Sinjalizimi qelizor PDF

--12 Sinjalizimi qelizor-- Gerald C. Karp, autor i mjaft artikujve dhe disa teksteve në fushën e Biologjisë Qelizore e të Zhvillimit, për të nxjerrë në pah rëndësinë e komunikimit ndërqelizor, perifrazon poetin anglez John Donne “asnjë njeri nuk është një ishull”. Kjo sepse e njëjta gjë vlen të thuhet edhe për qelizën, e cila nuk është e izoluar nga qelizat e tjera. Komunikimi i qelizës me qelizat e tjera si dhe me mjedisin përreth, paraqitet esencial për mbijetesën e saj. Sipas analizave të mbetjeve fosile, që nga momenti kur janë shfaqur organizmat e parë njëqelizorë dhe deri kur prej tyre në mënyrë graduale kanë evoluar ata shumë qelizorë, duhet të ketë kaluar një periudhë shumë e gjatë kohore, që mendohet të ketë zgjatur rreth 2,5 miliard vjet. Ka mundësi që një nga arsyet e një zhvillimi të tillë të ngadaltë të ketë qënë edhe vështirësia në përpunimin e mekanizmave të komunikimit të qelizave ndërmjet tyrë si dhe me mjedisin e jashtëm. Procesi me anën e të cilit një informacion që vjen nga jashtë qelizës, transferohet përmes membranës plazmatike në brendësi të saj dhe shpesh edhe deri në bërthamë, njihet me emrin sinjalizim qelizor. Në pjesën më të madhe të rasteve sinjalizimi qelizor përfshin: e Njohjen e stimulit nga sipërfaqia e jashtme e membranës plazmatike, me anën e një receptori specifik të përfshirë në membranën plazmatike. “ Transferimin e sinjalit, në sipërfaqen citoplazmatike të membranës plazmatike. e Transmetimin e sinjalit, me anën e një molekule specifike efektore, nga sipërfaqia e brendëshme e membranës plazmatike në brendësi të citosolit, gjë që bën të “ndizet” përgjigja qelizore. Kjo e fundit mund të përfaqësojë një ndryshim në: shprehjen e gjeneve, aktivitetin metabolik, organizimin e citoskeletit, për- shkueshmërinë ndaj joneve, aktivizimin e sintezës së ADN-së apo në fund të fundit dhe të bëhet shkak për nxitjen e qelizës për vetvrasje (apoptoza). Shuarjen e përgjigjes, si pasojë e shkatërrimit apo inaktivizimit të molekulës sinja- lizuese, gjë që shoqërohet me zvogëlimin e nivelit të stimulit jashtëqelizor. Mekanizmat e komunikimit, varen nga: 1. Molekula sinjalizuese jashtëqelizore, të cilat prodhohen nga qelizat për të sinjalizuar qelizat fqinjë apo ato më të distancuara. 2. Sisteme proteinikë, që i shërbejnë çdo qelize për tu përgjigjur ndaj një grupi sinjalesh në mënyrë specifike. 3. Një varietet proteinash sinjalizuese intraqelizore, që e përcjellin sinjalin në zona të caktuara të qelizës. Në këtë grup përfshihen kinaza, fosfataza, GTP-binding proteina etj. 4. Proteina target apo shenjë, që veprojnë në fund të kësaj rruge sinjalizuese, të cilat kur marrin sinjalin ndryshojnë, dhe kjo sjell si pasojë edhe ndryshimin e sjelljes qelizore. Sipas efektit të sinjalit, proteinat target mund të përfaqësojnë enzima, proteina rregullatore gjenike, pjesë të citoskeletit etj. (fig. 12.1) 12.1 Parimet bazë të komunikimit qelizor Mekanizmat që i japin mundësi një qelize të influencojë në sjelljen e një tjetre duhet të kenë ekzistuar kohë përpara se të shfaqeshin organizmat shumëqelizorë. Të dhëna për këtë vijnë nga studimet e bëra tek eukariotë njëqelizorë, siç janë p.sh. tharmet. Megjithëse këto qeliza jetojnë në mënyrë të pavarur, kur ato pregatiten për shumimin seksual, mund të komunikojnë dhe të influencojnë sjelljen e qelizave të tjera. Kështu p.sh. tek tharmi S.cerevisiae, kur një individ haploid është gati për kryqëzim, sekreton një peptid, faktori i kryqëzimit, që sinjalizon qelizat e tjera të tipit të kundërt të seksit, të ndërpresin proliferimin dhe të pregatiten për kryqëzim (fig. 12.24, b). Mbas fuzimit të dy qelizave haploide me seks të kundërt, formohen qeliza diploide të cilat i nënshtrohen mejozës dhe sporulojnë, duke prodhuar kështu qeliza haploide me një asortiment të ri gjenesh. Analizat e formave mutante të tharmeve, të cilat nuk janë në gjendje të kryqëzohen, kanë bërë të mundur të identifikohen shumë proteina që janë të nevojshme në procesin e sinjalizimit qelizor. Këto proteina formojnë një rrjetë sinjalizuese, ku përfshihen proteina receptore të sipërfaqes qelizore si dhe proteina që lidhen me GTP-në e proteinkinazat. Ky sistem, sigurisht në një formë më komplekse e më të zhvilluar, haset edhe në qelizat shtazore. 12.1.1 Molekulat sinjalizuese jashtëqelizore lidhen me receptorë specifikë Qelizat e tharmeve komunikojnë me njëra tjetrën gjatë procesit të kryqëzimit, duke sekretuar vetëm pak lloje peptidesh, ndërsa qelizat në organizmat e lartë shtazorë, komunikojnë me anën e qindra lloje molekulash sinjalizuese. Këtu përfshihen proteina, peptide të vegjël, steroide, retinoide, derivate të acideve yndyrorë, si dhe gaze të tretur si NO (oksidi nitrik) dhe CO (monoksidi i karbonit). Shumica e këtyre sinjaleve sekretohen nga qelizat sinjalizuese në hapësirën ekstraqelizore me anën e ekzocitozës. në pjesën më të madhe të rasteve, këta receptorë përfaqësohen nga proteina transmembranore në sipërfaqen e qelizave target. Në raste të tjera, receptorët ndodhen në bredësi të qelizës target, kështu që molekulës sinjalizuese për tu lidhur me të, i duhet të futet në brendësi të qelizës. Kjo kërkon që molekulat sinjalizuese të jenë mjaft të vogla dhe hidrofobe, që të kenë mundësi të difundojnë përmes bishtresës lipidike membranore (fig. 12.3). Shumë molekula sinjalizuese mbeten të lidhura me sipërfaqen e qelizës që i prodhon ato dhe mund të ndikojnë vetëm në qelizat shenjë që janë në kontakt me to. Ky lloj sinjalizimi i varur nga kontakti (juctacrin), paraqitet mjaft i rëndësishëm gjatë zhvillimit embrional, si dhe në përgjigjen imune. Sidoqoftë, në shumicën e rasteve, molekulat sinjalizuese sekretohen jashtë qelizës që i prodhon ato. Molekulat e sekretuara mund të veprojnë me qelizat shenjë në një distancë të shkurtër, por disa herë edhe mjaft të madhe prej qelizës sinjalizuese. Molekulat që veprojnë në distanca të shkurtra njihen si mediatorë lokalë, dhe kanë ndikim vetëm në qelizat e mjedisit ku ndodhen edhe qelizat sinjalizuese. Një proces i tillë njihet si sinjalizim parakrin. 12.1.2 Molekulat sinjalizuese jashtë qelizore mund të veprojnë në distanca të shkurtra, apo edhe të gjata Në këtë rast që të mos lejohen molekulat sinjalizuese të përhapen në distanca të largëta, ato mbasi kapen nga qelizat shenjë, shumë shpejt shkatërrohen apo imobilizohen nga enzimat e matriksit ekstraqelizor. Për organizma shumëqelizorë të mëdhenj dhe kompleksë, sinjalizimi në distanca të vogla nuk është i mjaftueshëm për koordinimin e sjelljes së qelizave të tyre. Për këtë arsye ata kanë zhvilluar komplete qelizash të specializuara që kanë një rol specifik në komunikimin në distanca të mëdha. Rrugët e sinjalizimit brendaqelizor: A) sinjalizimi me anën e kontaktit kërkon që me anën e proteinave transmembranore membranat qelizore të jenë në kontakt direkt me njëra-tjetrën B) sinjalizimi parakrin varet nga molekulat sinjalizuese që çlirohen në mjedisin jashtëqelizor lokal C) sinjalizimi sinaptik ka të bëjë me çlirimin e neurotejçuesit në qafën sinaptike D) sinjalizimi endorkin është i lidhurm e qelizat endokrine, të cilat çlirojnë hormonet në gjak. me anën e këtij të fundit hormonet shpërhapen por veprojnë vetëm në qelizat shenjë. Qelizat nervore përfaqësojnë ato më të sofistikuarat në këtë drejtim, sepse zgjasin aksonet e tyre, të cilët mund të kontaktojnë qelizat shënjë në një distancë mjaft të madhe prej tyre. Një tip i dytë i qelizës sinjalizuese të specializuar, që kontrollon sjelljen e organizmit si i tërë, është qeliza endokrine. Këto qeliza sekretojnë molekulat e tyre sinjalizuese të quajtura hormone në rrymën e gjakut, nëpërmjet të cilit transportohen më pas deri në qelizën target (shenjë) (fig. 12.4). 12.1.3 Sinjalizimi autokrin mund të koordinojë veprimet e një grupi qelizash identike Zakonisht qelizat sinjalizuese dhe qelizat target përfaqësojnë qeliza të ndryshme. Megjithatë ka raste kur qelizat mund të dërgojnë sinjale jo vetëm në qeliza të tjera, por edhe tek vetvehtja. Në një sinjalizim të tillë autokrin, një qelizë sekreton molekula sinjalizuese që mund të lidhen në receptorët e saj. Kështu gjatë zhvillimit, në rrugën e diferencimit, një qelizë që ka marrë vendimin për fatin e saj, mund të fillojë të sekretojë sinjale autokrinë ndaj vetvehtes, duke përforcuar kështu këtë vendim. Sinjalizimi autokrin është më shumë efektiv kur kryhet në mënyrë simultane nga shumë qeliza fqinjë, të të njëjtit tip dhe në përgjithësi përdoret për të inkurajuar një grup qelizash identike që të marrin të njëjtin vendim, pra të diferencohen në të njëjtin drejtim. Sinjalizimi autokrin mendohet të jetë mekanizmi i mundshëm që qëndron në bazë të “efektit të komunitetit” që vrojtohet gjatë zhvillimit embrional, gjatë të cilit vetëm një grup qelizash identike (dhe jo një qelizë e vetme) mund të përgjigjen ndaj një sinjali që indukton diferencimin (fig. 12.5). Për fat të keq, qelizat kanceroze shpesh për t'i shpëtuar kontrollit normal të proliferimit dhe mbijetesës qelizore, përdorin sinjalizimin autokrin. Kështu, qeliza të tilla duke prodhuar sinjale që veprojnë po në receptorët e tyre, stimulohen dhe proliferohen edhe në zona ku qelizat normale e kanë të pamundur. Sinjalizimi autokrin: Në këtë formë të sinjalizimit qelizor, një grup qelizash identike prodhojnë një përqëndrim më të lartë të një molekule sinjalizuese, krahasuar kjo me një qelizë të vetme. Kur një molekulë e tillë lidhet me receptorët e qelizave që e kanë prodhuar, kjo bëhet shkak që qelizat të përgjigjen në mënyrë të organizuar në grup. 12.1.5 Çdo qelizë është e programuar të përgjigjet ndaj kombinimeve specifike të molekulave sinjalizuese ekstraqelizore Një qelizë tipike e një organizmi shumëqelizor është ekspozuar ndaj qindra sinjaleve të ndryshëm në mjedisin ku ajo jeton. Këta sinjale mund të jenë të tretshëm, të lidhur në matriksin ekstraqelizor apo në sipërfaqen e një qelize fqinjë sinjalizuese dhe mund të veprojnë në miliona kombinime të mundshme. Qeliza mund të përgjigjet ndaj kësaj morie sinjalesh në mënyrë selektive, pra sipas karakterit të tyre specifik. Një qelizë në rrugën e diferencimit, është programuar të përgjigjet ndaj një kombinimi sinjalesh të ndryshëm. Ajo mund të përgjigjet gjithashtu, ndaj një kombinimi tjetër të shumfishtë për tu ndarë apo shumfishuar si dhe ndaj të tjera kombinimeve më të specializuar, për tu kontraktuar apo për të sekretuar lëndë specifike. Shumica e qelizave të organizmave kompleksë, është gjithashtu e programuar të varet nga një kombinim i sinjaleve, thjesht për të mbijetuar. Kështu që në mungesë të tyre, qelizat aktivizohen për vetvrasje (vdekje e programuar qelizore). Për shkak se tipa të diferencuar qelizash kërkojnë kombinime të ndryshëm të sinjaleve të mbijetesës, ato janë të kufizuara të jetojnë vetëm në mjedise ngushtësisht të përcaktuar. Në figurën 12.6, duket qartë se qelizat për realizimin e proceseve të tilla si mbijetesa, ndarja dhe diferencimi kanë nevojë për një seri sinjalesh të kombinuar, ndërsa në mungesë të plotë të tyre, qeliza është e destinuar të vdesë. Në parim qindra molekula sinjalizuese që një organizëm shtazor mund të prodhojë, janë në gjendje të krijojnë një numër të pakufizuar të kombinimeve sinjalizuese. Përdorimi i këtyre kombinimeve për të kontrolluar sjelljen qelizore, i jep mundësi një organizmi shtazor të kontrollojë qelizat e tij në rrugë mjaft të specializuara, duke përdorur vetëm një diversitet të kufizuar të molekulave sinjalizuese. Rruga specifike që karakterizon një qelizë gjatë përgjigjes ndaj mjedisit, varion në përputhje me kompletin e proteinave receptore që qeliza disponon. Një molekulë e vetme sinjalizuese, shpesh ka efekte të ndryshme në qeliza të ndryshme target. Kështu p.sh. acetilkolina mund të lidhet në receptorin e një qelize muskulare të zëmrës, si dhe në receptorin e ngjashëm me të, në një qelizë të gjendrave të pështymës, por sinjali brenda qelizor që prodhohet, interpretohet ndryshe nga të dy tipat e qelizave. Për pasojë qeliza muskulare e zëmrës do të relaksohet, ndërsa ajo e gjendrës së pështymës sekreton pështymën. Po kështu qelizat e muskulaturës së skeletit dhe ato të muskulaturës së zemrës karakterizohen nga receptorë të ndryshëm, në të cilët lidhet e njëjta molekulë sinjalizuese, acetilkolina. Por ndërsa qeliza e muskulit të skeletit përgjigjet ndaj acetilkolinës me tkurrje, ajo e muskulaturës së zemrës përgjigjet ndaj saj me relaksim (fig. 12.7). 