteina B-100

recettore per le LDL, riconosce la apoproteina B-100 presente su LDL e IDL

la complessazione con l'LDL determina il

"clustering" dei recettori che prendono contatto

con la clatrina. Quest'interazione è

necessaria alla formazione della fossetta rivestita e

quindi all'internalizzazione delle LDL

clatrina

fossetta rivestita

vescicola rivestitaepatocita

TRASPORTO E METABOLISMO INTRACELLULARE DEL COLESTEROLO

sintesi endogenadel colesterolo

-+

esterificazione (immagazzinamento)del colesterolo

disponibilità di colesterolo

EnzimaACAT

sintesi del recettore per le LDLDNA

RNARNA

RER

ribosomi

apparato del

Golgi

Enzima HMG-Coareduttasi -

IPERCOLESTEROLEMIA FAMILIARE (FH)

Trasmissione: autosomica dominantefrequenza: 1 malato: 500 nati sanipatogenesi: gli individui malati (sia etero- che omozigoti) sono portatori di mutazioni sul gene che codifica per il recettore delle LDL.

Sugli epatociti il recettore per le LDL è promiscuo con le IDL, quindi la sua mancanza determina un aumento delle IDL in circolo che, non

venendo direttamente rimosse, vengono trasformate in LDL, aumentando ulteriormente il grado di ipercolesterolemia.

Il difetto genico si fa risentire soprattutto a livello degli epatociti, preposti alla captazione e degradazione delle LDL circolanti.

La mancata eliminazione delle LDL a livello epatico determina un'aumento dei livelli di LDL (e quindi colesterolo) in circolo che a sua

volta determina gravi manifestazioni cliniche (vedi oltre)

XANTOMI

ATEROMI

INFARTO

IL GENE PER IL R-LDL E LA SUA STRUTTURA PROTEICA

5'

3'

Sequenzepromoter

1

23456789101112131415

1617

18

trascrizione

Dominio di legame per

LDL (292 aa)

Dominio di omologia per

l'EGF (400 aa)

Dominio di glicosilazione

(58 aa)

Dominio citoplasmatico

(50 aa)

Dominio trans-membrana (58

aa)

splicing

traduzione

Modificazioni post-

traduzionali

HOOC

NH2

IL GENE PER IL RECETTORE DELLE LDL E LE MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

+ 2 kb + 4 nt

-1 kb -4 kb -5 kb -5 kb

-7 kb

+ 18 nt

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

+ 7 kb(duplicazione)

-20 kb

-10 nt

G>A

-25 kb

inserzionedelezionenonsenso

missenso

splicing

EFFETTI DELLE MUTAZIONI SUL GENE PER IL R-LDL

recettore negativo (mancata sintesi): la mutazione genica determina la mancata traduzione del recettore per le LDL

recettore negativo (mancato trasporto al golgi): la mutazione genica determina la mancata maturazione del prodotto genico e la sua conseguente esposizione sulla membrana delle cellule

recettore deficiente: la mutazione genica determina la sintesi di un recettore caratterizzato da una capacità limitata di legare

le LDL (da 1 a 10% del recettore wild type)

internalizzazione deficiente: la mutazione genica determina la sintesi di un recettore normalmente in grado di legare le LDL

ma incapaci di internalizzarle all'interno delle cellule

Sono state finora evidenziate centinaia di mutazioni diverse sul gene per il recettore delle LDL che a livello fenotipico danno origine ad

effetti raggruppabili in quattro classi:

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

La mancanza del promotore impedisce completamente la normale trascrizione dell'allele

mutato

-20 kb

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

FH siracusa

recettore negativo(mancata sintesi)

Tale deficit sarà totale o parziale a differenza dell'assetto genotipico (etero-omozigote)

Si verifica quindi un deficit quantitativo dell'R-LDL espresso sulla superficie degli epatociti.

