DISTRIBUZIONE DEI FARMACI NELL’ORGANISMO

Compartimenti dei liquidi corporei

L’acqua corporea può essere suddivisa in 4 compartimenti principali. L’acqua corporea totale, espressa come “ del peso corporeo, varia dal 50 al 70% risultando inferiore nelle donne rispetto agli uomini. I liquidi extracellulari comprendono il plasma sanguigno (5% del peso corporeo) i liquidi interstiziali (16%) e la linfa (2%). I liquidi intracellulari (30-40%) risultano dalla somma dei contenuti fluidi di tutte le cellule del corpo.

I liquidi transcellulari (3%) comprendono i liquidi cerebrospinale, intraoculare, peritoneale, pleurico e sinoviale e le secrezioni del tratto digerente.

Per raggiungere i compartimenti  transcellulari dal compartimento extracellulare, un farmaco deve attraversare una barriera epiteliale. Un esempio molto importante nel contesto farmacocinetico è la barriera ematoencefalica.

BARRIERA EMATOENCEFALICA (BEE)

La barriera è costituita da un continuo strato di cellule endoteliali unite tra di loro da giunzioni strette serrate e circondate da periciti. Il cervello risulta quindi inaccessibile a molti farmaci ad azione sistemica. Tuttavia, l’infiammazione, come nel caso della meningite, può disgregare la compattezza della BEE, permettendo il passaggio di sostanze normalmente non in grado di entrare nel cervello. In aggiunta, poichè alcune parti del SNC sono prive di BEE, possono essere raggiunte anche da farmaci che non sono in grado di attraversare la BEE. Inoltre, un elevato grado di stress rende la BEE permeabile ai farmaci.

All’interno di ognuno di questi compartimenti acquosi le molecole di farmaco si trovano solitamente sia nella forma libera sia nella forma legata; inoltre, farmaci con caratteristiche di acidi o basi deboli saranno presenti come miscela in equilibrio della forma ionizzata e di quella non ionizzata, in proporzione dipendente dal pH.

La distribuzione all'equilibrio tra i vari compartimenti dipenderà:

        ·         Permeabilità attraverso le barriere tissutali

        ·         Legame all’interno dei compartimenti

        ·         Differenza di pH

        ·         Coefficiente di ripartizione grasso/acqua

VOLUME DI DISTRIBUZIONE

Il volume apparente di distribuzione (Vd) viene definito come il volume di fluido necessario per contenere la quantità totale (Q) di farmaco nell’organismo alla stessa C di quella presente nel plasma (Cp). (Vd=Q/Cp) I valori del volume di distribuzione sono stati determinati per molti farmaci.

Farmaci confinati nel compartimento plasmatico: un piccolo numero di farmaci sono confinati nel compartimento plasmatico a causa delle grandi dimensioni molecolari che non consentono loro di attraversare facilmente la parete dei capillari. La ritenzione di un farmaco nel plasma dopo una singola dose riflette un forte legame con le proteine plasmatiche. Tuttavia è solo il farmaco libero nei fluidi interstiziali che può esercitare il proprio effetto farmacologico.

Farmaci distribuiti nel compartimento extracellulare: molti composti polari non possono entrare facilmente nelle cellule a causa della loro bassa solubilità nei lipidi e normalmente non attraversano la BEE o la barriera placentare.

Distribuzione dei farmaci v  I principali compartimenti sono: Ø  Plasma (5% del peso corporeo) Ø  Liquidi interstiziali (16%) Ø  Liquidi intracellulari (35%) Ø  Grasso (20%) v  Il volume di distribuzione Vd viene definito come il volume di liquido nell’organismo che conterrebbe la quantità totale di farmaco a una C uguale a quella plasmatica. v  I farmaci insolubili nei lipidi sono essenzialmente confinati nel plasma e nei fluidi interstiziali; la maggior parte non entra nel cervello dopo somministrazione acuta. v  I farmaci liposolubili raggiungono tutti i compartimenti e possono accumularsi nel tessuto adiposo. v  I farmaci che si accumulano al di fuori del plasma (es. Nel grasso o legati ai tessuti) presentano un un Vd che può risultare superiore al  V totale del corpo.