12.1.7 Gazi oksid nitrik sinjalizon duke u lidhur direkt me një enzimë të brendshme në qelizën target Megjithëse shumica e sinjaleve ekstraqelizorë përfaqësojnë molekula hidrofilike, që lidhen në receptorët e vendosur në membranën e qelizës target, disa molekula sinjalizuese janë mjaft hidrofobe dhe disa herë të vogla. Kjo ju jep atyre mundësinë të kalojnë përmes membranës plazmatike në brendësi të qelizës, ku ato në mënyrë direkte rregullojnë aktivitetin e proteinave specifike brendaqelizore. Një shembull mjaft i rëndësishëm dhe në të njëjtën kohë interesant në këtë drejtim, është rasti i gazit nitrik (NO), që vepron si një molekulë sinjalizuese, si tek bimët edhe tek kafshët. Në vitet 80 ishte bërë e qartë se aktiviteti baktericid i makrofagëve në kulturë, varej nga prania e argininës në terren, në mungesë të këtij aminoacidi, fagocitet nuk ishin në gjendje të shkatërronin patogjenët invazivë. Më pas zbulohet se arginina është substrat për një familje të vogël enzimash që njihen me emrin NO-sintetaza (NOS), që prodhojnë NO si produkt të oksidimit të argininës. Kjo ishte e dhëna e parë që NO, një lëndë kjo që më përpara konsiderohej vetëm toksike, ishte një molekulë e rëndësishme biologjike. Egzistojnë tre izoforma të enzimës NOS: endoteliale (eNOS), neuronale (nNOS), dhe të induktuar fiNOS) — secila me funksione të veçanta. Izoformat nNOS the eNOS janë të varura nga jonet kalçium dhe prodhojnë nivel të ulët të NO-së (në rolin e molekulave sinjalizuese), ndërsa izoforma iNOS është e pavarur nga jonet kalçim dhe prodhon sasi të mëdha të këtij gazi, që mund të paraqitet toksik. Sot ka të dhëna, se si tek makrofagët edhe në lloje të tjera leukocitesh, iNOS përfshihet në përgjigjen inflamatore. Oksidi i azotit është një radikal i lirë (N = O), dhe ka mundësi të reagojë me radikalë të tjerë të lirë, siç është superoksidi, O₂²⁻. Reaksioni ndërmjet këtyre dy radikalëve të lirë, në citoplazmën e makrofagëve prodhon agjentin e fuqishëm oksidues, peroksinitrit ONOO', që mund të reagojë me lipidet, ADN-në dhe proteinat. Mendohet se peroksinitriti është agjenti kryesor, i prodhuar nga makrofagët, për të vrarë patogjenët invazorë. Zbulimi se NO është aktivator i guanilatciklazës ka ndodhur në vitet 70 nga Ferid Murat dhe kolegët e tij (Universiteti Virxhinia). Ky grup studjuesish ishte duke punuar me azidin (Na), një inhibitor ky potent i transportit të elektroneve dhe patën rastin të zbulojnë se kjo molekulë stimulonte, në ekstraktet qelizore, formimin e GMPc. Murat dhe bashkëpuntorët e tij më në fund provuan se azidi shndërrohej në NO, që në fakt përfaqësonte aktivatorin efektiv të guanilat ciklazës. Shkallët e ndërmjetme të këtij procesi u plotsuan nga Robert F. Furchgott and Louis J. Ignarro of UCLA, dhe për këtë zbulim të tre u nderuan në vitin 1998 me Çmimin Nobel. Prej shumë vitesh ka qenë e njohur se acetilkolina vepronte në organizëm duke relaksuar qelizat e muskulaturës së lëmuar të enëve të gjakut, por ishte vrojtuar se përgjigja ndaj acetilkolinës nuk ndodhte në kondita in vitro. Në fund të viteve 70, Robert Furchgott, një farmakolog nga Qëndra Mjekësore e Nevv York State, ishte duke studjuar përgjigjen invitro të fragmenteve të aortës së lepurit ndaj agjentëve të ndryshëm. Për arsye teknike ai përdori në vënd të strisheve të indit aortik, një unazë aorte dhe zbuloi që preparati përgjigjej ndaj acetilkolinës duke u relaksuar. Studimet më të vonshme treguan se për shkak të dëmtimit gjatë diseksionit, strishet nuk e kishin endotelin. Këto rezultate treguan se qelizat endoteliale përfshiheshin në procesin e relaksimit të muskulaturës së lëmuar, në përgjigje ndaj veprimi t të acetilkolinës. Më pas u gjet se acetikolina lidhej me një receptor në membranën e qelizav e endoteliale duke shkaktuar prodhimin e një agjenti difuzibël, që kalonte në qelizat muskulare dhe provokonte relaksimin e tyre. Në vitin 1986 nga Luis Ignarro (University of California, Los Angeles - UCLA) dhe Salvador Moncada (Wellcome Research Labs, England) u identifikua që agjenti difuzibël ishte oksidi i azotit (NO) (fig. 12.8). Lidhja e acetilkolinës me sipërfaqen e jashtme të qelizës endoteliale, indukton një rritje në përqëndrimin citosolik të joneve kalçium , që nga ana e vet aktivizon NO- sintetazën. Kjo e fundit katalizon reaksionin: argininë + O₂ = citrulinë + NO. NO e formuar në qelizën endoteliale, difundon përmes membranës plazmatike të qelizës muskulare dhe futet në brendësi të saj. Në qelizën muskulare, NO lidhet dhe stimulon guanilatciklazën, enzimë kjo që hidrolizon GTP deri në GMP ciklike (GMPc), e cila përfaqëson një mesazher të rëndësishëm sekondar të ngjashëm me AMPc. Është GMPc që aktivizon pompa të joneve Ca2+ duke shkaktuar kështu uljen e përqëndrimit të joneve kalçium në citosol, gjë që pasohet nga relaksimi muskular dhe zgjerimi i enëve të gjakut. Këto studime shpjeguan edhe pse nitroglicerina është përdorur që nga viti 1800 për të trajtuar anginën, që shkaktohet nga një fluks i papërshtatshëm i gjakut në zemër. Në këtë rast nitroglicerina metabolizohet deri në NO, i cili më pas stimulon relaksimin e muskulaturës së lëmuar të enëve të gjakut. Në këtë rast, zemrës nuk i duhet të “lodhet” shumë pë të pompuar gjakun nëpër trup. Rëndësia e gazit NO në mbajtjen e fluksit të gjakut është provuar edhe në kondita të tilla fatale, siç është shoku septik, gjatë të cilit zgjerohen enët e gjakut të të gjithë trupit, duke shkaktuar një ulje dramatike të presionit të gjakut. Shoku septik nxitet nga molekula të paretit qelizor të çliruara gjatë infeksi onit nga disa lloj bakteresh gramnegative. Materiali i pareteve qelizorë të këtyre bakter eve, nxit çlirimin sistemik të NO-së nga ana e makrofagëve, gjë që pasohet me zgjerimin drastik të enëve të gjakut. Inhibitorët e NO-sintetazës paraqiten premtues për trajtimin efikas të shokut septik. Zbulimi i rolit të gazit NO si mesazher sekondar, pati një ndikim praktitk në miliona njerëz si rezultat i prodhimit të Viagrës (Sildenafil). Gjatë eksitimit seksual, impulset nervorë në penis nxisin çlirimin e NO-së, që nga ana e vet shkakton relaksimin e qelizave të muskulaturës së lëmuar në mbështjelljen e enëve të gjakut të penisit. Kjo shkakton mbushjen e këtij organi me gjak, gjë që sjell si pasojë dhe ereksionin e tij. Viagra nuk influencon në çlirimin e gazit NO dhe as në aktivizimin e guanilatciklazës, por vepron si inhibitor i fosfodiesterazës së varur nga cGMP, e cila nga ana e vet përfaqëson enzimën që degradon GMPc. Kuptohet që inhibimi i kësaj enzime mban në një nivel të lartë GMPc, duke luajtur kështu rol në ruajtjen e gjëndjes së erektuar të penisit. Kjo sepse aktivizohet një proteinkinazë G, që sjell si pasojë një aktivizim të mëtejshëm, Ca2+ ATP- azës. Ky proces shoqërohet me një ulje të përqëndrimit për jonet Ca'', që rezulton edhe në relaksimin e muskulaturës së lëmuar të enëve të gjakut. Ekzistojnë disa izoforma të kësaj enzime në inde të ndryshëm humanë. Viagra është në fakt një izoformë mjaft specifike e GMPc- fosfodiesterazës (PDES), e cila përfaqëson edhe versionin që vepron në penis. Një tjetër izoformë e kësaj enzime PDE3, luan një rol të rëndësishëm në rregullimin e tkurrjes kardiake, por për fat ajo nuk inhibohet nga ky preparat. NO ka disa funksione të rëndësishme siç janë: përgjigja imune, rregullimi i rrymës së gjakut dhe modulimi i neurotransmetimit. NO gjithashtu merr pjesë në kontrollin e gjumit, axhustimin e temperaturës së trupit si dhe modulimet e sinapseve. Ajo që mund të shtojmë në fund për NO, është se NO-sintetaza haset në përqëndrime të larta në tru, gjë që sugjeron se ky mesazher ka mundësi të jetë i përfshirë në mjaft aspekte akoma të paidentifikuara të funksionimit të sistemit nervor qendror. Monoksidi i karbonit (CO), është një tjetër gas që përdoret si sinjal brendaqelizor. Ai mund të veprojë në të njëjtën rrugë si dhe monoksidi i azotit, NO, duke stimuluar guanilat- ciklazën. Këto gaze nuk përfaqësojnë të vetmet molekula sinjalizuese, që mund të kalojnë direkt përmes membranës plazmatike të qelizës shenjë. Ekziston një grup i hormoneve dhe mediatorëve lokalë të vegjël dhe hidrofobë, që futen në qelizën shenjë po në të njëjtën rrugë si NO dhe CO, por në vend që të lidhen me enzima, ata lidhen me receptorë brenda qelizorë. Me mënyrën se si këto lloj molekula veprojnë, do të njihemi në paragrafin vijues. 12.1.8 Receptorët bërthamorë përfaqësojnë proteina rregullatore të gjeneve të varura nga ligandët Një numër i vogël i molekulave sinjalizuese hidrofobike, difundojnë direkt përmes membranës plamatike të qelizës target dhe lidhen me receptorë proteinikë brenda qelizorë. Këtu përfshihen hormonet steroidë, hormonet tiroidë, retinoidet dhe vitamina D. Megjithëse këto lloje molekulash dallohen nga njëra tjetra, si përsa i përket strukturës ashtu edhe funksionit, ata të gjitha veprojnë me anën e një mekanizmi të ngjashëm. Kështu mbasi këto lloj molekulash sinjalizuese futen në brendësi të qelizës, lidhen me receptorin brenda qelizor dhe më pas ky i fundit tashmë i aktivizuar lidhet tek ADN-ja duke rregulluar transkriptimin e gjeneve specifikë. Të gjithë receptorët që ndjekin këtë rrugë veprimi, janë të ngjashëm nga ana strukturale dhe i takojnë superfamiljes së receptorëve bërthamorë. Në këtë superfamilje futen edhe receptorë proteinikë që aktivizohen më tepër nga metabolite brenda qelizore se sa nga molekula sinjalizuese të sekretuara. Shumë përfaqësues të kësaj familje është bërë e mundur të identifikohen me metodën e sekuencimit të ADN-së, por akoma nuk është zbuluar se cilët janë ligandët e tyre. Proteina të kësaj natyre njihen edhe me nofkën proteina receptore “jetime”. Rëndësia e receptorëve të tillë bërthamorë në disa kafshë, duket edhe nga fakti se p.sh. 1-2% e gjeneve të nematodit C. elegans kodojnë për to. Tek njeriu gjenden deri në 50 gjene të kësaj natyre. Hormonet steroidë, që përfshijnë kortizolin, hormonet seksualë steroidë, vitaminën D dhe ekdizonin (hormonin e zhveshjes së kitinës tek insektet), janë që të gjithë të formuar nga kolesteroli. Kortizoli, prodhohet nga pjesa kortikale e gjendrës mbiveshkore (adrenale ) dhe influencon në metabolizmin e shumë qelizave. Hormonet seksualë steroidë, prodhoh en nga qeliza specifike, në ovare dhe testikuj, dhe janë përgjegjës për përcaktimin e seksit dhe të tipareve seksuale sekondare. Vitamina D, sintetizohet në lëkurë në përgjigje të dritës, më pas në mëlçi e në veshka shndërrohet në formën e saj aktive që rregullon metabolizmin e joneve kalcium: nxit thithjen e joneve kalcium nga zorrët dhe reduktimin e ekskretimit të tij nga veshkat. Vitamina D konsiderohet një hormon: aktivizimi i prohormonit vitaminë D, rezulton në një formë aktive që njihet si kaiçitriol. Rradha e ngjarjeve është si vijon: vitamina D (kaiçiferol), shndërrohet fillimisht në mëlçi në kalçifediol. Më pas kalçifedioli hidroksilohet në veshka dhe jep formën e aktivizuar kaiçitriol. Ky i fundit qarkullon në gjak dhe luan në rol të rëndësishëm në rregullimin e përqëndrimit të kalçiumit dhe