Introduzione

La proposta che i nucleotidi purinici sono molecole di segnalazione extracellulare, così come una fonte di energia intracellulare, è stata riportata per la prima volta da Drury & Szent-Györgyi . Poi nel 1970, l’adenosina 5′-trifosfato (ATP) ha dimostrato di essere un trasmettitore nella trasmissione neuromuscolare autonoma e in una revisione successiva è stato introdotto il termine di segnalazione ‘purinergica’. Questo concetto non è stato accettato da molti per i prossimi 20 anni. Separate famiglie di recettori purinergici, P1 (adenosina) e P2 (ATP/adenosina 5′-difosfato (ADP)) sono stati descritti nel 1978, ma il punto di svolta nell’accettazione della segnalazione purinergica è venuto dopo i recettori per purine e pirimidine sono stati clonati e caratterizzati nei primi anni 1990. Quattro sottotipi di recettori P1 (A1, A2A, A2B, A3), sette recettori del canale ionico P2X (P2X1-7) e otto recettori accoppiati a proteine G (P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6, P2Y11, P2Y12, P2Y13, P2Y14) sono attualmente riconosciuti. L’attivazione dei recettori P2 porta ad un aumento del Ca2+ intracellulare: da fonti extracellulari per i recettori P2X e da siti intracellulari per i recettori P2Y. Forse a causa della loro origine antica, l’array di sottotipi di purinorecettori ha la proprietà unica di essere straordinariamente distribuito in tutte le cellule e tessuti viventi. In contrasto con tutti gli altri trasmettitori chimici, che sono, di regola, segregati a certi tipi di cellule e a certe funzioni, i recettori per le purine e le pirimidine si trovano ovunque, ed è quasi impossibile trovare una cellula senza sensibilità all’ATP e ai suoi analoghi. C’è stata una rapida espansione del campo dal 1995.

Segnalazioni purinergiche a breve termine

L’ATP ha dimostrato di essere un trasmettitore rilasciato da nervi non adrenergici e non colinergici per produrre segnalazioni purinergiche a breve termine dai nervi enterici inibitori nella cavia taenia coli e dai nervi parasimpatici eccitatori nella vescica urinaria. La segnalazione purinergica a breve termine è stata dimostrata quando l’ATP è stato identificato come un cotrasmettitore con la noradrenalina nei nervi simpatici nella taenia coli, nella membrana nittitante del gatto, nei vasi deferenti e nei vasi sanguigni. L’ATP è anche un cotrasmettitore con l’acetilcolina nei nervi motori che forniscono il muscolo scheletrico in via di sviluppo, la vescica e il corpo carotideo e nei nervi sensitivo-motori con la sostanza P e il peptide legato al gene della calcitonina. Più tardi è stato dimostrato che l’ATP è un cotrasmettitore che media la segnalazione purinergica a breve termine nei neuroni del sistema nervoso centrale (SNC). Il coinvolgimento della segnalazione purinergica a breve termine nel controllo del tono vascolare è illustrato nella figura 1. La trasmissione sinaptica purinergica tra i nervi è stata mostrata nel ganglio celiaco e nell’habenula mediale del cervello. L’ATP rilasciato durante la trasmissione sinaptica può attivare i recettori degli astrociti, che a loro volta iniziano i segnali di Ca2+ e propagano le onde di Ca2+ nelle reti astrogliali attraverso l’attivazione dei recettori P2Y e la diffusione dell’inositolo trisfosfato (IP3) attraverso le giunzioni gap. I recettori P2X ionotropi sono responsabili della rapida segnalazione astrocitaria, mentre i recettori P2Y metabotropi mediano gli effetti a lungo termine. Segnalazione purinergica a breve termine (acuta) che controlla il tono vascolare. Schema che illustra i principali sottotipi di recettori per purine e pirimidine presenti nella maggior parte dei vasi sanguigni. I nervi perivascolari nell’avventizia rilasciano ATP come un cotrasmettitore: L’ATP viene rilasciato insieme alla noradrenalina (NA) e al neuropeptide Y (NPY) dai nervi simpatici per agire sui purinocettori P2X1 del muscolo liscio e, in alcuni vasi, P2X2, P2X4 e P2Y2, provocando la vasocostrizione. L’ATP viene anche rilasciato insieme al peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) e alla sostanza P (SP) dai nervi sensoriali durante l’attività del “riflesso assonico” e scisso in adenosina difosfato (ADP) per agire sui purinocettori P2Y1 della muscolatura liscia in alcune regioni di alcuni vasi con conseguente vasodilatazione. I purinocettori P1(A1) sui terminali nervosi dei nervi simpatici e sensoriali mediano la modulazione dell’adenosina (AD) (derivante dalla scomposizione enzimatica dell’ATP) del rilascio del trasmettitore. I purinocettori P2X2/3 sono presenti su una sottopopolazione di terminali nervosi sensoriali. I purinocettori P1(A2) sul muscolo liscio vascolare mediano la vasodilatazione. Le cellule endoteliali rilasciano ATP e uridina 5′-trifosfato (UTP) durante lo shear stress e l’ipossia per agire sui purinocettori P2Y1, P2Y2 e talvolta P2Y4 portando alla produzione di ossido nitrico (NO) e alla successiva vasodilatazione. L’ATP, in seguito al suo rilascio dalle piastrine aggreganti, agisce anche su questi recettori endoteliali. Le piastrine trasportate dal sangue possiedono purinocettori P2Y1 e P2Y12 ADP-selettivi, nonché recettori P2X1, mentre le cellule immunitarie di vario tipo possiedono P2X7, nonché purinocettori P2X1, P2Y1 e P2X2. I recettori P2X2, P2X3 e P2X4 sono stati identificati anche sulle membrane delle cellule endoteliali. (Modificato da , con il permesso di Lippincott Williams and Wilkins.)