RIPARTIZIONE NEL GRASSO CORPOREO - ASSORBIMENTO - VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI FARMACI

RIPARTIZIONE NEL GRASSO CORPOREO

Il grasso rappresenta un esteso compartimento non polare, caratteristica rilevante soltanto per pochi farmaci liposolubili che vengono sequestrati e si accumulano diminuendo la loro C. Un fattore che limita l’accumulo dei farmaci nel grasso corporeo è dato dalla scarsa vascolarizzazione è disponibilità lenta.

DESTINO DEI FARMACI

Il destino dei farmaci può essere diviso in 4 stadi:

1.       Assorbimento

2.       Distribuzione

3.       Metabolismo

4.       Eliminazione

ASSORBIMENTO DEI FARMACI

L’assorbimeno viene definito come il passaggio di un farmaco dal sito di somministrazione al plasma.

Vie di somministrazione

SOMMINISTRAZIONE ORALE: è la via più comune. La quota di farmaco assorbita è minima.

Assorbimento dei farmaci dall’intestino: il meccanismo è lo stesso per tutte le barriere epiteliali, cioè per diffusione passiva, la cui velocità dipende dal grado di ionizzazione e dalla liposolubilità del farmaco. La basi forti (pKa>10) e gli acidi forti (pKa<3) sono scarsamente assorbiti perchè completamente ionizzati. L’assorbimento per tali composti dipende dal trasporto mediato da trasportatori (come la LEVODOPA, usata nel trattamento del morbo di Parkinson che si lega al carrier della fenilalanina).

Fattori che influenzano l’assorbimento GI: i principali fattori sono:

1.       La motilità GI riveste notevole importanza; molte patologie causano stasi gastrica, rallentano l’assorbimento dei farmaci; il trattamento farmacologico stesso può aumentare o diminuire la motilità GI; anche un movimento troppo rapido del contenuto dell’intestino può diminuire l’assorbimento.

2.       Il flusso ematico splancnico aumenta l’assorbimento dopo l’assunzione di cibo in quanto questo ne induce un aumento.

3.       Le dimensioni delle particelle e la formulazione farmaceutica hanno effetti rilevanti sull'assorbimento. Le preparazioni farmaceutiche sono normalmente  formulate in funzione delle caratteristiche di assorbimento desiderate. Al esempio un ritardo nell'assorbimento può essere raggiunto formulando capsule in grado di rimanere intatte dopo l’ingestione oppure compresse provviste di una copertura gastroresistente. In alcuni casi viene introdotto nella capsula una miscela di particelle a rapido e lento rilascio in modo tale da determinare un assorbimento più prolungato nel tempo. Esistono sistemi farmaceutici per consentire la liberazione dei farmaci in modo costante “a lento rilascio” che hanno il vantaggio di ridurre la frequenza delle somministrazioni e quindi la probabilità di reazioni avverse.

4.       I fattori fisico-chimici influenzano l’assorbimento modificando lo stato del farmaco nell’intestino. Quando farmaci vengono somministrati per via orale, l’intenzione è che vengano assorbiti e che portano a degli effetti sistemici; ma, ci sono delle eccezioni.

Biodisponibilità: per giungere dal lume dell’intestino tenue al circolo sistemico gli ostacoli che un farmaco deve superare non sono costituiti solo dalla mucosa intestinale, ma anche dall’attacco di enzimi della parete intestinale e del fegato, che possono inattivarlo. La biodisponibilità è la % di farmaco che passa nella circolazione sistemica dopo somministrazione orale, tenendo conto sia dell’entità di assorbimento sia della degradazione metabolica locale.

SOMMINISTRAZIONE SUBLINGUALE: l’assorbimento diretto dalla cavità orale risulta utile (purchè il farmaco non abbia un gusto troppo sgradevole) quando è richiesta una risposta rapida, soprattutto quando un farmaco è instabile a pH gastrico o rapidamente metabolizzato a livello epatico. I farmaci assorbiti dalla mucosa orale passano direttamente nel sistema circolatorio senza entrare nel sistema portale, evitando in tal modo il metabolismo di 1° passaggio.