fosfatit, si dhe promovon rritjen e rimodelimin e kockave. Hormonet tiroidë, që formohe n nga aminoacidi tirozinë, veprojnë duke rritur nivelin metabolik në një numër të madh e të ndryshëm qelizash të trupit. Vitamin A, është emri për një grup retinoidesh të tretshëm në yndyrna, ku përfshihen retinoli, retinali dhe esteret e retinylit. Vitamina A është kritike për shikimin sepse është komponent esencial i rodopsinës. Vitamin A gjithashtu mbështet rritjen dhe diferencimin qelizor dhe luan rol të rëndësishëm në funksionimin normal të zemrës, mushkrive, veshkave dhe organeve të tjera. Pra retinoidet luajnë rol të rëndësishëm si mediatorë lokalë në zhvillimin e vertebrorëve. Acidet retinoikë janë produkte të retinolit, dhe në të gjithë vertebrorët ndërhyjnë dhe janë të rëndësishëm gjatë fazës së hershme të zhvillimit embrional. Ata veprojnë si molekula sinjalizuese brenda qelizore për të kontrolluar organizimin e strukturave për gjatë boshtit anteriorfposterior. Acidet retinoikë veprojnë duke u lidhur tek receptori i acidit retinoik, (RAR) i cili është i lidhur si heterodimer me receptorin X retinoid (RXR) në sekuenca rregullatore të njohura si RARE (retinoic acid response elements). Lidhja e acidit retinoik tek RAR, ja ndryshon konformacionin këtij të fundit, duke mundësuar lidhjen e proteinave të tjera (ku përfshihen edhe ato Hox), të cilat mund të induktojnë apo represojnë transkriptimin. Të gjitha molekulat sinjalizuese që përmendëm më sipër, janë të patretshme në ujë, por transportohen në gjak dhe në lëngun jashtë qelizor me anën e proteinave transportuese specifike, prej të cilave ato shkëputen përpara se të futen në qelizën target. Molekulat sinjalizuese që nuk treten në ujë, dallohen nga ato që janë të tretshme në ujë, jo vetëm nga mënyra se si ato veprojnë në qelizën shenjë, por edhe koha që ato qëndrojnë në gjak apo në lëngjet indorë. Shumica e hormoneve të tretshëm në ujë (hidrofilë), largohen dhefose shkatërrohen për disa minuta pas futjes së tyre në gjak, ndërsa mediatorët lokalë dhe neurotejçuesit, largohen edhe më shpejt, në disa sekonda apo milisekonda. Në dallim prej tyre, hormonet steroidë (hidrofobë), qëndrojnë në gjak me orë, ndërsa hormonet tiroidë me ditë. Si pasojë molekulat sinjalizuese që treten në ujë, zakonisht ndërmjetësojnë përgjigje që zgjasin për një kohë të shkurtër, ndërsa ato të pa tretshme në ujë, ndërmjetësojnë përgjigje që zgjasin mjaft. Një pjesë e receptorëve, ku bën pjesë edhe kortizoli, fillimisht lokalizohen në citoplazëm dhe pasi lidhen me ligandin (molekulën sinjalizuese), spostohen për në bërthamë, të tjerë, si receptorët tiroidë dhe retinoidë, janë të lidhur me ADN-në edhe në mungesë të ligandit. Në të dy rastet receptorët inaktivë janë të lidhur me komplekse proteinikë inhibitorë. Është pikërisht lidhja e ligandit që ndryshon konformacionin e proteinës receptore, duke shkaktuar shkëputjen e inhibitorit. Lidhja e ligandit sjell si pasojë edhe lidhjen e koaktivatorit tek receptori i aktivizuar. Është pikërisht kompleksi tresh receptor-ligand-koaktivator, që njeh një sekuencë në ADN (receptor binding element) dhe indukton transkriptimin e gjeneve specifikë (fig. 12.9). 12.1.9 Tre klasat e proteinave receptore të sipërfaqes qelizore Të gjitha molekulat sinjalizuese të tretshme në ujë (përfshirë këtu edhe neurotransmiterët e të gjitha proteinat sinjalizuese), lidhen me proteina receptore specifike në membranën plazmatike të qelizave target. Këto proteina receptore veprojnë si konvertuese të sinjalit. Ato konvertojnë një ngjarje të lidhur me një ligand ekstraqelizor, në një sinjal brendaqelizor, që bëhet shkak për ndryshimin e sjelljes së qelizës target. Pjesa më e madhe e receptorëve sipërfaqësorë, mbështetur në mekanizmin konvertues që ato përdorin, kategorizohen në tre klasa (fig. 12.10): 1. Receptorët e lidhur me kanale jonikë, janë të përfshirë në sinjalizimin e shpejtë sinaptik. Ky tip sinjalizimi ndërmjetësohet nga një numër i vogël neurotejçuesish, të cilët në mënyrë tranzite hapin apo mbyllin kanale jonikë, që formohet nga proteina me të cilën ato lidhen, duke ndryshuar përshkueshmërinë jonike të membranës plazmatike (pra duke e duke e depolarizuar apo ripolarizuar atë). Receptorët e kësaj natyre i takojnë një familje të proteinave transmembranore homologe që palosen disa herë në membranë. Një shembull i kësaj natyre është receptori acetilkolin nikotinik, të cilin në kapitujt e më parshëm e kemi analizuar në detaje. 2. Receptorët e lidhur me G-proteinat, veprojnë në mënyrë indirekte për të rregulluar aktivitetin e një proteine target, e cila nga ana e vet është e lidhur me membranën plazmatike. Proteina target mund të përfaqësohet nga një enzimë apo një kanal jonik. Ndërveprimi midis receptorit dhe kësaj proteine, realizohet nga një proteinë e tretë e quajtur G-proteinë trimerike. Aktivizimi i proteinës target mund të ndryshojë përqëndrimin e një apo më shumë ndërmjetësve brenda qelizorë (nëse proteina target përfaqëson një enzimë), ose mund të ndryshojë përshkueshmërinë e membranës plazmaitke (nëse proteina target përfaqëson një kanal jonik). Mediatorët brenda qelizorë veprojnë nga ana e tyre duke ndryshuar sjelljen e proteinave të tjera sinjalizuese në qelizë. Të gjithë përfaqësuesit e receptorëve të lidhur me G.proteinat, i takojnë një familje të madhe të proteinave homologe transmembranore me 7α-helika. 3. Receptorët e lidhur me enzimat, të cilët kur aktivizohen, mundet ose të veprojnë në mënyrë direkte si enzima funksionale, ose të asociohen me enzimat që aktivizojnë. Ata përfaqësojnë proteina që depërtojnë vetëm një herë membranën (pra me një α-helikë) dhe që e kanë sitin e lidhjes me ligandin jashtë qelizës, ndërsa sitin katalitik, apo atë të lidhjes me enzimën, në brendësi të qelizës. Në krahasim me dy klasat e tjera, receptorët e lidhur me enzimat, paraqiten më heterogjenë nga ana strukturale. Pjesa më e madhe e tyre përfaqësojnë proteinkinaza, ose janë të shoqëruara me proteinkinaza. Lidhja e ligandit në to shkakton fosforilimin e një kompleti specifik të proteinave në qelizën target. 12.1.10 Shumica e receptorëve sipërfaqësorë e transmetojnë sinjalin përmes molekulave të vogla dhe rrjetës së proteinave sinjalizuese brendaqelizore Sinjalet e marra në sipërfaqen e qelizës, si me anën e një receptori të lidhur me G-proteinat, ashtu edhe me anën e një receptori të lidhur me enzimat, transmetohen në brendësi të qelizës me anën e kombinimit të molekulave të vogla e të mëdha të sinjalizimit brenda qelizor. Si rezultat i zinxhirit të ngjarjeve të sinjalizimit brenda qelizor, proteinat target ndryshojnë, gjë që shkakton edhe modifikimin e sjelljes qelizore. Molekulat e vogla të sinjalizimit qelizor njihen si mediatorë brendaqelizorë të vegjël apo mesazherë sekondarë (mesazheri primar është vetë sinjali jashtë qelizor). Ato, në përgjigje të aktivizimit të receptorit, prodhohen në një numër të madh dhe zakonisht difundojnë me shpejtësi prej zonës së tyre burimore, duke e përcjellë sinjalin në pjesë të tjera të qelizës. Disa prej tyre si AMPciklike dhe jonet Ca2+, janë të tretshëm në ujë e prandaj difundojnë në citosol, ndërsa diacilgliceroli është i tretshëm në lipide dhe difundon në planin e membranës plazmatike. Në të dy rastet ato e transmetojnë sinjalin, ose duke ndryshuar sjelljen e një proteine sinjalizuese të selektuar ose të një proteine targetuese. Molekulat e mëdha të sinjalizimit përfaqësojnë proteina sinjalizuese brendaqelizore, që në përgjithësi e transmetojnë sinjalin në brendësi të qelizës, ose duke aktivizuar një proteinë tjetër sinjalizuese (në zinxhirin e sinjalizimit), ose/dhe duke prodhuar mediatorë brendaqelizorë të vegjël. Këto proteina mund të klasifikohen sipas funksionit të tyre të veçantë, megjithse një pjesë mund të përfshihen në më shumë se një kategori (fig. 12.11): 1. Proteina ritransmetuese, që thjesht kalojnë mesazhin në molekulën tjetër sinjalizuese të zinxhirit. 2. Proteina mesazhere (ndërlidhëse), që transmetojnë sinjalin nga një pjesë e qelizës në një tjetër, si p.sh. nga citosoli në bërthamë. 3. Proteina adaptore, që lidhin dy ose më shumë proteina së bashku, pa ndërhyrë vetë në transportin e sinjalit. 4. Proteina amplifikuese, të cilat zakonisht janë ose enzima ose kanale jonikë, që fuqizojnë apo rritin sinjalin e marrë. Këtë ato e bëjnë, si duke prodhuar një sasi të madhe molekulash të vogla ndërmjetëse brenda qelizore, ashtu edhe duke aktivizuar një numër të madh proteinash sinjalizuese që i takojnë përbërësve më të vonshëm të zinxhirit. Kur për gjatë zinxhirit ritransmetues, ekzistojnë shkallë të amplifikumit të shumëfishtë, flitet për një kaskadë të sinjalizimit. 5. Proteina konvertuese, që shndërrojnë sinjalin në një formë të ndryshuar. Kështu enzima që formon AMP-në ciklike, është një shembull në këtë drejtim: ajo konverton sinjalin dhe e amplifikon atë, duke shërbyer në të njëjtën kohë edhe si konvertues edhe si amplifikues. 6. Proteina bifurkative, që përhapin sinjalin nga një rrugë sinjalizuese në një tjetër. 7. Proteina integratore, që marrin sinjalin nga dy ose më shumë rrugë sinjalizuese dhe i integrojnë ato para se ta ritransmetojnë sinjalin në një nivel tjetër të zinxhirit. 8. Proteina rregullatore të gjeneve latentë, që aktivizohen në sipërfaqen qelizore nga receptorët e aktivizuar: këto proteina rregullatore të aktivizuara migrojnë më pas në bërthamë për të stimuluar transkriptimin e gjeneve. 12.1.11 Disa proteina të sinjalizimit brendaqelizor veprojnë si molekula “ndezëse” Siç duket edhe nga figura, në sinjalizimin brendaqelizor ndërhyjnë edhe proteina të tjera të rëndësishme, si: proteina modulatore, që modifikojnë sinjalin dhe në përgjithësi rregullojnë fuqinë e sinjalizimit për gjatë zinxhirit, proteina ankoruese, që i mbajnë proteinat e sinjalizimit në një pozicion preçiz, duke i mbërthyer ato në një membranë apo në citoskelet, proteina mbështetëse të tipit “skelë” (scaffold), të cilat përfaqësojnë proteina adaptore dhefose ankoruese, që lidhin disa proteina të sinjalizimit të shumfishtë në një kompleks funksional dhe shpesh të atashuar në një zonë specifike të qelizës. Shumë proteina sinjalizuese brendaqelizore sillen si molekula” ndezëse”. Pra me marrjen e sinjalit ato kalojnë nga gjendja inaktive në atë aktive (svvitch on), deri sa një proces tjetër t'i inaktivizojë apo “shuajë” (svvitch off) ato, duke i kthyer në gjendjen origjinore. Kjo i jep mundësi përfaqësuesve të zinxhirit të sinjalizimit, të cilët punojnë sipas këtij parimi, që të jenë në gjendje të transmetojnë një sinjal tjetër. Molekulat ndezëse ndahen në dy klasa kryesore që veprojnë në rrugë të ndryshme, megjithëse në të dy rastet është përfitimi apo humbja e grupeve fosfat që përcakton në se ato janë aktive apo inaktive Në klasën e parë bëjnë pjesë proteina që fosforilohen me anën e proteinkinazave dhe defosforilohen me anën e fosfatazave. Ka të dhëna, se në qelizat eukariotike gati 173 e proteinave aktivizohen dhe deaktivizohen në këtë rrugë. Shumë nga proteinat e sinjalizimit që aktivizohen nëpërmjet fosforilimit janë disa herë vetë proteinkinaza, duke u bërë kështu pjesë e kaskadës së fosforilimit. Në këtë rast, një proteinkinazë e aktivizuar me anën e fosforilimit, fosforilon nga ana e vet një tjetër proteinë kinazë në vijim të zinxhirit të sinjalizimit dhe kështu me rradhë. Dy janë tipat e proteinkinazave, që veprojnë si proteina të sinjalizimit brendaqelizor: serinfthreoninkinazat, të cilat fosforilojnë proteinat në serinë apo threoninë dhe tirozinkinazat, të cilat fosforilojnë proteinat tek tirozina. Analizat e sekuencimit të gjenomit, kanë zbuluar se rreth 296 e gjeneve tona kodifikojnë proteinkinaza. Në një qelizë tipike të gjitarëve janë të pranishme me qindra proteinkinaza të ndryshme (fig.12.12A). Një klasë tjetër e molekulave ndezëse, përfaqësohet nga proteinat e lidhura me GTP apo siç quhen shkurt G-proteinat. Këto proteina ndizen (svvitch on), apo kalojnë në një gjendje aktive kur me to është e lidhur GTP, ndërsa kur në vënd të saj është GDP, ato paraqiten inaktive, pra shuhen (svvitch off). Proteina të kësaj natyre, pasi aktivizohen, sillen si GTP-aza duke hidrolizuar të tjera molekula GTP në GDP (fig.12.12B). Ekzistojnë dy tipa të proteinave të lidhura me GTP: G-proteinat e mëdha trimerike (që zakonisht quhen thjesht G-proteina) dhe GJPazat e vogla monomerike ( që quhen edhe proteina monomerike të lidhura me GTP). Të dy tipat e proteinave, ndërhyjnë në ritransmetimin e sinjalit brendaqelizor, por G-proteinat monomerike kanë të bëjnë edhe me rregullimin e trafikut vezikular dhe me shumë procese të tjera në qelizat eukariotike. 