MECCANISMO DI SPLICING (PROCESSAMENTO) DELL'RNA

TRASCRITTO PRIMARIO DI RNA

La mancanza di splicing determina la formazione di un

RNA instabile che viene degradato o

comunque non può essere tradotto,

risultando quindi in una mancanza di

proteina

sequenze "consensus” permettono il corretto avvicinamento delle terminazioni di due esoni adiacenti e vengono riconosciute dagli enzimi di splicing che operano il taglio della sequenza intronica

GT AG5' 3’

GT AG

GT AG

GT A G5' 3’

PROCESSING

mRNA

C

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

La sostituzione G > A distrugge la consensus sequence GT dell'introne 15

Ciò attiva delle consensus sequences criptiche presenti o nell'esone 15 o nell'introne 15

recettore negativo

(ridotta sintesi)

G>A

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

In queste condizioni lo spicing del trascritto non è corretto e l'mRNA risultante è instabile

Nelle cellule che portano questo allele si osserva una diminuzione di mRNA per il R-LDL (1/4 delle cellule sane)

L'mRNA che viene tradotto da origine a R-LDL mutati (+ corti o + lunghi) dipendentemente dalla consensus sequence criptica utilizzata

durante lo splicing. Questi recettori sono comunque non funzionali

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

La mutazione determina la duplicazione degli esoni 2-6 che portano a codificare un dominio di legame duplicato

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

7 kb

recettore negativo(mancato trasporto al

golgi) e recettore deficiente

HOOC

NH2

Alterazione del dominio di legame

Alterazionedellemodificazionipost-traduzionali

La proteina così tradotta a livello del RER è instabile. Viene modificata e trasportata in superficie con maggiore difficoltà. Viene inoltre degradata con maggiore velocità

Sulla superficie cellulare il recettore lega le LDL con affinità e capacità diminuite (30% del wild type)

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

Mutazioni puntiformi interessanti il dominio extracellulare del recettore

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

7 kb

recettore presentecon diminuita affinità

per il ligando

HOOC

NH2

Alterazione del dominio di legame

Precursore normalmente processato

Sulla superficie cellulare il recettore lega le LDL con affinità diminuita (5 - 10% del wild type)

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

La mutazione determina la generazione di un segnale di stop (nonsense) che blocca la sintesi del dominio intracellulare dell’ R-LDL.

internalizzazione deficiente

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

LysAsnAsn

Arg Stop

Il recettore non può più quindi interagire correttamente con la clatrina, divenendo così impossibile la sua internalizzazione

MUTAZIONI CHE DETERMINANO LA FH

La mutazione determina la sostituzione non conservativa (missense) dell’aminoacido Tyr790 in Cys.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

CysTyr

internalizzazione deficiente

La proteina risultante è della lunghezza corretta ma, a livello citoplasmatico perde la corretta struttura 3D, non riuscendo così ad interagire con la clatrina

DIAGNOSI DELL’ FHI sintomi non si sviluppano fino alla terza o quarta decade di

vita. Essendo però una malattia ereditaria, sulla base dell'anamnesi familiare si può procedere alla diagnosi precoce nel neonato: il

sangue prelevato dal cordone ombelicale contiene concentrazioni di colesterolo totale doppie o triple (nel caso di eterozigoti) o

addirittura di 6-8 volte maggiore rispetto alla norma (nel caso di omozigoti). La diagnosi è possibile anche in epoca prenatale, sulle

cellule del liquido amniotico.Si deve quindi procedere alla diagnosi differenziale

dall'ipercolesterolemia poligenica, che viene senza dubbio effettuata con la valutazione dei recettori per le LDL in colture di

fibroblasti del paziente donatore. La diagnosi deve poi essere confermata dall'elettroforesi delle lipoproteine (aumento delle LDL)

e da una trigliceridemia normale.Si può quindi procedere all'identificazione del tipo di difetto

genico con digestione del DNA del donatore con enzimi di restrizione e analisi in southern blot .

QUADRO CLINICO DELL’ FH

L'aspetto clinico più evidente è l'insorgenza di una coronaro-sclerosi accelerata che si può manifestare già

verso i trent'anni. Il deposito di colesterolo a livello della valvola aortica può

provocare una stenosi aortica sintomatica.

I pazienti omozigoti non adeguatamente seguiti muoiono precocemente (entro i vent'anni) per le complicanze

dell'infarto.I pazienti eterozigoti possono incorrere in infarto

miocardico gia verso i trent'anni, con picco d'incidenza tra la quarta e la quinta decade di vita.

Anche nelle donne si ha un'incidenza aumentata di infarto, ma l'età d'insorgenza è spostata di 10 anni rispetto ai maschi.

All'età di sessant'anni più dell' 85% dei pazienti ha avuto un infarto miocardico.