SOMMINISTRAZIONE RETTALE: utilizzata per ottenere sia effetti locali sia effetti sistemici. L’assorbimento è spesso irregolare, ma questa via può essere utile in pazienti soggetti a vomito o che non sono in grado di assumere farmaci per via orale in particolare per i bambini.

SOMMINISTRAZIONE CUTANEA: essenzialmente usata quando si vuole un effetto locale sulla pelle per farmaci liposolubili. L’uso di forme di somministrazione transdermiche nelle quali il farmaco è incorporato in un cerotto che viene applicato su un’area di pelle sottile, determinando una liberazione costante del principio attivo e offrono parecchi vantaggi, tra cui la facile rimozione nel caso di comparsa di effetti indesiderati.

SOMMINISTRAZIONE INALATORIA: l’inalazione è la via usata per la somministrazione degli anestetici volatili e gassosi che vengono assorbiti ed eliminati attraverso i polmoni; la grande superficie assorbente e l’abbondante flusso ematico rendono possibili una rapido scambio e il raggiungimento in tempi brevi. Applicato anche nel caso di farmaci attivi sui polmoni. Tuttavia dovrebbero agire solo localmente ma vengono parzialmente assorbiti nel sistema circolatorio, determinando effetti collaterali sistemici. Modificazioni chimiche delle molecole dei farmaci possono ridurne notevolmente l’assorbimento.

SOMMINISTRAZIONE PER VIA INIETTIVA: l’iniezione endovenosa è la via più sicura e più rapida di somministrazione dei farmaci; una infusione costante evita la possibilità di assorbimento in altri distretti. L’iniezione sottocutanea o intramuscolare determina solitamente effetti più rapidi rispetto alla somministrazione per via orale, ma il grado di assorbimento varia notevolmente in funzione al sito di iniezione e di vari fattori fisiologici, e in particolare del flusso ematico locale.

I fattori limitanti l’assorbimento sono:

·         La diffusione del farmaco nel tessuto

·         La rimozione del farmaco da parte del flusso ematico locale

L’assorbimento dal sito di iniezione viene aumentato per mezzo di ialuronidasi (un enzima che degrada la matrice extracellulare incrementando la diffusione delle sostanze) o aumentando il flusso locale di sangue. Al contrario l’assorbimento è ridotto nei pazienti con insufficiente circolazione periferica (“shock”).

Metodi per ritardare l’assorbimento: ritardare l’assorbimento può risultare molto utile al fine di ridurre l’assorbimento sistemico di farmaci usati per produrre un’azione locale, oppure per aumentare la durata d’azione sistemica di un farmaco. Si realizzano così forme del farmaco relativamente insolubili “a rilascio ritardato”: ottenuto mediante la trasformazione del farmaco in un sale, un estere o un complesso poco solubile da iniettare come sospensione acquosa o come soluzione oleosa. L’esterificazione provoca un aumento della liposolubilità, rallentando il grado di assorbimento se iniettati in soluzione oleosa.

Iniezione intratecale: iniezione di un farmaco nello spazio subaracnoideo per mezzo di una iniezione lombare, è usato per alcuni scopi specialistici.

Assorbimento dei farmaci e biodisponibilità ·          Farmaci provvisti di liposolubilità molto bassa, compressi basi e acidi  forti, sono generalmente poco assorbiti dall’intestino. ·          Pochi farmaci (per esempio la levodopa) vengono assorbiti con meccanismo di trasporto mediato da carrier. ·          L’assorbimento intestinale è influenzato da molti fattori quali: §   La motilità intestinale §   Il pH GI §   Le dimensioni delle particelle §   Le interazioni fisico-chimiche con il contenuto intestinale (es. L’interazione chimica tra calcio e tetracicline). Ø  La biodisponibilità è la frazione della dose ingerita di un farmaco che raggiunge inalterata la circolazione sistemica. Può essere bassa a causa di assorbimento incompleto o di metabolismo nelle pareti intestinali o nel fegato prima di raggiungere la circolazione sistemica. Ø  Il termine bioequivalenza implica che una data formulazione di un farmaco possa essere sostituita da un’altra, senza che si verifichi alcuna conseguenza clinica indesiderata.