12.1.12 Komplekset sinjalizues brendaqelizorë intensifikojnë shpejtësinë, efiçiencën dhe specificitetin e përgjigjes Një sinjal i vetëm ekstraqelizor, që vepron duke aktivizuar një receptor të lidhur me një G- proteinë apo me një enzimë, zakonisht aktivizon rrugë të shumfishta paralele të sinjalizimit, duke influencuar kështu në aspekte të shumfishtë të sjelljes qelizore, si p.sh. forma, lëvizja, metabolizmi dhe shprehja e gjeneve. Procesi në këtë rast është mjaft kompleks. Akoma nuk është e qartë se si një qelizë mundet të menaxhojë përpunimin e përgjigjeve specifike nga kaq shumë sinjale të ndryshëm ekstraqelizorë, aq më tepër që një pjesë e tyre lidhen në të njëjtën klasë të receptorëve dhe aktivizojnë disa herë të njëjtat rrugë të sinjalizimit. Një nga strategjitë që përdor qeliza për të arrirë këtë specificitet, përfshin edhe proteinat mbështetëse apo tip “skele” (scaffold proteins), të cilat organizojnë grupe të proteinave të sinjalizimit ndëraktiv në komplekse të sinjalizimit. Ndërveprimi midis përbërësve suksesivë, udhëhiqet nga proteinat “skelë” (scaffold) dhe prandaj sinjali ritransmetohet me shpejtësi, saktësi dhe efiçiencë. Në këtë rast mundësohet që edhe kryqëzimet e padëshëruara, ndërmjet rrugëve të ndryshme të sinjalizimit, të mënjanohen. Por sidoqoftë, që sinjali të mund të amplifikohet e të përhapet në pjesë të tjera të qelizës, disa nga përbërësit e rrugëve metabolike duhet të jenë difuzibël. Në raste të tjera komplekset sinjalizuese formohen vetëm tranzit, mbasi një sinjal ekstraqelizor ka aktivizuar receptorin, ky i fundit grumbullon rreth vetes përbërësit e rrugës sinjalizuese, duke formuar kështu një kompleks sinjalizues. Në disa nga këto raste është “bishti” citoplazmatik i fosforiluar i receptorit të aktivizuar që shërben si një zonë ankoruese për përbërësit e rrugës sinjalizuese (fig. 12.13). 12.1.13 Ndërveprimet midis proteinave sinjalizuese brendaqelizore realizohen me anën e domeneve modularë Organizimi si i komplekeseve të qëndrueshëm edhe atyre tranzitivë, varet nga prania e një shumëllojshmërie të domeneve apo moduleve të vegjël lidhës, në pjesën më të madhe të proteinave sinjalizuese brendaqelizore. Çdo njëri prej këtyre moduleve njeh dhe lidhet me një motiv struktural të veçantë të një proteine apo lipidi me të cilin proteina sinjalizuese ndërvepron. Disa nga domenet më të hasur po i rendisim më poshtë: - Domenet SH2 (Src homology 2), që lidhen në tirozinat e fosforiluara të një sekuence të veçantë peptidike, e cila ndodhet tek receptori i aktivizuar ose tek proteina sinjalizuese brendaqelizore. -Domenet SH3 (Src homology 3), që lidhen tek një sekuencë e shkurtër aminoacidike e pasur me prolinë - Domenet PTB (phosphotyrosine-binding), që lidhen gjithashtu në tirozinat e fosforiluara të një sekuence peptidike, e cila ndodhet tek receptori i aktivizuar ose tek proteina sinjalizuese brendaqelizore. -Domenet PH (pleckstrin homology i përshkruar për herë të parë tek pllakëzat e gjakut), që lidhen tek grupet e ngarkuar të inozitol fosfolipidit të fosforiluar. Ky i fundit formohet në membranën plazmatike në përgjigje të një sinjali jashtëqelizor. - Domenet PDZ (për herë të parë janë gjetur në sinapset, në një zonë të caktuar — postsynaptic density zone), që hasen në formë të shumfishtë tek proteinat e tipit “skelë” (scaffold) dhe secili prej tyre lidhet me një motiv specifik të një receptori apo të një proteine sinjalizuese(fig. 12.14). Si një shembull të rëndësisë së domeneve të kësaj natyre po sjellim proteinën InaD të tipit “skelë” tek drozofila. Kjo proteinë përmban pesë domene të tipit PDZ dhe është karakteristike për qelizat fotoreceptore. Njëri prej domeneve PDZ, lidhet me një kanal jonik që aktivizohet prej dritës, ndërsa të tjerët lidhen secili me nga një proteinë sinjalizuese të ndryshme, secila prej të cilave përfshihet në përgjigjen e qelizës ndaj dritës. Nëse njëri prej këtyre domeneve PDZ mungon, proteina sinjalizuese koresponduese nuk organizohet në kompleksin e sinjalizimit, gjë që sjell si pasojë defekte në shikim. 12.2 Receptorët e çiftuar me proteinat G 12.2.1 Struktura dhe funksioni i receptorëve të çiftuar me proteinat G Shpërbërja e glikogjenit deri në glukoz 1.monofosfat tek vertebrorët, kontrollohet nga disa hormone, por sidomos nga glukagoni, që sekretohet nga pjesa endokrine e pankreasit (qelizat a) dhe adrenalina, që sekretohet nga pjesa medulare e gjendrës mbiveshkore. Glukagoni përfaqëson një proteinë të vogël, që përmban 29 aminoacide, ndërsa adrenalina është një aminë e vogël hidrofilike, që sintetizohet duke u nisur nga aminoacidi tirozinë. Këto molekula nuk kanë asgjë të përbashkët përsa i përket strukturës, megjithëse që të dyja aktivizojnë të njëjtin efektor, që në këtë rast përfaqësohet nga adenilat ciklaza. Kjo e fundit përfaqëson një proteinë integrale të përbërë nga dy pjesë, secila prej të cilave përmban 6 helika trans- membranore. Qëndra aktive e enzimës është e lokalizuar në sipërfaqen e brendshme të membranës, në një të “çarë” të vendosur ndërmjet dy domeneve citoplazmatikë të ngjashëm. Aktiviteti i kësaj enzime, siç do ta shohim më poshtë rregullohet me anën e proteinave të tipit G (fig.12.15). Receptorët për të dy këta hormone të ndryshëm, përfaqësojnë proteina integrale të të njëjtës familje, që depërtojnë membranën me anën e 7 α-helikave (fig. 12.16). Molekulat e të dy tipave të receptorëve dallohen përsa i përket zonës ku lidhet ligandi (që në këtë rast përfaqësohet nga hormonet në fjalë). Kjo zonë ndodhet në sipërfaqen ekstraqelizore të secilit prej receptorëve. Transmetimi i sinjalit nga receptori tek efektori ndërmjetësohet nga një përbërës i tretë në sistemin e transmetimit të sinjalit që përfaqësohet nga proteinat trimerike G. Këto proteina karakterizohen nga një organizim heterotrimerik, sepse përbëhen nga tre nënnjësi peptidike të ndryshme: nënjësia a, B dhe ajo y. Receptorët që përmbajnë 7 helika transmembranore bëjnë pjesë në një familje proteinash specifike, që njihen me emrin receptorë të çiftuar me proteinat G (GPCR), pikërisht sepse funksionojnë gjithmonë të asociuar me proteinat heterotrimerike G. Është bërë e mundur të identifikohen me qindra GPCR të ndryshme në një gamë të gjërë organizmash, duke filluar nga tharmet, bimët e larta e deri tek gjitarët. Në fakt, GPCR-të i takojnë superfamiljes më të madhe të kodifikuar nga gjenomet e organizmave shtazorë. Kështu p.sh. C. elegans, që përmban gjithsej 19.000 gjene, kodifikon rreth 1000 GPCR të ndryshme. Ndër ligandët natyralë, që njohin dhe lidhen me këta receptorë, mund të përmëndim: hormone të grupeve të ndryshëm, neurotransmiterë, derivate të opiumit, faktorë kemiostatikë, molekula me erë dhe shije të caktuar (që njihen nga receptorët e të nuhaturit e të shijuarit) dhe fotonet e dritës. Rruga që çon, që nga receptori i aktivizuar përmes G proteinës së aktivizuar, deri në aktivizimin e efektorit të lidhur me membranën plazmatike, ndjek një seri ngjarjesh që nuk varen nga natyra e stimulit specifik. Ngjarjet rrjedhin si vijon: 1. Aktivizimi i proteinës G nga ana e receptorit. Lidhja e ligandit në receptorin përkatës që është i çiftuar me proteinën G, shkakton një ndryshim në konformacionin e receptorit, në saje të të cilit rritet afiniteti i tij për proteinën G. Ky në fakt është i vetmi funksion i ligandit jashtëqelizor. Kompleksi receptor ligand, lidhet tek proteina G në sipërfaqen e brendshme të membranës, duke formuar një kompleks receptor-.proteinë G heterotrimerike (faza1) (fig. 12.17). Ndërveprimi me receptorin shkakton një ndryshim konformacional tek nënnjësia a, që sjell si pasojë shkëputjen e GDP-së dhe zëvëndësimin e saj me GTP (faza 2). Një receptor i vetëm, kur është në gjendje të aktivizuar, mund të aktivizojë një seri molekulash të proteinës G, duke kontribuar kështu në fazën e parë të procesit të amplifikimit të sinjalit. 2. Transmetimi i sinjalit nga proteina G tek efektori. Shkëmbimi i GDP-së me GTP, ndryshon konformacionin e nënnjësisë Gα, duke provokuar shkëputjen e saj prej receptorit dhe prej dy nënnjësive të tjera të proteinës G. Këto të fundit mbeten së bashku në formën e kompleksit Gβγ (faza 3,fig.12.17). Tashmë nënnjësia Gα e shkëputur nga nënnjësitë e tjera dhe receptori (por gjithmonë e lidhur me GTP) është e lirë të aktivizojë efektorin adenilat ciklazë (faza 4). Ky i fundit në formë të aktivizuar hidrolizon ATP-në, duke formuar mesazherin sekondar AMP ciklike (faza 5). Disa herë kompleksi Gβγ, mund të lidhet dhe aktivizojë efektorë të tjerë si p.sh. kanale jonikë, duke krijuar kështu një rrugë tjetër të sinjalizimit në qelizën shenjë 3. Fundi i përgjigjes. Nëse bëjmë një përmbledhje të ngjarjeve të përshkruara më sipër, rezulton se lidhja e ligandit me receptorin GPCR bëhet shkak për formimin e dy komplekse sinjalizuese aktivë: a) një kompleks receptor GPCR- ligand që vepron mbi proteinën G dhe b) një kompleks nënnjësi Ga,- GTP, të shkëputur nga dy nënnjësitë e tjera, që vepron mbi efektorin. Lidhur me inaktivizimin e kompleksit sinjalizues (a), deri disa kohë më parë mendohej se receptori GPCR që prej momentit që ligandi nuk paraqitej në mjedis dhe i lidhur me receptorin, nuk dërgonte më sinjale. Megjithëse tashmë është bërë e mundur të provohet se zvogëlimi i përqëndrimit të ligandit, është një faktor i ndërprerjes së disa përgjigjeve, në rastin e mjaft receptorëve të tipit GPCR, siç janë ata adrenergjikë dhe të rodopsinës, ka të dhëna që ata mund të jenë “të fikur”, edhe kur me to është i lidhur akoma ligandi. Ky fenomen i inaktivizimit të receptorit është quajtur desensibilizim dhe verifikohet në dy faza. Në fazën e parë, domeni citoplazmatik i receptorit GPCR të aktivizuar, fosforilohet nga një kinazë specifike e quajtur kinazë e receptorit të çiftuar me proteinën G (G protein coupled receptor kinase, GRK). Fosforilimi e përgatit receptorin GPCR për fazën e dytë, gjatë të cilës lidhet me një proteinë inhibitore, arrestinën (faza 6). Kjo e fundit inhibon aftësinë e receptorit për të aktivizuar molekula të tjera proteinë G. Ky veprim është njohur me emrin desensibilizim, sepse qeliza nuk përgjigjet më ndaj stimulit edhe kur ai vazhdon të jetë i pranishëm në sipër-faqen e jashtme qelizore. Desensibilizimi është një nga mekanizmat, që i lejon qelizës të përgjigjet ndaj një ndryshimi në mjedisin e saj, se sa të vazhdojë të jetë “e eksituar” pa kufi në prani të një mjedisi të pandryshuar. Molekulat e arrestinës, në kohën që janë të lidhura me receptorin GPCR të fosforiluar, janë në gjendje të lidhen edhe me molekula të klatrinës, që janë pjesë përbërëse e të ashtuquajturave “gropa të mbuluara”. Mutacionet që interferojnë me fosforilimin e receptorit rodopsinë nga ana e GRK-së, sjellin si pasojë vdekjen e qelizave fotoreceptore të retinës dhe ka mundësi të jenë shkaku i verbërisë së shkaktuar nga sëmundja retinit i pigmentuar (retinite pigmentosa). Mendohet se interferimi ndërmjet arrestinës së lidhur me klatrinën, nxit përfshirjen e receptorëve në vezikula endocitozike. Në disa raste ata nxirren përsëri në sipërfaqe pasi të jenë defosforiluar, ose mund të shkatërrohen në brendësi të aparatit endocitozik të qelizës. Lidhur me kompleksin sinjalizues (b), ka të dhëna që nënnjësia Ga e aktivizuar “fiket” nga një mekanizim i ndryshëm nga ai i kompleksit (a). Në këtë rast molekula GTP e lidhur me të, thjesht hidrolizohet në GDP (faza 6). Kështu forca dhe zgjatja e sinjalit varet pjesërisht nga shpejtësia e hidrolizes së GTP-së dhe pjesërisht nga nënnjësia Gα. Kjo sepse këto të fundit zotërojnë një aktivitet të dobët GTP-azik, që u jep atyre mundësi të hidrolizojnë lehtësisht GTP-në e lidhur, duke inaktivizuar vetvehten. Fundi i përgjigjes përshpejtohet edhe nga ndërveprimi me një proteinë aksesore, GAP që rrit efiçiencën e aktivitetit GTP-azik të nën-njësisë Gα. Pasi hidrolizohet GTP, Gα-GDP riasociohet me kompleksin βγ, duke formuar kështu kompleksin heterotrimerik inaktiv dhe duke mundësuar kështu “fikjen” e sistemit. Toksina kolerike (që prodhohet nga bakteri Vibrion cholerae), e jep efektin e saj duke modifikuar nënnjësinë Gα dhe inhibuar kështu aktivitetin e saj GTP-azik në qelizat e epitelit të zorrëve. Si pasojë molekulat e AMP-së ciklike mbeten në gjendje aktive, gjë që provokon sekrecionin e një sasie të madhe kriprash, proces që shoqërohet edhe me nxjerrjen e një volumi të madh fluidi në lumenin e zorrës. Kjo gjendje, për shkak të dehidratimit të trupit, shpesh rezulton me vdekje. Kombinacione të ndryshme të nënnjësive specifike, formojnë proteina G, që karakterizohen nga kapacitete të ndryshme për të reagur me izoformat specifike, si të receptorëve ashtu edhe të efektorëve. Siç e vumë në dukje më sipër, disa proteina G veprojnë duke inhibuar efektorët e tyre. Varet nga natyra e nënnjësisë q, nëse një proteinë G sillet si stimuluese apo inhibuese. Nënnjësitë a janë të ndara në katër klasa: Gαs, Gαi, Gαq, Gα12-13. I njëjti stimul mund të aktivizojë një proteinë G stimuluese (me nënjësinë Gαs), në një qelizë, dhe një proteinë G inhibitore (me nënnjësinë Gα) në një qelizë tjetër. Kështu p.sh. kur adrenalina lidhet në receptorët B- adrenergjikë mbi një qelizë të muskulaturës së zëmrës, aktivizohet një proteinë G me nënnjësinë Gαs, e cila stimulon prodhimin e AMP-së ciklike, gjë që sjell si pasojë rritjen e shpejtësisë dhe fuqisë së tkurrjes muskulare. Në të kundërt kur adrenalina lidhet me receptorët β- adrenergjikë, mbi një qelizë të muskulaturës së lëmuar të intestinit, aktivizohet një proteinë G me nënnjësinë Gαi, që inhibon prodhimin e AMP ciklike, duke shkaktuar kështu relaksimin e muskulit (fig. 12.8). 12.2.3 Roli i receptorëve të çiftuar me proteinat G në perceptimin ndjesor Aftësia jonë për të shikuar, shijuar dhe nuhatur varet në pjesën më të madhe të rasteve nga receptorë GPCR. Sot është e njohur se rodopsina, që është një proteinë e ndjeshme ndaj dritës dhe që haset në qelizat në formë shkopi të retinës sonë, përfaqëson një receptor të tipit GPCR. Qelizat fotoreceptore në formë shkopi, që përgjigjen ndaj dritës me intensitet të ulët na japin ne mundësinë t'i shohim sendet bardhë e zi, në një mjedis të errët apo gjatë natës. Receptorë të tjerë GPCR që janë të pranishëm në qelizat në formë koni të retinës na mundësojnë, nën veprimin e një drite me intensitet të lartë një shikim me ngjyra. Qeliza në formë shkopi është e strukturuar nga një rajon bërthamor, segment i jashtëm, segmenti i brendshëm dhe zona sinaptike, prej së cilës çlirohet një lëndë inhibitore në drejtim të qelizës nervore retinale. Në membranën e segmentit të jshtëm ndodhen kanalet "porta" jonikë të varur nga GMPc, ndërsa në brendësi të segmentit të jashtëm ndodhen membrana të shumta në formë disku të pajisura me rodopsinë, G-proteinë (transducina) dhe enzimën GMPc-fosfodiesterazë (PDE) Përthithja e dritës nga ana e një molekule rodopsinë, indukton një ndryshim të konformacionit të saj, që mundëson transmetimin e sinjalit tek transducina. Kjo e fundit aktivizon efektorin, PDE, i cili nga ana e tij hidrolizon GMPc në GMP, duke nxitur mbylljen e disa kanaleve specifikë për kationet, hapja e të cilëve varet nga prania e GMPc-së (fig.12.20). Si pasojë membrana hiperpolarizohet, gjë që shoqërohet me një intesitet të ulët të çlirimit të lëndës inhibitore dhe për pasojë ne shikojmë. Në errësirë, enzima guanilat ciklazë hidrolizon GTP-në duke formuar kështu GMPc. Kjo e fundit indukton hapjen e kanaleve “portë”, që lejojnë jonet e natriumit të rrjedhin përmes tyre. Për pasojë membrana depolarizohet deri në vlerën -40mV, gjë që mundëson një çlirim të lartë të lëndës inhibitore dhe për pasojë ne nuk shohim. Ndijimi i erës nga ana jonë varet nga impulset nervorë që transmetohen përgjatë nervit olfaktor. Ky i fundit shtrihet nga epiteli, që vesh kavitetin nazal, deri tek bulbi olfaktor që është i lokalizuar në telencefal. Pjesët më skajore të neuroneve olfaktorë, që përfaqësojnë cile të modifikuara, janë të lokalizuara në epitelin nazal dhe përmbajnë receptorët GPCR ose receptorët olfaktorë. Këta të fundit janë në gjendje të lidhen me lëndë të caktuara kimike që futen në kavitetin nazal. Ne disponojmë më shumë se 500 receptorë olfaktorë, që mund të kombinohen me një shumëllojshmëri të madhe strukturash kimike të ndryshme. Ka mundësi që çdo neuron të përmbajë vetëm një nga qindra receptorë të ndryshëm dhe për pasojë mund të përgjigjet vetëm ndaj një apo disa lëndëve të ngjashme. Kështu që aktivizimi i neuroneve të ndryshëm, të cilët përmbajnë receptorë olfaktorë të ndryshëm, na jep mundësinë të perceptojmë aroma të ndryshme. Mutacioni i një gjeni specifik, që kodon një receptor olfaktor të veçantë, në dallim nga përfaqësuesit e tjerë të popullatës, e bën personin në fjalë të paaftë të perceptojë një lëndë të caktuar nga mjedisi. Receptorët olfaktorë, të aktivizuar nga ligandi, transmetojnë sinjalin përmes proteinës heterotrimerike Gog tek enzima adenilat (adenilil) ciklazë, e cila nga ana e saj hidrolizon ATP-në, duke prodhuar AMP ciklike dhe për pasojë hapjen e kanaleve jonikë për jonet Na” dhe Ca'', që rregullohen prej saj. Në këtë rast jonet Na” dhe Ca'', futen brenda qelizës, duke shkaktuar depolarizimin membranor, proces ky që thellohet edhe për shkakun se jonet Ca'' aktivizojnë hapjen e kanaleve për jonet CI, të cilët për pasojë dalin jashtë qelizës (fig.12.21). Në fund, kjo përgjigje shkakton lindjen e potencialeve të veprimit, të cilët transmetohen në tru. Perceptimi i shijes nga ana jonë, vepron në nivele të përmasave më të mëdha, në krahasim me të nuhaturit. Qendrat e të shijuarit në gjuhë përmbajnë qeliza receptore, që mund të transmetojnë vetëm ndijimin e një ndër katër shijeve bazë: e thartë, e kripur, e ëmbël dhe e hidhur. Ndijimi se një tip ushqimi ose pije është i kripur apo i thartë, induktohet në mënyrë direkte nga jonet natrium dhe protonet, që duke u futur përmes kanaleve jonikë të membranave plazmatike të qelizave receptore, shkaktojnë depolarizimin e tyre. Në të kundërt, perceptimi nëse një lëndë është e hidhur apo e ëmbël, varet nga ndërveprimi i lëndës me receptorë të tipit GPCR në sipërfaqen e qelizës receptore. Tipi 1 i receptorëve TAS1R2(T1R2) — TAS1R3 (T1R), me anën e të cilëve ne perceptojmë shijen e embël, është karakterizuar për herë të parë në vitin 2001. Receptorët heterodimerikë TAS1R1+TAS1R3,funksionojnë si receptorë GPCR të shijes pikante, që përgjigjen ndaj aminoacidit L-glutamat. Shija umami (nga japonishtja umami-e shijshme) ka të bëjë me shtesën gjatë gatimit të ushqimeve të ndryshme, të monosodium glutamatit (MSG), që përforcohet me lidhjen e inozinë monofosfatit (IMP) dhe guanozinë monofosfatit (GMP). Gjenet humanë TAS1R1,TAS1R2 dhe TAS1R3, ndodhen në kromozomin 1 dhe paraqiten mjaft polimorfë. Kështu tek miu për gjenin TAS1R3, që shtrihet në një sekuencë gjenomike prej 6.7 kb, njihen 89 polimorfizma, nga të cilat 8 kanë preferencë për sakarinën. Tipi 2i receptorëve për shijen e hidhur, TAS2R(T2R), është karakterizuar për herë të parë në vitin 2000. Data baza gjenomike liston 43 gjene TAS2R humanë (38 gjene intaktë dhe 5 pseudogjene të shpërndarë në kromozomet 5,7 dhe 12), që kodojnë për receptorët të shijes së hidhur të tipit TAR tek njeriu dhe që janë të gjithë të çiftuar me të njëjtin tip proteine heterotrimerike G. Tek njeriu gjenet TAS2R emërtohen nga TAS2RI1 deri në TAS2R64, me mjaft boshllëqe ndërmjet tyre për shkak të pseudogjeneve dhe gjeneve të propozuar, por akoma të pazbuluar. Si grup, këta receptorë lidhen me përbërës të ndryshëm, ndërmjet të cilëve alkaloide të bimëve dhe cianide, që japin ndijimin e shijes së hidhur. Në pjesën më të madhe të rasteve, lëndë të tilla janë toksike dhe stimulojnë ndijimin e një shije jo të kënaqshme apo të papranueshme, që provokon një përgjigje mbrojtëse, siç është p.sh. nxjerrja e ushqimit nga goja. Sitet kryesore ku shprehen receptorët gustatorë janë papillat e gjuhës: fungiforme, foliate dhe circumvallate, por hasen edhe në palatium, laring dhe pjesën e sipërme të ezofagut. Në vitin 2010 janë zbuluar receptorët për shijen e hidhur në indet mushkërore, që shkaktojnë relaksimin e rrugëve të frymëmarrjes, kur një substancë e hidhur bie në kontakt me to. Mendohet se ky mekanizëm është një përshtatshmëri evolutive që ndihmon në pastrimin e mushkrive nga infeksionet. Kjo mund të përdoret në mjekësi për të trajtuar astmën apo sëmundjet kronike mushkërore. Në dallim nga qelizat olfaktore që përmbajnë vetëm një tip të proteinës receptore, një qelizë receptore, që jep ndijimin e shijes së hidhur, përmban një varietet të gjërë të receptorëve të ndryshëm, që përgjigjen ndaj mjaft lëndëve të dëmshme dhe jo të korreluara ndërmjet tyre. Si pasojë, të gjitha këto lloje lëndësh të ndryshme, japin ndijimin e një shije bazë, pikërisht atë që tregon se ushqimi që jemi duke ngrënë është i hidhur dhe i papëlqyeshëm. Për fat një pjesë e konsiderueshme e ushqimit lëshon edhe erë, që përmes gojës arrin në qelizat olfaktore të mukozës nazale, duke i dhënë kështu mundësi trurit të perceptojë më shumë informacion lidhur me ushqimin që hamë, se sa mesazhet e thjeshta me të cilët furnizojnë receptorët e shijes. Rëndësia e neuroneve olfaktorë në perceptimin e shijes, del qartë kur një individ vuan nga një rrufë e përkohshme, që shkakton ndër të tjera edhe humbjen e përkohshme të aftësisë për të shijuar ushqimin. Në disa lloje vrojtohet humbja e funksionit të gjeneve TASIR. Kështu disa gjitarë si p.sh macet apo disa lloje të lakuriqit të natës, nuk e perceptojnë shijen e embël sepse tek ata gjeni TASIR ka humbur funksionin, pra është shndërruar në pseudogjen. Ky fenomen është mjaft i hasur në rendin Carniovora, si dhe në gjitarët e ujit siç janë delfinët, ku gjeni TASIRI është kthyer në pseudogjen. Humbja e funksionit të një receptori të shijes është një proces i evolucionit që duhet të ketë ndodhur në lloje të ndryshme për shkak të ndryshimit të dietës së tyre. 12.2.4 Sëmundjet që shoqërojnë receptorët e çiftuar me proteinat G Gjenomi i njeriut kodifikon për rreth 2.000 receptorë GPCR. Rëndësia e tyre në biologjinë e njeriut është zbuluar edhe nga fakti se £4 e të gjithë preparateve farmaceutikë, veprojnë si ligandë për këtë superfamilje receptorësh. Ekzistojnë shumë sëmundje gjenetike që shkaktohen si nga defektet e GPCR-ve, ashtu edhe nga ato të proteinave heterotrimerike G (tab. 12.1). Një nga këto sëmundje gjenetike që është mjaft e rrallë, njihet me emrin diabeti insipid nefrogjenik i lindur (CNDI). Fëmijët që vuajnë nga kjo sëmundje karakterizohen nga dehidratim i theksuar, që vjen si pasojë e paaftësisë së veshkave për të prodhuar urinë të