La segnalazione a breve termine coinvolta nella neuromodulazione pregiudiziale attraverso entrambi i recettori P1 e P2 è stata riconosciuta anche in entrambi i periferici e CNS. I purinocettori sono ampiamente presenti nel SNC, dove mediano l’eccitabilità neuronale e sono importanti per la segnalazione nel circuito neuronale-gliale, essendo un importante gliotrasmettitore.

I purinocettori sono presenti in tutti i tessuti periferici, essendo coinvolti nella regolazione a breve e lungo termine di diverse funzioni, tra cui la trasmissione neuromuscolare e sinaptica e la secrezione nell’intestino, e la secrezione nei reni, fegato e sistemi riproduttivi. Nei sistemi vascolare e respiratorio, l’ATP media le attività riflesse attraverso l’attivazione dei nervi sensoriali. L’attivazione dei purinocettori può mediare risposte rapide nel sistema immunologico, nelle cellule del sangue, nella pelle, nelle ossa e nei muscoli, nel tratto urinario e nel cuore. La segnalazione purinergica a breve termine avviene anche nella secrezione da cellule endocrine e non endocrine. I recettori P2X3 e P2X2/3 sono coinvolti nella nocicezione. La segnalazione purinergica attraverso i recettori P2Y12 è ben stabilita per il controllo dell’aggregazione piastrinica.

La segnalazione purinergica a lungo termine (trofica)