LEGAME DEI FARMACI ALLE PROTEINE PLASMATICHE

LEGAME DEI FARMACI ALLE PROTEINE PLASMATICHE

Molti farmaci nel plasma a C terapeutiche si trovano nella forma legata è rallenta l’eliminazione

La più importante proteina plasmatica coinvolta nel legame è l’albumina, che lega molti farmaci acidi (warfarin) e un numero minore di farmaci basici (clorpromazina). Altre sono le beta-globuline e una glicoproteina acida che pur essendo presente in quantità inferiore può aumentare in condizioni patologiche, coinvolta nel legame di alcuni farmaci basici (chinina). La quantità di farmaco legata a una proteina dipende da 3 fattori:

1.       La C del farmaco libero

2.       La sua affinità per i siti di legame

3.       La C delle proteine

La reazione di legame è una semplice associazione delle molecole del farmaco con i siti di legame, analogamente al legame farmaco-recettore.

La normale C di albumina nel plasma è di a circa 0,6mmol/l (4g/100ml). Ha 2  siti di legame per molecola di albumina quindi la capacità plasmatica di legare i farmaci è pari a 1,2mmlol/l. Per la maggior parte dei farmaci la C plasmatica totale richiesta per una effetto clinico è molto inferiore a questo valore, pertanto i siti di legame non sono saturati.

L’esistenza di siti di legame implica la possibilità di competizione: un farmaco può ridurre il legame alle proteine di un altro farmaco ma raramente può causare interazioni farmacologiche clinicamente importanti.

Legame dei farmaci alle proteine plasmatiche   Ø  L’albumina plasmatica è la più importante; alcuni farmaci si legano anche alla β-globulina e alla glicoproteina acida.   Ø  L’albumina plasmatica lega prevalentemente farmaci acidi (approssimativamente 2 molecole per ogni molecola di albumina). Farmaci basici possono essere legati da β-globulina e dalla glicoproteina acida.   Ø  Il legame saturabile determina talvolta una relazione non lineare tra dose somministrata e C di farmaco libero (attivo).   Ø  Un forte legame con le proteine rallenta l’eliminazione del farmaco (metabolismo e/o secrezione attraverso la filtrazione glomerulare).   Ø  La competizione tra farmaci per il legame alle proteine può anche causare interazioni farmacologiche clinicamente importanti.

ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE E DESTINO DEI FARMACI

L’azione di un farmaco richiede la presenza di una concentrazione adeguata nei fluidi dell’organo bersaglio. La durata d’azione corrisponde all’intervallo tra il raggiungimento e la successiva caduta della sua concentrazione al sito d’azione; fanno eccezione i farmaci “colpisci e fuggi” i cui effetti permangono anche dopo che la loro C è scarsa o zero.

I 2 fondamentali processi che determinano la C di un farmaco in ogni momento nell'organismo sono:

1.       La traslocazione delle molecole di farmaco

2.       La trasformazione chimica delle molecole di farmaco

TRASLOCAZIONE DELLE MOLECOLE DI FARMACO

Il movimento dei farmaci all’interno dell’organismo avviene per

·         Il trasferimento all’interno del compartimento fluido

·         Un processo di diffusione

Il fattore che influenza le caratteristiche farmacocinetiche di un farmaco è la sua capacità di attraversare le membrane cellulari che separano i vari compartimenti acquosi del corpo; il grado di diffusione dipende principalmente dalle sue dimensioni molecolari inversamente proporzionali al coefficiente di diffusione: molecole grosse diffondono più lentamente delle piccole.

IL MOVIMENTO DI FARMACI ATTRAVERSO LE BARRIERE CELLULARI

Per distribuirsi nei compartimenti acquosi dell’organismo un farmaco deve superare delle barriere costituiti dalle membrane cellulari:

1.       Una sola membrana separa il compartimento extracellulare da quello intracellulare

2.       Due membrane in serie costituiscono uno strato di cellule strettamente connesse l’una all’altra à barriera epiteliale