përqëndruar. Nëse kjo sëmundje, nuk diagnostikohet në fazat e hershme, dehidratimi kronik mund të bëhet shkak për prapambetje mendore, defekte të rritjes dhe bile disa herë edhe për vdekjen. Kjo sëmundje shkaktohet nga paaftësia e veshkave për tu përgjigjur ndaj hormonit antidiuretik (hormoni i kundërurinimit), ADH apo siç quhet ndryshe vazopresinës. Disa raste të kësaj sëmundje shkaktohen nga mutacionet tek akuaporinat, të cilat përfaqësojnë kanale ujorë që ndodhen në membranën plazmatike. Por në pjesën më të madhe të rasteve, si shkak është defekti në receptorët GPCR të vazopresinës, që në këtë rast paraqiten më të shkurtër se norma. Kjo ndodh për shkak të një mutacioni nonsens, i cili sjell si pasojë shfaqjen e një kodoni stop në mARN. Ky ndryshim shkakton edhe përfundimin e parakohshëm të translatimit, duke bërë që zinxhiri polipeptidik të jetë më i shkurtër se norma. Kuptohet që në këtë rast vazopresina (ADH) nuk e njeh dhe nuk lidhet me këtë formë të ndryshuar të GPCR-së. Një tjetër mutacion që shkakton të njëjtën sëmundje, është i tipit misens, si pasojë e të cilit në zinxhirin polipeptidik të GPCR-së, një aminoacid është zëvendësuar me një tjetër. Në këtë rast edhe se vazopresina lidhet tek receptori GPCR në sipërfaqen e jashtme membranore, nuk mund të aktivizojë proteinën G dhe për pasojë nuk mund të transmetojë sinjalin tek efektori. Ndërsa sëmundja CNDI, varet nga humbja e funksionit të receptorit specifik, mjaft mutacione që ndryshojnë strukturën e proteinave të sinjalizimit, mund të kenë efekt të kundërt. Ky fenomen njihet si “fitim i funksionit”. Në një rast të tillë është vrojtuar se mutacionet janë shkak i një tumori beninjë tip adenome në gjendrën tiroide. Në dallim nga qelizat normale që sekretojnë hormonet tiroidë vetëm në përgjigje të një stimuli nga ana e TS-së hipofizare, qelizat e kësaj adenome sekretojnë sasi të mëdha të hormoneve tiroidë, pa qënë të stimuluar nga TSH. Në këtë rast thuhet se receptorët veprojnë në mënyrë të vazhduar apo të qëndrueshme. Në këto qeliza të ndryshuara, receptori si rezultat i zëvëndësimit të një aminoacidi me një tjetër, ka ndryshuar strukturën dhe si pasojë fiton një aftësi për të aktivizuar në mënyrë të vazhduar proteinën G. Kjo sjell si pasojë që efektori të marrë gjithmonë sinjalin, e për pasojë qeliza në mënyrë të vazhduar të prodhojë sasi të mëdha të hormoneve tiroidë dhe njëkohësisht në mënyrë jo të pë N.kontrolluar të proliferohet. Mutacioni që shkakton adenomën në tiroide, nuk gjendet në pjesët e tjera normale në PË F e pe që tiroiden e pacientëve me këtë sindromë, por vetëm në indin tumoral, gjë që indikon se mutacioni nuk është i trashëgueshëm (mutacion somatik). Në këtë rast mutacioni ndodh në një qelizë JI të tiroides, e cila në saje të proliferimit i që FMN :. hi ka dhënë origjinën tumorit. Siç S ihet nga tabela 12.1, edhe mutacionet në. si e sa. gjenet që kodifikojnë për proteinat heterotrimerike G mund të bëhen ” shkak për shfaqjen e sëmundjeve të trashëgueshme Si një shëmbull i ' sëmundjeve të kësaj natyre, mund të shërbejë rasti i dy pacientëve që vuanin nga një kombinacion i rrallë i dy sëmundjeve të karakterit hormonal: (1) pubertet i parakohshëm dhe (2) një hipoparatiroidizëm. Në të dy pacientët kjo ishte shkaktuar nga zëvëndësimi i një aminoacidi me një tjetër (mutacion misens) në një nga izoformat GA. Ndryshimi i sekuencës aminoacidike, sillte dy efekte tek proteina G mutante. Në një temperaturë më të ulët se temperatura normale e trupit, proteina mutante paraqitej aktive edhe në mungesë të ligandit, ndërsa në një temperaturë normale të trupit ajo mbetej inaktive si në praninë edhe në mungesën e ligandit. Është e rëndësishme të kujtojmë se testikujt në skrotum ndodhen në një temperaturë më të ulët se ajo e trupit (33 gradë, në vend të 37 gradë). Normalisht qelizat endokrine të testikulit, fillojnë të prodhojnë testosteronin gjatë pubertetit, në përgjigje të hormonit hipofizar LH, që fillon të prodhohet në këtë kohë. Ky i fundit lidhet në receptorët e sipërfaqes së qelizave specifike të testikulit duke iniciuar kështu prodhimin e AMPciklike dhe në vijim prodhimin e testosteronit. Qelizat e testikulit të këtyre pacientëve, për shkak të proteinës G të ndryshuar, stimulohen të prodhojnë AMP ciklike edhe në mungesë të ligandit LH, duke u bërë shkak për një sintezë premature të testosteronit e për pasojë për një pubertet të parakohshëm. Në të kundërt, mutacioni tek e njëjta nënnjësi Gα, në qelizat e gjendrës paratiroide që funksionojnë në temperaturën 37 gradë, shkaktonte inaktivizimin e saj. Për pasojë qelizat e gjendrës paratiroide nuk mund të përgjigjeshin ndaj stimulit që normalisht induktonte sekrecionin e hormonit paratiroid, duke u bërë kështu shkak për gjendjen patologjike të hipoparatiroidizmit. Fosforilimi i glikogjen sintetazës nga PKA, inhibon aktivitetin e saj katalitik, duke penguar kështu shndërrimin e glukozës në glikogjen. Në të kundërt fosforilimi i fosforilaz kinazës, e aktivizon atë për të katalizuar transferimin e një grupi fosfat tek molekula e enzimës glikogjen fosforilazë (faza 6), duke stimuluar kështu shpërbërjen e glikogjenit (faza 7). Glukozë 1-fosfati që formohet si pasojë e reaksioneve të fosforilimit, paraprakisht shndërrohet në glukozë dhe më pas me anën e gjakut shpërndahet në indet e trupit. Lidhja e një molekule të vetme hormoni në sipërfaqen qelizore mund të aktivizojë molekula të ndryshme adenilat ciklazë, secila prej të cilave prodhon një sasi të konsiderueshme të molekulave të AMPc brenda një kohe të shkurtër. Kështu mekanizmi i prodhimit të mesazherit sekondar krijon një amplifikim të madh të mesazhit origjinor. Janë të shumta fazat gjatë kaskadës së reaksioneve, që sjellin edhe amplifikimin e mëtejshëm të sinjalit, duke shkuar drejt shkallëve më të fundit të zinxhirit të sinjalizimit. Kështu fillimisht një molekulë AMPc aktivizon një molekulë PKA, e cila aktivizon shumë molekula fosforilazë kinazë. Këto të fundit nga ana e tyre janë në gjendje të aktivizojnë një numër akoma më të madh molekulash të enzimës glikogjenfosforilazë, të cilat mund të aktivizojnë formimin e një numri shumë më të madh glukozëfosfati. Megjithëse efektet e shpejta dhe më të studiuara janë ato që prodhohen në citoplazmë edhe bërthama e gjenet që ndodhen në të marrin pjesë në përgjigjen në përgjigjen ndaj këture hormoneve. Kështu një pjesë e molekulave të aktivizuara të PKA, translokohen në bërthamë ku fosforilojnë proteina kyçe (faza 9), nga të cilat më i rëndësishëm është faktori CREB (cAMP response element-binding proteinë). Versioni i fosforiluar i CREB, lidhet në formë dimerike në site të ADN-së (faza 10), të cilat përmbajnë një renditje të veçantë nukleotidike (TGACGTCA), që njihet si elementi i përgjigjes së AMPc (CRE, cAMP response element). Kujtojmë se elementët e përgjigjes, përfaqësojnë site të ADN-së ku lidhen faktorët e transkriptimit që intensifikojnë shpejtësinë e inicimit të transkriptimit. Sitet CRE janë të vendosur në zonat e gjeneve rregullatorë që luajnë rol të rëndësishëm në përgjigjen ndaj AMPc. Në qelizat e mëlçisë p.sh., shumë nga enzimat e përfshira në glikoneogjenezë, kodohen nga gjene që përmbajnë sekuenca CRE. Pra hormone të tillë si gukagoni dhe adrenalina, jo vetëm që aktivizojnë enzimat katabolike që përdoren për degradimin e glikogjenit, por nxisin edhe sintezën e enzimave anabolike të nevojshme për formimin e glukozës nga prekursorë të saj më të vegjël. Për të mos lejuar që qeliza mbas veprimit të stimulit të mbetet pakufi dhe në gjendje të vazhdueshme të aktivizuar, ekzistojnë mekanizma të anasjelltë që defosforilojnë enzimat dhe shkatërrojnë molekulat e AMPc. Kështu në qelizat e mëlçisë një enzimë e rëndësishme në këtë drejtim është fosfataza-1, e cila shkëput fosfatet nga të gjitha llojet e enzimave fosforiluese, duke përfshirë këtu glikogjensintetazën, fosforilazkinazën dhe fosforilazën. Degradimi i AMPc katalizohet nga enzima AMPc fosfodiesteraza (PDE), që në këtë rast ndihmon ndërprerjen apo përfundimin e përgjigjes. 12.3.2 Mesazherët sekondarë të derivuar nga lipidet Vite më parë, fosfolipidet e membranave qelizore, konsideroheshin vetëm si molekula strukturale që e bënin membranën kohezive dhe të papërshkueshme ndaj tretësirave ujore. Konsiderata për fosfolipidet ka ndryshuar kur u bë e qartë se ato janë prekursorë të mesazherëve të disa llojeve. Fosfolipidet shndërrohen në mesazherë sekondarë me anën e fosfolipazave aktive, enzima këto hidrolitike që i këpusin fosfolipidet në përbërës të ndryshëm. Të gjitha klasat e fosfolipideve përfshihen në rrugët e sinjalizimit, por ne do të përqëndrohemi në njërën prej tyre, që është më e studjuar dhe pikërisht në derivatet e fosfotidilinozitolit (Pl). Kur acetilkolina lidhet në sipërfaqen e qelizës muskulare të lëmuar të pareteve të stomakut, qeliza stimulohet të tkurret. Po kështu kur një antigjen i huaj lidhet në sipërfaqen e një mastociti, ky i fundit stimulohet të sekretojë histaminë, një lëndë kjo që mund të shkaktojë simptoma të një ataku alergjik. Të dyja këto forma të përgjigjes aktivizohen nga i njëjti mesazher sekondar që përfaqëson një derivat të PI. Të dhënat tregojnë që mbas lidhjes së acetilkolinës, Pl shpejt shndërrohet në derivate të tjerë të fosforiluar të njohur me emrin e përgjithshëm fosfoinozitide. Në figurën 12.24 janë treguar reaksionet e metabolizmit të PI-së. Unaza e inozitolit përmban 6 atome karbon të cilët mund të fosforilohen nga kinaza të ndryshme që ndodhen në qelizë. Më kryesoret prej tyre janë: PI3, PI4 dhe PIS -kinazat, që transferojnë fosfatet nga ATP në pozicionet 3, 4 dhe 5 të unazës inozitolike. Kështu p.sh. transferimi i një grupi fosfat në pozicionin 4 të PI nga ana e kinazës PI4, prodhon Pi4-fosfat (PIP), që mund të fosforilohet për herë të dytë në pozicionin 5 nga PIP5- kinaza (PIPSK), duke prodhuar PI 4,5-difosfat( PIP2): (faza 1 dhe 2).Nga ana e vet, PIP2 mund të fosforilohet përsëri në pozicionin 3 nga një Pl 3-kinazë për të formuar PI 3,4,5- trifosfat (PIP3). Të gjithë këta fosfolipide mbeten në shtratin e brendshëm të membranës plazmatike. Unazat e inozitolit të fosforiluar të fosfoinozitidit lidhen me domene PH të proteinave specifike me të cilat ato ndërveprojnë. Domenet PH është bërë e mundur të identifikohen në më shumë se 150 lloje proteinash. Lidhja e PIP2 apo PIP3 me proteina të tilla, i rekruton ato në anën citosolike të membranës ku mund të ndërveprojnë me proteina të tjera të sinjalizimit brendaqelizor. Kështu ka të dhëna se lëvizja kemiotaktike (kemiotaksisi) e makrofagëve drejt vëndit ku ndodhen bakteret, varet nga një prodhim i lokalizuar i mesazhereve fosfoinozitidikë, që veprojnë si një busull për të informuar qelizën lidhur me pozicionin e qelizës target. Por jo të gjithë mesazherët mbeten në përbërje të bishtresës lipidike membranore. Kur acetilkolina lidhet tek një qelizë muskulare e lëmuar ose kur një antigjen lidhet tek një mastocit, receptori i aktivizuar, stimulon një proteinë G heterotrimerike, (faza 3), e cila nga ana e vet aktivizon efektorin që përfaqësohet nga enzima specifike fosfatidilinozitol fosfolipaza C-β (PLC B) (fosfolipaza C e aktivizuar nga proteina G, quhet PLCβ, për ta dalluar nga PLCy që aktivizohet nga receptorët tirozinkinazikë, të dy izoformat katalizojnë të njejtat reaksione, por kanë karakteristika të ndryshme). Enzima PLCβ, ndodhet në sipërfaqen e brendshme të membranës dhe lidhet me anën e domenit PH, me një molekulë PIP2, të zhytur në bishtresë. Enzima PLCβ, katalizon reaksionin që shndërron PIP: në dy molekula mesazhere: inozitol 1,4,5- trifosfat (IP3) dhe diacilglicerol (DAG) (faza 4). Të dyja këto lloje molekulash luajnë rol të rëndësishëm si mesazherë sekondarë në sinjalizimin