Trasmissione: autosomica dominante

frequenza : 1 : 500

patogenesi : gli individui malati (sia etero- che omozigoti) sono portatori di mutazioni sul gene che codifica per l’apo B100 (transizione G ---> A al codone 3500, che risulta

nella sostituzione dell’aa Gln ---> Arg nella corrispondente posizione della proteina.

Nella popolazione europea/nordamericana il 2-5 % dei pazienti diagnosticati con FH risultano poi essere invece affetti da FDB.

La proteina viene normalmente tradotta ed assemblata nelle LDL, ma queste risultano avere una affinità

marcatamente ridotta per il recettore delle LDL presente sugli epatociti.

DEFICENZA FAMILIARE DI APO B100 (FDB)

Il quadro clinico e la terapia sono assolutamente sovrapponibili a quelli visti per l’FH

mutazione dell’Apo B100 (FDB)

mutazione dell’R-LDL (FH)

Mancatainternalizzazione del colesterolo

ipercolesterolemia

Le due malattie sono praticamente indistinguibili

IPERCOLESTEROLEMIA DA FH E/O DA FDB

LDL

Resistenza ormonale

• Mancata funzione di un recettore,• generalizzata o distrettuale:

es resistenza del recettore per l’ormone tiroideo con sindromi cliniche variabili.

Sindrome da resistenza agli ormoni tiroidei

Assenza di geni dei recettori per ormoni

• Sindrome di Morris o femminilizzazione testicolare

Resistenze agli androgeni (Femminilizzazione testicolare o s di

Morris).

Pazienti geneticamente maschi, con caratteristiche fenotipiche femminili.

E’ geneticamente trasmessa come carattere recessivo legato al sesso, essendo il gene per il recettore androgenico (RA) localizzato sul cromosoma X.

La resistenza può essere totale (assenza o completa inattivazione del gene per il RA) o parziale di vari gradi (a seconda del tipo di mutazione inattivante).

I genitali esterni sono di tipo femminile con vagina a fondo cieco, utero assente. I testicoli ritenuti nelle grandi labbra o in altri tratti del canale di migrazione

Lo sviluppo puberale di questi soggetti è di tipo femminile, menarca assente ed alti livelli ematici di testosterone ed LH.

Femminilizzazione testicolare (s. Morris)

Assenza completa o bassissima espressione del recettore androgenico

Espressione di recettore androgenico mutato (numerose mutazioni descritte nella regione di legame degli androgeni)

Patologia di recettori con guadagno di funzione

• Mutazioni geniche attivanti il gene del recettore del TSH:

• Mutazioni germinali che si manifestano in tutto l’organismo con ipertiroidismo;

• Mutazioni somatiche con formazione di adenoma funzionante

Riconoscimento improprio del recettore: fenomeno dello spill-

over• Il ligando lega il recettore con alta specificità;• Ligandi molto simili possono presentare affinità

per i rispettivi recettori anche se con minor affinità;

• L’aumento delle concentrazioni di un ormone, può favorire il suo legame con un recettore specifico per altro ormone simile: fenomeno del traboccamento ormonale.

• Es fisiologici: l’aumento delle gonadotropine in menopausa o di beta-HCG in gravidanza contribuiscono a stimolare la tiroide, legando il recettore del TSH

Fenomeno dello spill-over

Es di stimolazioni patologiche:

Mola vescicolare HCG tireotossicosi (TSHR);Morbo di Cushing ACTH iperaldosteronismo

(MR)Cortisolo in eccesso iperaldosteronismo (MR)Acromegalia GH galattorrea (PRLR)

Pseudoiperaldosteronismo da deficienza di 11 beta-

idrossisteroidodeidrogenasi• 11 beta-idrossisteroidodeidrogenasi: enzima che

converte il cortisolo in cortisone (meno attivo) negli epatociti e nelle cellule tubulari del rene.

• Il cortisolo si accumula nelle cellule tubulari e compete con l’aldosterone presente in quantità minore, mimandone gli effetti (fenomeno del trabboccamento).

11ß idrossisteroido deidrogenasi e recettore mineralcorticoide

(RM)

aldosterone

Recettoremineralcorticoide

cortisolo

Recettoremineralcorticoide

Recettoremineralcorticoide

11ß idrossisteroido deidrogenasi tipo 2

cortisone