L’ATP e i suoi analoghi sono coinvolti nel rimodellamento dei tessuti in risposta alle lesioni e svolgono un ruolo chiave nella regolazione della successiva riparazione e rigenerazione . La stimolazione dei purinocettori innesca l’astrogliosi, la risposta generalizzata degli astrociti al danno cerebrale, coinvolgendo la proliferazione cellulare e il rimodellamento del circuito neurale. L’astrogliosi reattiva è fondamentale sia per la formazione della cicatrice e la limitazione dell’area cerebrale danneggiata (attraverso l’astrogliosi anisomorfa), sia per il rimodellamento post-insulto e il recupero della funzione neurale (attraverso l’astrogliosi isomorfa). Gli eventi iniziali nelle risposte dell’astroglia alla segnalazione purinergica sono strumentali per l’eccitabilità del Ca2+ gliale o possono avviare effetti a lungo termine. Per l’astrogliosi reattiva, non solo è stato assolutamente necessario l’aumento del calcio intracellulare, ma è stato anche dimostrato che l’ATP è uno dei fattori chiave coinvolti nel suo inizio attraverso l’attivazione dei recettori accoppiati alla proteina G P2Y legati alla fosfolipasi C e IP3. Questi effetti proliferativi trofici/astroglici degli agonisti P2 sono stati riscontrati sia in vitro, in colture gliali, che in vivo, nel nucleo accumbens dei ratti. I recettori P2X mediano il potenziamento a lungo termine nell’ippocampo. L’attivazione dei recettori P2X può avere molteplici effetti sulla plasticità sinaptica, inibendo o facilitando i cambiamenti a lungo termine della forza sinaptica a seconda del contesto fisiologico. La segnalazione purinergica a lungo termine si verifica anche nell’infiammazione cronica e nel dolore neuropatico.

(a) Sviluppo embriologico

I sottotipi di recettori P2 appaiono transitoriamente durante lo sviluppo embriologico e postnatale, suggerendo che l’ATP è coinvolto nella proliferazione sequenziale, differenziazione, motilità e morte delle cellule durante i complessi eventi coinvolti. Per esempio, negli embrioni di Xenopus un nuovo recettore P2Y8 è stato clonato e ha dimostrato di essere transitoriamente espresso nella placca neurale e nel tubo dagli stadi 13 a 18 e di nuovo allo stadio 28, quando la neurulazione secondaria si verifica nel germoglio della coda. L’espressione transitoria dei recettori P2Y1 nelle gemme degli arti degli embrioni di pulcino media una rapida proliferazione cellulare. Durante lo sviluppo postnatale del cervelletto e del muscolo scheletrico sono stati descritti cambiamenti nell’espressione dei sottotipi di recettori P2X. La segnalazione purinergica nello sviluppo è probabile che coinvolga il cross-talk tra diverse altre vie di segnalazione, compresi i fattori di crescita, citochine e componenti della matrice extracellulare. Durante il primo sviluppo del miotubo erano presenti i recettori P2X5, seguiti dall’espressione del recettore P2X6, e poi i recettori P2X2 sono stati espressi durante lo sviluppo della giunzione neuromuscolare. I transienti Ca2+ evocati dall’ATP nella retina del pollo erano i più forti già all’E3, ma erano drasticamente ridotti all’E11-13.5 . Meccanismi simili sono coinvolti nella neurogenesi adulta.