qelizor. Diacilgliceroli (DAG) Diacilgliceroli mbas formimit të tij, mbetet në membranën plazmatike, ku rekruton dhe aktivizon një efektor siç është proteinkinaza C, që fosforilon serinën dhe treoninën në kinaza të tjera të qelizës shenjë. Sikurse proteinkinaza A, proteinkinaza C përfaqëson një kinazë multifunksionale të specifikuar për fosforilimin e serinës dhe treoninës në mjaft lloje proteinash. Proteinkinaza C, luan një rol të rëndësishëm gjatë rritjes, diferencimit, metabolizmit qelizor dhe aktivizimit të transkriptimit. Inozitol 1,4.5- trifosfat (IP3) IP3 përfaqëson një molekulë të vogël sheqer fosfat, të tretshme në ujë. Mbasi formohen në membranë, molekulat IP3 shkëputen dhe difundojnë në citosol (faza 5) dhe më pas lidhen në një receptor specifik që ndodhet në REP-in agranular. E kemi vënë në dukje se në shumë qeliza REP- i agranular është një vend i magazinimit të joneve kalçium. Receptori për IP3 (i vendosur në membranat e REP-it agranular), është më shumë se një receptor, sepse mund të formojë një kanal tetramerik për difuzionin e joneve të kalçiumit për në citosol (faza 7). Edhe jonet kalcium përfaqësojnë mesazherë brendaqelizorë, sepse lidhen me molekula të ndryshme shënjë duke aktivizuar përgjigje specifike. Të dy shembujt e përmendur më sipër për tkurrjen e qelizave muskulare të stomakut dhe çlirimin e histaminave prej mastociteve, përfaqësojnë procese të aktivizuar nga një rritje e nivelit të joneve kalçium. Efekti i IPa është tranzitor, sepse ai inaktivizohet shumë shpejt në rrugë enzimatike. Disa përgjigje të ndërmjetësuara nga IP3 janë: kontraktimi i muskulaturës së lëmuar të enëve të gjakut, kontraktimi i muskulaturës së lëmuar të stomakut, kontraktimi i muskulaturës së skeletit, ndryshimi i formës dhe agregimi i pllakëzave të gjakut, modulacioni i përgjigjes ndaj dritës nga ana e shkopinjve të retinës (tek salamandra), depolarizimi i membranës së ovocitit tek Xenopus, depolarizimi i membranës dhe reaksioni kortikal tek iriqi i detit, si dhe rritja e fluksit të potasiumit tek gjëndrat e lotit. 12.3.3 Roli i kalçiumit si mesazher brendaqelizor Jonet Ca2+ kanë një rol kyç, në një shumëllojshmëri aktivitetesh qelizore të tilla siç janë: tkurrja muskulare, ndarja qelizore, sekretimi, endocitoza, fekondimi, transmetimi sinaptik, metabolizmi dhe lëvizja qelizore. Njohuritë lidhur me rolin e joneve të kalçiumit, kanë ardhur duke u rritur dhe kjo falë zhvillimit të teknikës që përdor molekula indikatore që emetojnë dritë në prani të kalçiumit të lirë. Një molekulë e tillë është arritur të purifikohet në fillim të viteve 60 dhe njihet me emrin ekuorina (equorina). Kjo proteinë që prodhohet nga disa meduza, bëhet luminishente kur lidhet me jonet kalçium. Kur kjo proteinë mikroinjektohet në qelizat e gjalla, nga ndryshimet e luminishencës në brendësi të saj, mund të nxirret konkluzion lidhur me modifikimet e përqëndrimeve të joneve të kalçiumit gjatë një përgjigje të caktuar qelizore. Në fillim të viteve 90, sintetizohen përbërje të reja fluoreshente, shumë më të ndjeshme, që lidhin jonet Ca2+, si p.sh. fura-2. Këto komponime kur futen në qelizë me anën e difuzionit, modifikohen në një mënyrë të tillë që nuk mund të dalin më prej saj. Me anën e këtyre sondave, mund të përcaktohet, duke matur dritën që emetohet nëpërmjet mikroskopit fluoreshent apo teknikave të analizës së imazheve të kompjuterizuar, përqëndrimi i joneve të Ca2+ në pjesë të ndryshme të qelizave. Me anën e këtyre teknikave është bërë e mundur të përfitohen pamje të mrekullueshme të ndryshimeve hapsinore dhe kohore të përqëndrimit citosolik të joneve të lirë të Ca2+, që mund të shikohen në një qelizë në përgjigje të stimujve të ndryshëm. Figura 12.25 është një mikrografi që tregon për një eksperiment të çlirimit lokal të joneve të Ca2+ në një dentrit të qelizës Purkinje. Kjo e fundit përfaqëson një tip neuroni në trurin e vogël të gjitarëve, që realizon me mijra kontakte sinaptike me qeliza të tjera me anën e një “peme” dentritike postsinaptike mjaft të zhvilluar. Joni Ca2+, është mjaft i ndryshëm në strukturë, krahasuar me nukleotidet ciklikë apo inozitol fosfatet, dhe nuk përbën një substancë që sintetizohet apo degradohet në rrugë enzimatike. Përqëndrimi i joneve të Ca2+ në kompartimente të veçanta qelizore, kontrollohet nga aktiviteti (i rregulluar) i trans- portierëve dhe kanaleve për jonet Ca2+, që janë të lokalizuar në membranat që rrethojnë këto kompartimente. Në një qelizë të pa stimuluar, përqëndrimi i joneve Ca2+, në citosol mbahet në nivele të ulta (rreth 10M. Në të kundërt, përqëndrimi i këtyre joneve në hapësirën jashtë qelizore ose në brendësi të lumenit të REP-it apo të një vakuole në qelizën vegjetale, mund të jetë 10 000 herë më i madh se në citosol. Nivelet e kalçiumit citosolik mbahen të ulta sepse: (1) kanalet për jonet Ca2+, të membranës plazmatike dhe të REP-it janë të mbyllur, duke i bërë membranat mjaft të papërshkueshme për jonet Ca2+': (2) sistemet e transportit të joneve Ca2+, të varur nga ATP, pompojnë normalisht jonet Ca2+ jashtë citosolit. Receptorët IP3 përfaqësojnë një kategori të kanaleve për jonet Ca2+, që ndodhen në membranat e REP-it: kategoria tjetër përfaqësohet nga receptorët rianodinikë (RyRS), sepse lidhin alkaloidin vegjetal rianodina. Receptorët rianodinikë gjenden në qelizat e eksitueshme si p.sh. në ato të muskulaturës së zemrës, ku janë përgjegjës për rritjen e nivelit të joneve të Ca2+', si pasojë e arritjes së një potenciali të veprimit. Hapja e receptorëve rianodinikë mund të nxitet nga një shumëllojshmëri agjentësh, por jo nga IP3. Ndër agjentët që mund të hapin kanalet RyRs është edhe vetë kalciumi. Ky fenomen njihet si çlirimi i kalciumit i induktuar nga kalçiumi (calcium-induced calcium release, CICR) (fig. 12.26). Një nga efektet e kafeinës është se ajo rrit ndjeshmërinë e receptorëve rianodinikë, duke rritur kështu mundësinë që se Pa se se këta receptorë të hapen me anën e fenomenit CICR, gjë që e bën qelizën më të eksitueshme. Sinjalet ekstraqelizorë të transmetuar përmes joneve Ca2+', veprojnë duke hapur një numër të vogël të kanaleve për jonet Ca2+, që ndodhen në sipërfaqen e membranës qelizore, pikërisht në sitin e stimulimit. Sapo që jonet Ca2+' futen në citosol, ata veprojnë si në kanalet e joneve të Ca2+', që ndodhen në membranën plazmatike, edhe në ata që ndodhen në membranat e REP-it (RyRs), duke i hapur këto kanale dhe duke nxitur kështu një rritje të theksuar të joneve të Ca2+', në zona të caktuara të citosolit. Në disa raste të përgjigjes, rritja e nivelit të joneve Ca2+ mbetet e lokalizuar vetëm në zona të vogla të citosolit, ndërsa në disa raste të tjera ajo përhapet si një valë e çlirimit të kalçiumit që përfshin të gjithë citoplazmën. Një valë e tillë e joneve të Ca2+', vrojtohet brenda minutës së parë pas fekondimit dhe induktohet nga kontakti i spermatozoidit me membranën plazmatike të vezës së iriqit të detit. Në këtë rast, rritja e përnjëhershme e përqëndrimit të joneve kalçium, inicion një seri ngjarjesh, përfshirë këtu edhe aktivizimin e kinazave të varura nga ciklinat që nxisin ndarjen e parë mitotike të zigotës. Rritja e përqëndrimit të joneve Ca2+, paraqitet tranzitore, sepse ata, me anën e pompave të joneve Ca2+, nxirren ose jashtë qelizës ose futen në brendësi të REP-it. Jonet Ca2+ mund të influencojnë tipa të ndryshëm të efektorëve qelizorë, përfshirë këtu edhe proteinkinazat. Sipas tipit të qelizës, jonet Ca2+ mund të aktivizojnë apo inhibojnë enzima të ndryshme të sistemit të transportit, të modifikojë përshkueshmërinë e membranave ndaj joneve, të induktojë fuzionin e membranave ose të ndryshojë strukturën apo funksionin e citoskeletit. Kalçiumi nuk vepron në gjendje të lirë në targetin e caktuar, por i lidhur me proteina specifike që quhen proteina që kanë afinitet për kalciumin. Më e studjuara nga këto proteina është kalmodulina, çdo molekulë e së cilës përmban katër site të lidhjes për jonet Ca2+. Në një qelizë jo të stimuluar, kalmodulina nuk karakterizohet nga një afinitet i lartë për jonet Ca2+. Por kur përqëndrimi i tyre rritet në përgjigje të një stimuli, jonet lidhen me kalmodulinën duke ja ndryshuar konformacionin. Sipas tipit të qelizës, kompleksi kalcium- kalmodulinë, mund të lidhet tek një proteinkinazë, një fosfodiesterazë për nukleotidet ciklikë, tek kanalet jonikë, si dhe në sistemin e transportit të kalciumit të membranës plazmaitke. Në rastin e fundit, rritja e nivelit të joneve Ca2+, sjell aktivizimin e sistemit të pompave që nxjerrin jonet e kalciumit jashtë, duke vepruar si një mekanizëm autorregullues që mundëson mbajtjen e një niveli të ulët të joneve brenda qelizës, kur përgjigja ndaj stimulit pushon. Kalmodulina haset në bimët, kafshët dhe mikroorganizmat dhe kudo ka të njëjtën sekuencë aminoacidike. Një klasë proteinkinazash që aktivizohen nga Ca- kalmodulina njihen me shkurtimin CAMK (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase). CAMK-të të aktivizuara nga rritja e përqëndrimit të joneve Ca (Ca2+), transferojnë fosfatet e ATP-së tek serina ose threonina në proteina të tjera, pra përfaqësojnë serinë(threoninë kinaza. CAMK-të e aktivizuara përfshihen në fosforilimin e faktorëve të transkriptimit dhe për pasojë në rregullimin e shprehjes së gjeneve koresponduese. CAMIK-të janë të përbëra nga 4 zinxhirë të ndryshëm: alpha, beta, gamma dhe delta. CAMK-të e tipit alfa mbizotërojnë në hipokampus dhe kanë të bëjnë me memorjen afatgjatë dhe të mësuarit. Një karakteristikë e veçantë e CAMK-ve është se ato i nënshtrohen autofosforilimit, gjë që rezulton në një aktivitet CAM-të pavarur. CaM kinazat mund të kategorizohen në këto subfamilje: CaMK I, CaMK ll, CaMK Il (Elongation Factor-2 Kinase), CaMK IV, fosforilaza kinaza dhe kinaza e zinxhirëve të lehtë të miozinës. Çdo CaM kinazë ka një domen N-terminal kinazik, një domen autoinhibitor dhe një domen CaM-binding. 12.4 Receptorët tirozinkinazikë: një rrugë e dytë e rëndësishme e sinjalizimit qelizor Receptorët tirozinkinazikë (RTK), bëjnë pjesë në një familje të madhe të tirozinkinazave, ku përfshihen si receptorët transmembranorë tirozinkinazikë asht edhe tirozinkinazat citosolike. Nga të 90 gjenet që kodojnë tirozinkinaza, 58 prej tyre kodojnë receptorë tirozinkinazikë transmembranorë. Këta të fundit kanë aktivitet të lartë për shumë faktorë të rritjes, citokina dhe hormone. Shumica e RTK-ve përfaqësohen nga një nënnjësi, por disa ekzistojnë si komplekse multimerikë. Këtu bën pjesë edhe receptori i insulinës, që në prani të hormonit insulinë, formon dimerë të lidhur me lidhje disulfidike. Pra lidhja e ligandit në domenin jashtëqelizor indukton formimin e dimerit. Çdo monomer ka një sekuencë transmembranore hidrofobe prej 25-38 aa, një domen ekstraqelizor N-terminal dhe një domen tjetër intraqelizor C-terminal. Sekuenca N-terminale, përmban domene Ig, EGF, Fn Ill apo dhe sekuenca të pasura me cisteinë dhe është përgjegjëse për lidhjen e ligandëve, që përfaqësohen nga faktorë të rritjes apo hormone. Sekuenca C-terminale përmban domenin katalitik, që është përgjegjës për aktivitetin kinazik të receptorit. Ky domen katalizon autofosforilimin dhe fosforilimin e tirozinave specifike të substrateve të RTK. Hormoni insulinë vepron mbi qelizat e mëlçisë dhe ato muskulare, duke nxitur një seri reaksionesh të kundërta nga ato që nxiten nga hormoni glukakon. Përgjigja që nxitet, me anën e hormonit insulinë, në qeliza të tilla shenjë si ato muskulare, të mëlçisë apo adipoze, konsiston në përfshirjen e glukozës nga gjaku në qelizë, stimulimin e sintezës së lipideve, stimulimin e sintezës proteinike, si dhe të rritjes dhe proliferimit qelizor. 