3.       Più membrane in serie costituiscono una struttura di maggiore complessità à endotelio vascolare

Gli spazi tra cellule endoteliali sono riempiti da una matrice proteica lassa che funziona da filtro trattenendo le molecole grandi e lasciando passare quelle più piccole, l’acqua passa rapidamente. Nel SNC l’endotelio capillare è continuo e la penetrazione implica l’attraversamento della membrana; in altri organi, es. fegato, l’endotelio è discontinuo permettendo il libero passaggio di cellule. Il passaggio di piccole molecole attraverso la membrana cellulare può avvenire mediante 4 meccanismi:

1.       Per diffusione attraverso i lipidi

2.       Per diffusione attraverso i pori acquosi

3.       Per associazione ad un carrier

4.       Per pinocitosi

La diffusione attraverso i lipidi e il trasporto mediato dai trasportatori (carriers) sono particolarmente importanti; la diffusione attraverso i pori acquosi non è importante poichè hanno un diametro troppo piccolo per consentire il passaggio della maggior parte dei farmaci, principale via di passaggio delle molecole di acqua e di piccole molecole polari come l’urea; la pinocitosi è invece un meccanismo importante per il trasporto di alcune macromolecole come l’insulina nella barriera ematoencefalica.

DIFFUSIONE ATTRAVERSO I LIPIDI

Le sostanze non polari (elettroni distribuiti in maniera uniforme non vi è separazione tra cariche + e -) hanno una elevata solubilità nei lipidi, attraversano le membrane cellulari liberamente mediante °diffusione passiva°. Il coefficiente di permeabilità (P) è determinato da due caratteristiche fisico-chimiche: la solubilità nei lipidi (espressa come coefficiente di ripartizione della sostanza nello spessore della membrana) e la diffusibilità, cioè misura della mobilità delle molecole all’interno dei lipidi (espressa come coefficiente di diffusione) il primo rappresenta il più importante fattore che influenza le caratteristiche farmacocinetiche di un farmaco. Le sostanze polari (elettroni distribuiti in maniera non uniforme vi è separazione tra cariche + e -) hanno una solubilità nei lipidi che dipende principalmente da:

- pH e ionizzazione: i farmaci acidi o basi deboli nei fluidi corporei possono trovarsi nella forma ionizzata o non ionizzata; il rapporto tra le due forme varia in funzione del pH, in accordo con l’equazione di Hendelson-Hasselbach: soltanto la forma non ionizzata (protonata, per un acido debole, non protonata per una base debole) può diffondere attraverso le membrane lipidiche ed essere assorbita, eccezione per gli antibiotici aminoglicosidici, per la presenza di numerosi gruppi –OH della componente zuccherina che formano legami a H rendendo idrosolubile la molecola non carica e pertanto non in grado di attraversare le membrane.

-Influenza del pH e intrappolamento ionico: la ionizzazione della molecola modifica anche la distribuzione del farmaco nei vari compartimenti acquosi. Il rapporto tra C di un farmaco ionizzato e non ionizzato dipende dal pKa della molecola e dal pH del compartimento: la specie non ionizzata attraversa le membrane e pertanto raggiunge C uguali in ogni compartimento mentre la specie ionizzata non attraversa le membrane e nell’equilibrio la C totale del farmaco sarà differente in ogni compartimento. L’influenza del pH determinerà un accumulo degli acidi deboli in compartimenti aventi pH relativamente altro, mentre il contrario avviene per le basi debolià INTRAPPOLAMENTO IONICO.

Importanti conseguenze dell’influenza del pH sono:

·         L’acidificazione urinaria accelererà l’escrezione di basi deboli e ritarderà quella di acidi deboli, l’alcalinizzazione urinaria avrà ovviamente l’effetto opposto.

·         L’aumento del pH plasmatico (per somministrazione di Bicarbonato di NO) causerà l’estrazione di farmaci acidi deboli dal SNC nel plasma. Al contrario, la reazione del pH plasmatico (per somministrazione di acetazolamide) causerà un incremento della C dei farmaci acidi deboli nel SNC, aumentandone la tossicità è trattamento dei sovradosaggi.