12.4.1 Mekanizmi i veprimit të insulinës: sinjalizimi i ndërmjetësuar nga receptori RTK Qelizat që përgjigjen ndaj insulinës, kanë në sipërfaqen e tyre receptorin e insulinës. Ky i fundit është më tepër se receptor, sepse vepron edhe si një enzimë, e tipit tirozinkinazik, që shton grupe fosfat në tirozinat specifike të proteinave të tjera. Tirozinkinazat përfaqësojnë një superfamilje që në përgjithësi është më tepër e përfshirë në procesin e rritjes dhe diferencimit qelizor, se sa në metabolizmin e ndërmjetëm qelizor. Meqënëse receptori i insulinës karakterizohet nga ky efekt katalitik njihet edhe si receptor tirozin kinazik (RTK). Në dallim nga receptorët e çiftuar me proteinat G, që përmbajnë 7 segmente transmembranorë, çdo monomer RTK depërton vetëm një herë përmes membranës. Receptori i insulinës është një proteinë tetramerike e përbërë nga dy zinxhirë α dhe dy zinxhirë β, që lidhen ndërmjet tyre me ura disulfidike. Zinxhirët β depërtojnë membranën dhe transmetojnë sinjalin në anën e sipërfaqes së brendshme membranore (fig. 12.28). Νë mungesë të insulinës, funksioni tirozinkinazik i receptorit parqitet i inaktivizuar. Lidhja e insulinës në receptor ndryshon konformacionin e nënnjësisë β duke aktivizuar funksionin e saj tirozinkinazik. Në saje të aktivitetit tirozinkinazik shtohen grupe fosfat: (1) tek një tirozinë specifike e nënnjësisë tjetër B të kompleksit, një reaksion ky që quhet autofosforilim, dhe (2) tek një duzinë apo më shumë tirozina të një familje proteinash të tretshme e të vogla të njohura me emrin substrat i receptorit të insulinës (IRS). IRS-të e fosforiluara kanë vetëm një funksion, atë që konsiston në lidhjen dhe aktivizimin e një shumëllojshmërie efektorësh që kanë të bëjnë me rrugët e sinjalizimit brendaqelizor. Receptorët RTK fosforilojnë në molekulën shenjë vetëm tirozina specifike, që ndodhen në sekuenca të caktuara të quajtura motive fosfotirozinikë. Disa nga proteinat efektore përmbajnë motive të quajtur domene SH2, që karakterizohen nga një afinitet i lartë për motivet fosfotirozinikë. Vetëm pasi proteina IRS fosforilohet nga receptorët RTK, mund të veprojë si një “stacion ankorimi” për të lidhur proteina që përmbajnë domene SH2. Proteinat që përmbajnë domene SH2 mund të konsiderohen si efektorë për RTK, ashtu sikurse adenilat ciklaza apo fosfolipaza C, janë efektorë për receptorët e çiftuar me proteinën G.Meqënëse qeliza të ndryshme mund të kenë efektorë të ndryshëm që përmbajnë domene SH2 të ngjashëm, kuptohet që i njëjti ligand mund të ndezë përgjigje nga më të ndryshmet në to Lidhur me përgjigjen ndaj insulinës, sapo që receptori i insulinës aktivizohet, proteinat e fosforiluara IRS shërbejnë si vend ankorimi për disa proteina efektore që përmbajnë domene SH2, secila prej të cilave mund aktivizojë rrugë të veçanta të sinjalizimit. Një nga efektorët që përmban domen SH2 dhe që është nga më të studjuarit, përfaqësohet nga enzima PIK. Kur sitet e tirozinës së fosforiluar të IRSI lidhen me domenet SH2 të PIK, kjo e fundit katalizon një reaksion në saje të të cilit shtohet një grup fosfat në unazën e sheqerit të PIP2, duke formuar PIP3. Ky i fundit mbetet në sipërfaqen citosolike të bishtresës lipidike membranore dhe ndërhyn në aktivizimin e një enzime të njohur si proteinkinaza B (PKB) apo siç quhet ndryshe, Aktivina 2 (Akt2) (fig. 12.29). Siç duket edhe në figurë, lidhja e PIP3 me Akt2 e bën këtë të fundit pjesërisht të aktivizuar dhe substrat për një tjetër kinazë që njihet si PDK:. Në sajë të kësaj të fundit Akt2 shndërrohet në një formë plotësisht aktive. Aktivizimi i Akt2 sjell ndryshime të rëndësishme në qelizën shenjë për insulinën. Këto ndryshime konsistojnë në: - Transferimin e transportierëve të glukozës në membranën plazmatike, ku marrin pjesë në përfshirjen e glukozës nga gjaku për në brendësi të qelizës. - Stimulimin e sintezës së glikogjenit, duke shndërruar glukozën në glikogjen. - Mund të aktivizojë, nëpërmjet proteinës adaptore Grb edhe kaskadën e MAP kinazave, për të cilën do të flasim në paragrafët më poshtë të këtij kapitulli (shih fig. 12.29). Sot ka të dhëna se tipi 2 i diabetit është i lidhur pjesërisht edhe me rezistencën ndaj insulinës. Në rastin e kësaj patologjie, nivelet e insulinës mbeten të larta, por qelizat shenjë nuk përgjigjen në mënyrën e duhur ndaj saj. Mendohet se sëmundja është e lidhur me ndryshime të funksionit të receptorit të insulinës. Eksperimentet e kryera tek minjtë kanë treguar se një enzimë tip fosfataze PTP-1B (Protein tyrosine phosphatases-1B), funksioni i të cilës është të largojë grupet fosfat nga RTK e fosforiluar, paraqitet mjaft e rëndësishme në procesin e inaktivizimit të RTK-së. Kështu është provuar se minjtë që i ishin nënshtruar një diete të pasur me yndyrna, shfaqnin pas një kohe rezistencën ndaj insulinës dhe bëheshin për pasojë obezë. Në të kundërt minjtë mutantë për fosfatazën PTP-1B, që ju nënshtruan të njëjtës diete, demonstronin një rritje të ndjeshmërisë ndaj insulinës, duke mbajtur nivelin normal të glukozës në gjak si dhe një peshë normale trupore. Studime të kësaj natyre kanë sugjeruar trajtimin e diabetit 2 nëpërmjet preparateve që inhibojnë në mënyrë specifike, formën humane të PTP-1B. Një preparat i kësaj natyre, është aktualisht në përdorim si test klinik në pacientët që vuajnë nga diabeti 2 dhe ka mundësi të përdoret edhe kundër obezitetit. 12.4.2 Roli i receptorëve RTK në aktivitete të tjera qelizore. Një varietet i gjërë i agjentëve jashtëqelizorë, veprojnë me receptorët RTK në sipërfaqen e qelizave shënjë për të rregulluar procese të ndryshme, si p.sh. rritja dhe proliferimi qelizor, diferencimi, fagocitoza, lëvizshmëria dhe mbijetesa qelizore. Nga këta agjentë më të studjuarit janë hormone të tillë si insulina dhe hormoni i rritjes, faktorë të rritjes si p.sh. faktori i rritjes epidermik (epidermal grovyth factor, EGF), faktori i rritjes derivat i pllakëzave të gjakut (platelet derived grovth factor, PDGF), dhe faktori i rritjes së fibroblasteve (fibroblast grovvth factor, FGF). Në dallim nga receptorët e insulinës, pjesa më e madhe e receptorëve RTK ndodhen në membranën e qelizave target të pa stimuluar në formën e monomerëve. Vetëm pas lidhjes së ligandit në monomerin RTK, dy monomerë të tillë bashkohen për të formuar struktura dimerike. Rastet më të thjeshta janë paraqitur në figurat 12.30 (a,b), në të cilat dimerizimi shkaktohet ose nga lidhja e një ligandi dimerik, si p.sh. PDGF-së, ose ajo e një tjetri monomerik, që ka dy site të lidhjes për receptorin e tij si p.sh. EGF (dimerizim i induktuar nga receptori). Dimerizimi nxit aktivitetin tirozinkinazik të receptorit, me anën e fosforilimit të çdo monomeri nga monomeri tjetër, pra një fosforilim ky i ndërsjelltë. Fosforilimi i i receptorit RTK, krijon site të ankorimit në të cilat mund të rekrutohen efektorë të ndryshëm që përmbajnë domene SH2, të cilët në saje të lidhjes me receptorin bëhen aktivë. Tek njeriu një defekt tek receptori RTK apo tek një tjetër përbërës i rëndësishëm i një rruge sinjalizimi, mund të sjellë si pasojë shfaqjen e patologjive të rënda si p.sh. kancerit, diabetit dhe ateriosklerozës. Ekzistojnë pesë izoforma të PDGF-së që aktivizojnë përgjigjen qelizore përmes dy tipa receptorësh. Izoformat janë të kombinuara dy e nga dy si: PDGF- AA (PDGFA), PDGF-BB (PDGFB), PDGF-CC (PDGFC), PDGF-DD (PDGFD), dhe PDGF-AB (një heterodimer ky i PDGFA dhe PDGFB). Receptorët janë: PDGFRa (PDGFRA) and PDGF-R6 (PDGFRB). Tipi alfa lidhet me PDGF-AA, PDGF-BB and PDGF-AB, ndërsa ai beta PDGFR lidhet me afinitet të lartë me PDGF-BB and PDGF-AB. Rëndësia e proteinës Ras Një tjetër rrugë sinjalizimi e aktivizuar nga proteina IRS e fosforiluar, është edhe ajo e ndërmjetësuar nga proteina e quajtur Ras, e cila përfaqëson një proteinë kyçe në reaksionet e kaskadës së induktuar nga receptori RTK. Proteina Ras ka një rol kryesor në stimulimin e rritjes dhe proliferimit qelizor (fig. 12.31). Gjeni ras është zbuluar fillimisht si onkogjen viral, pra si një gjen i disa viruseve tumoralë që janë të aftë të shndërrojnë qelizën nga një gjendje normale në një tjetër tumorale. Sikurse edhe onkogjenet e tjerë, gjeni ras është i pranishëm edhe në gjenomin normal të kafshëve, përfshirë këtu edhe njeriun. Në fillim të viteve 80 u zbulua se në ADN-në e mjaft tumoreve humanë ndodhej versioni mutant i ras. Studimet e mëtejshme treguan se versioni i ndryshuar i ras, është i pranishëm në 304 të të gjithë llojeve të tumoreve humanë. Për shkak të rëndësisë që paraqet për njeriun tematika që ka të bëjë me zhvillimin e kancerit, gjeni ras dhe produkti i tij proteinik Ras përbëjnë sot një objektiv themelor të kërkimit shkencor. Ras përfaqëson një proteinë G monomerike të vogël, e cila paraqitet e ankoruar në sipërfaqen citosolike të membranës plazmatike, me anën e një grupi lipidik të zhytur në bishtresë. Në dallim nga proteinat heterotrimerike G, proteina Ras përmban vetëm një nënnjësi të vogël (21kD). Sikurse të gjitha proteinat e tipit G, ajo alternon nga forma aktive, gjatë së cilës është e lidhur me GTP, në atë inaktive gjatë së cilës është e lidhur me GDP. Proteina Ras kur aktivizohet nga proteina GEF (G-nucleotide exchange factor) e njohur me shkurtimin Sos, aktivizon efektorë të tjerë, që përfshihen në rrugë të ndryshme të sinjalizimit qelizor. Ras karakterizohet nga një aktivitet GTP-azik i dobët, prandaj për nga vetvehtja ajo inaktivizohet ngadalë dhe mund të qëndrojë në gjendje aktive për rreth 30 minuta. Për inaktivizimin e saj ndihmon një enzimë që njihet me emrin e shkurtuar GAP (GTP-ase activated protein). Kjo e fundit përshpejton aktivitetin GTP-azik të proteinës Ras, duke mundësuar inaktivizimin e shpejtë të saj. Disa mutacione të gjenit ras që shkaktojnë formimin e tumoreve, në fakt pengojnë hidrolizën e GTP-së edhe në prani të proteinës GAP. Kuptohet që në këtë rast versioni mutant i proteinës Ras mbetet vazhdimisht i aktivizuar, duke përçuar në mënyrë të vazhduar sinjalin në rrugën e sinjalizimit. Kjo sjell si pasojë që qeliza të ndahet shumë shpejt e në mënyrë të pa kontrolluar. Ekziston një preparat R115777, që pengon proteinën Ras të aktivizojë Raf (MAPKKK), duke ndihmuar kështu në ndërprerjen e ndarjes së pakontrolluar që karakterizon qelizat kanceroze. Sëmundjet që varen nga forma e mutuar e proteinës Ras-GAP, konsistojnë në shfaqjen e neurofibromatozës 1 (NF1). Pacientët që vuajnë nga kjo sëmundje, zhvillojnë një numër të madh tumoresh beninjë (neurofibroma) në mbulesën që mbështjell nervin. Sot është bërë e mundur të sintetizohen preparate që inhibojnë ankorimin e proteinës Ras në grupin lipidik të zhytur në bishtresën lipidike dhe që janë duke u testuar në pacientët që vuajnë nga NFI. Në rolin e saj më të studjuar, proteina Ras përbën një proteinë kyçe në rrugën e sinjalizimit që nga sipërfaqia e jashtme e membranës plazmatike deri në bërthamë (ADN). Kjo rrugë aktivizohet atëhere kur një faktor i rritjes, si EGF apo PDGF, lidhet në domenin ekstraqelizor të receptorit respektiv. Kaskada e MAP kinazave Siç duket edhe në figurën 12.31, fosfotirozinat në domenin citoplazmatik të receptorit RTK, veprojnësi vende të lidhjes për një proteinë specifike që përmban domen SH2 dhe që njihet me emrin e shkurtuar Grb2 (grovyth factor receptor binding protein). Kjo e fundit nuk karakterizohet nga aktivitet katalitik, por shërben vetëm si një proteinë adaptore që lidhet me proteina të tjera duke formuar komplekse. Nga struktura e Grb2, paraqitur në figurën 12.32, duket qartë se kjo proteinë përmban tre domene të ndryshëm, secili prej të cilëve lidhet me një proteinë të caktuar. Një nga këta domene lidhet me RTK-në e fosforiluar në sipërfaqen e brendëshme të membranës, ndërsa domeni tjetër lidhet

Sinjalizimi qelizor PDF

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript

Upgrade to continue