TRASPORTO MEDIATO DA TRASPORTATORI (carriers)

Le membrane cellulari possiedono meccanismi di trasporto d’ingresso e d’uscita di zuccheri, AA, neurotrasmettitori e ioni metallici. La molecola trasportatrice “carrier” è una proteina rasmembrana, che lega la molecola e la trasporta dall’altro lato della membrana. Possono funzionare in modo assolutamente passivo, senza l’intervento di fonti energetiche, facilitando semplicemente il processo di equilibrazione transmembrana nella direzione del suo gradiente elettrochimico (“diffusione facilitata”) o in alternativa possono essere accoppiati o una fonte di energia, sia direttamente all’idrolisi dell’ATP (trasporto attivo primario) sia indirettamente al gradiente elettrochimico di un altro ione motore come il Na⁺ (trasporto attivo secondario); in questo caso il trasporto può avvenire contro gradiente elettrochimico (trasporto attivo). Il trasporto mediato da carriers, implica la formazione di un legame, possiede per questo la caratteristica della SATURAZIONE cioè i siti di trasporto vengono saturati in presenza di alte C  di ligando e la velocità non può aumentare oltre questo limite (a differenza della diffusione semplice la cui capacità di trasporto aumenta in modo direttamente proporzionale al gradiente di C). Se è presente un 2° ligando si ha una INIBIZIONE COMPETITIVA del trasporto.

In aggiunta ai processi che regolano il trasporto dei farmaci attraverso le barriere, due ulteriori fattori rivestono notevole importanza nella distribuzione e nell'eliminazione:

·          -  Il legame delle proteine plasmatiche

·         - La ripartizione nei grassi corporei

Movimento dei farmaci attraverso le barriere cellulari v  Per superare le barriere cellulari (mucosa GI, tubulo renale, BEE, placenta), i farmaci devono attraversare membrane lipidiche. v  I farmaci attraversano le membrane lipidiche principalmente con meccanismo (a) di diffusione passiva e (b) di trasporto mediato da carrier. v  Il principale fattore che determina il grado di trasferimento per diffusione passiva attraverso le membrane è la solubilità dei farmaci nei lipidi. Il PM del farmaco è un fattore meno importante. v  Molti farmaci sono acidi deboli o basi deboli, il cui stato di ionizzazione varia in funzione del pH, in accordo con l’equazione di Henderson-Hasselbalch. (pKa=pH + log[BH+]/[B] ([AH]/[A-]). v  Con gli acidi o le basi deboli, soltanto la forma non ionizzata (protonata, per un acido debole; non protonata, per una base debole) può diffondere attraverso le membrane lipidiche; la sua C nei due compartimenti separati da tali membrane sarà influenzata dalla differenza di pH. v  L’influenza del pH determinerà un accumulo degli acidi deboli in compartimenti aventi pH relativamente alto, mentre il contrario avviene per le basi deboli. v  Il trasporto mediato da carrier che coinvolge SLC (trasportatori cationici organici – OCT – e trasportatori anionici organici – OAT) e P-gp (trasportatori ABC) nel tubulo renale, nella BEE e nell'epitelio GI è importante nel determinare la distribuzione di molti farmaci.

RECETTORI CHE REGOLANO LA TRASCRIZIONE DEL DNA

RECETTORI CHE REGOLANO LA TRASCRIZIONE DEL DNA

Sono recettori nucleari mediati da ORMONI STEROIDEI e TIROIDEI; i ligandi sono composti altamente lipofili in grado quindi di attraversare facilmente la membrana cellulare. Derivano tutti dallo stesso meccanismo di base, dalla stimolazione della trascrizione di geni selezionati, responsabili della sintesi di particolari proteine e dei relativi effetti. La struttura di base è costituita da grandi proteine monomeriche, costituite da 400-1000 AA contenenti una regione mediana delle molecole dove c’è il sito di legame al DNA (DNA-binding domain), esso contiene 2 anelli di circa 15 residui ciascuno, detti “dita per lo Zn” il cui forma consiste in un gruppo di residui di cisteina che circondano l’atomo di Zn che si avvolgono, si pensa, attorno all’elica del DNA. Inoltre è presente anche un dominio che regola la trascrizione e un dominio che regola l’inibizione. In assenza del segnale il recettore è inibito a livello del suo dominio inibitore. Quando arriva la molecola steroidea si lega  al recettore che di conseguenza cambia conformazione, l’inibitore si stacca e si attacca l’attivatore, esponendo il dominio che lega il DNA che è normalmente nascosto all’interno inducendo la trascrizione genica: attivazione di geni differenti e quindi sintesi di proteine completamente diverse. Altre molecole che agiscono in modo simile sono la Vit-D e l’acido retinoico, importante regolatore dello sviluppo embrionale durante la gravidanza.

CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE DEI RECETTORI

Le proteine recettoriali vengono sintetizzate dalle cellule che le esprimono, e il livello di espressione è esso stesso soggetto a regolazione. A breve termine viene generalmente regolata attraverso processi di DESENSIBILIZZAZIONE. A lungo termine si manifesta attraverso l’aumento o la diminuzione dell’espressione dei recettori.

Recettori nucleari v  Una famiglia di 48 recettori solubili che percepisce segnali lipidici e ormonali e modula la trascrizione genica. v  Due principali gruppi: Ø  Sono presenti nel citoplasma, formano omodimeri in presenza dei loro partner e migrano nel nucleo. I loro ligandi sono prevalentemente di natura endocrina (per esempio, ormoni steroidei). Ø  Sono in genere costitutivamente presenti nel nucleo e formano eterodimeri con il recettore X dell’acido retinico. I loro ligandi sono abitualmente lipidi. v  Un terzo sottogruppo trasduce prevalentemente segnali endocrini ma funziona come eterodimero con il recettore X dei retinoidi (per esempio, l’ormone tiroideo). v  I complessi ligando-recettore determinano modificazioni della trascrizione genica attraverso il legame di elementi responsivi sul promotore genico e reclutando fattori coattivatori e corepressori v  Questa famiglia di recettori è responsabile degli effetti farmacologici di circa il 10% di tutti i farmaci prescritti, e gli enzimi da essa regolati influenzano la farmacocinetica di circa il 60% di tutti i farmaci prescritti.

SPECIFICITÀ DEGLI AGONISTI - RECETTORI ACCOPPIATI A TIROSIN-CHINASI E A GUANILATO CICLASI

SPECIFICITÀ DEGLI AGONISTI

La specificità di legame per una particolare proteina G dipende da una reazione della 3° piega intracellulare del recettore determinando una via di trasduzione rispetto all’altra in funzione del tipo di agonista che attiva il recettore. Tutti gli agonisti che interagiscono con uno specifico recettore producono lo stesso tipo di risposta cellulare.

RECETTORI ACCOPPIATI A TIROSIN-CHINASI E A GUANILATO CICLASI

I recettori accoppiati a tirosin-chinasi sono la 2° classe più importante di recettori di superficie. Mediano le azioni delle citochine e di vari ormoni quali l’insulina e dei fattori di crescita. La struttura di base consiste di un dominio intracellulare e un dominio extracellulare, contenenti ciascuno 400-700 residui AA. La regione intracellulare possiede attività Tirosin-chinasica e contiene sia siti che legano ATP sia altri siti per legare il substrato. Il legame del ligando al recettore provoca la dimerizzazione del recettore che attiva una cascata di chinasi. È presente soltanto una singola elica transmembrana, che collega il dominio esterno del recettore con il dominio interno. L’associazione di 2 domini intracellulari chinasici consente l’AUTOFOSFORILAZIONE dei residui di tirosina in questi due domini e questi residui autofosforilati servono poi come siti di legame per altre proteine intracellulari provviste di una specifica sequenza amminoacidica nota come “dominio sH₂”

MECCANISMI: le proteine contenenti il dominio sH₂ sono enzimi. Sono implicate nel controllo della divisione e della differenziazione cellulare e la loro principale azione è di stimolare la trascrizione di particolari sezioni del genoma.

Due vie nella trasduzione del segnale

1.       Via RAS/RAF

Media l’effetto di molti fattori di crescita e mitogeni. RAS è una proteina G monomerica che trasporta il segnale dalla proteina con dominio sH₂ (GBR) che viene fosforilata e attivata dal recettore tirosin-chinasico attivato dal ligando. L’attivazione di RAS a sua volta attiva RAF che è la prima protein-chinasi serina/treonina della cascata, la quale fosforila e attiva la successiva. L’ultima di queste è una MAP-chinasi che fosforila e attiva uno o più fattori di trascrizione che iniziano l’espressione genica. Dunque proteine RAS mutanti sono associate a molti tumori (legano il GTP ma non possono idrolizzarlo).

2.       Via JAK/STAT

Coinvolta nella risposta a molte CITOCHINE. Quando questi liganti legano il recettore inducono la dimerizzazione dello stesso, i dimeri si legano a proteine tirosin-chinasiche citosoliche (JAK) che si fosforilano tra di loro e vanno a fosforilare altre proteine tirosin-chinasiche (STAT) che sono proteine con domini sH₂ le quali si legano a livello di gruppi fosfotirosinici situati sui complessi recettore-JAK e vengono loro stesse fosforilate. Ciò fa dissociare il complesso liberando le STAT fosforilate che sono così attivate, dimerizzano e in questa forma raggiungono il nucleo dove interagiscono con il DNA e attivano l’espressione genica.

La guanilato ciclasi, enzima responsabile della formazione del 2° messaggero cGMP in risposta al legame con peptidi (AMP) è strutturalmente simile alla famiglia delle tirosin-chinasi piuttosto che a quella dell’adenilato ciclasi come invece si potrebbe pensare. È attivata in un modo simile attraverso la dimerizzazione quando l’agonista si lega.

N.B.

Le proteine G monomeriche omologamente alle proteine G eterotrimeriche operano mediante i cicli di attivazione (GTP) e inattivazione (GDP), ma si differenziano in quanto richiedono l’azione di ulteriori proteine regolatrici: la PLNC (proteina di liberazione dei nucleotidi guaninici) per l’attivazione e la PAG (proteina attivante le GTPasi) per l’inattivazione. Le RAS appartengono alle superfamiglia delle SWIG proteine intracellulari (proteine interruttore).

Recettori accoppiati a chinasi v  I recettori per i fattori di crescita hanno nel dominio intracellulare una tirosin-chinasi. v  I recettori per le citochine hanno un dominio intracellulare che, quando il recettore è attivato, lega e attiva chinasi citosoliche. v  Tutti i recettori condividono un’architettura comune, con un ampio dominio extracellulare che lega il ligando. Tale dominio è connesso attraverso un solo dominio transmembrana al dominio intracellulare. v  Generalmente la trasduzione del segnale coinvolge la dimerizzazione dei recettori, seguita da un’autofosforilazione dei residui di tirosina. I residui di fosfotirosina agiscono come accettori per i domini SH2 di diverse proteine intracellulari e controllano, di conseguenza, diverse funzioni cellulari. v  Sono coinvolti nella regolazione della crescita e del differenziamento cellulare e agiscono indirettamente sul controllo della trascrizione genica. v  Due importanti vie di trasduzione sono:      Ø  La via Ras/Raf/MAP chinasi, che è importante per la divisione, la crescita e il differenziamento cellulare      Ø  La via Jak/Stat attivata da diverse citochine, che controlla la sintesi e il rilascio di molti mediatori dell’infiammazione. v  Pochi recettori per gli ormoni (per esempio, quello per il fattore natriuretico atriale) hanno un’architettura simile e interagiscono con la guanilato ciclasi. Fosforilazione delle proteine nella trasduzione del segnale v  Diversi eventi controllati dai recettori coinvolgono la fosforilazione proteica, che regola la funzionalità e le proprietà di legame delle proteine intracellulari. v  I recettori tirosin-chinasici, quelli nucleotide-attivati tirosin-chinasici ciclici e quelli serina/treonina chinasi attivano una “cascata chinasica” che porta all'amplificazione del segnale. v  Ci sono molte chinasi, con differenti specificità di substrato, che conferiscono specificità alle vie attivate da diversi ormoni. v  La desensibilizzazione dei recettori accoppiati a proteine G è il risultato della fosforilazione da parte di specifici recettori chinasici. Ciò causa la perdita di funzionalità del recettore  e la sua internalizzazione. v  Esiste un’ampia famiglia di fosfatasi che agisce capovolgendo l’effetto delle chinasi.