(b) Formazione e riassorbimento dell’osso

L’attività degli osteoclasti e il riassorbimento dell’osso sono attivati da ADP attraverso i recettori P2Y1, mentre la segnalazione di ATP e uridina 5′-trifosfato (UTP) attraverso i recettori P2Y2 negli osteoblasti inibisce la crescita ossea e la mineralizzazione (figura 2) . I recettori P2X7 hanno ruoli di regolazione trofica nella formazione e nel riassorbimento dell’osso. Gli osteoblasti attivati dai recettori P2X7 mostrano una maggiore differenziazione e formazione ossea, mentre l’attivazione dei recettori P2X7 degli osteoclasti evoca l’apoptosi e il riassorbimento osseo. Diagramma schematico che illustra le potenziali funzioni dei nucleotidi extracellulari e dei recettori P2 nella modulazione della funzione delle cellule ossee. L’ATP rilasciato dagli osteoclasti (ad esempio attraverso lo stress da taglio o costitutivamente) o da altre fonti può essere degradato in adenosina 5′-difosfato (ADP) o convertito in uridina 5′-trifosfato (UTP) attraverso ecto-nucleotidasi. Tutti e tre i nucleotidi possono funzionare separatamente su specifici sottotipi di recettori P2, come indicato dal codice colore. L’ATP è un agonista universale, mentre l’UTP è attivo solo sul recettore P2Y2 e l’ADP è attivo solo sul recettore P2Y1. L’ADP che agisce sui recettori P2Y1 sembra stimolare sia la formazione (cioè la fusione) degli osteoclasti dai precursori ematopoietici sia l’attività riassorbente degli osteoclasti maturi. Per questi ultimi, è stata proposta un’azione sinergica di ATP e protoni da parte del recettore P2X2. L’ADP potrebbe anche stimolare il riassorbimento indirettamente attraverso azioni sugli osteoclasti, che a loro volta rilasciano fattori pro-riassorbitivi (ad esempio l’attivatore del recettore del fattore nucleare κB ligando, RANKL). L’ATP ad alte concentrazioni potrebbe facilitare la fusione dei progenitori degli osteoclasti attraverso la formazione di pori del recettore P2X7 o indurre la morte cellulare degli osteoclasti maturi attraverso i recettori P2X7. Negli osteoblasti, l’ATP, attraverso i recettori P2X5, potrebbe aumentare la proliferazione e/o la differenziazione. Al contrario, l’UTP, attraverso i recettori P2Y2, è un forte inibitore della formazione ossea degli osteoblasti. Per alcuni recettori (ad esempio i recettori P2X4 e P2Y2 sugli osteoclasti o i recettori P2X2 sugli osteoblasti), sono state trovate prove di espressione ma il loro ruolo non è ancora chiaro. (Riprodotto da , con permesso.)

(c) Rimodellamento vascolare nell’aterosclerosi e nella restenosi post-angioplastica

ATP e UTP agendo attraverso i recettori P2Y2 causano la proliferazione delle cellule muscolari lisce vascolari. La proliferazione delle cellule endoteliali è prodotta dall’ADP che agisce attraverso i recettori P2Y1. L’adenosina attraverso i recettori A2 media l’inibizione della proliferazione della muscolatura liscia ma la stimolazione della proliferazione delle cellule endoteliali (figura 3). Questo suggerisce che l’aumento del muscolo liscio vascolare e delle cellule endoteliali sia nell’aterosclerosi che nell’ipertensione può essere mediato dalle azioni trofiche delle purine e delle pirimidine rilasciate dai nervi e dalle cellule endoteliali e nella restenosi post-angioplastica. I recettori P2Y4 sembrano essere regolatori dell’angiogenesi. La sintesi del DNA e la migrazione delle cellule endoteliali vascolari nei vasa vasorum è aumentata dall’ATP nei vasi polmonari malati. La malattia microvascolare è caratterizzata da un aumento del rapporto parete-lume nei pazienti diabetici. Questo è probabilmente a causa di un aumento delle cellule muscolari lisce vascolari che portano a tassi più elevati di restenosi dopo l’angioplastica. Il rilascio di ATP, indotto dal glucosio elevato, stimola la crescita delle cellule muscolari lisce vascolari attraverso i recettori P2Y. Un tipo insolito di segnalazione purinergica a lungo termine è l’evidenza che ad una concentrazione critica l’ATP, agendo sia sugli eritrociti che sulle cellule endoteliali, porta ad un aumento del rilascio di ATP nel sangue circolante per diverse ore.

Figura 3. Schema delle azioni a lungo termine (trofiche) delle purine rilasciate da nervi, piastrine e cellule endoteliali (che rilasciano anche UTP) che agiscono sui recettori P2 per stimolare o inibire la proliferazione cellulare. L’ATP rilasciato come cotrasmettitore dai nervi simpatici e dai nervi sensitivo-motori (durante l’attività riflessa dell’assone) stimola la proliferazione delle cellule muscolari lisce tramite i recettori P2Y2 e/o P2Y4 attraverso una cascata di protein chinasi attivata da mitogeni (MAPK), mentre l’adenosina risultante dalla scomposizione enzimatica dell’ATP agisce sui recettori P1 (A2) per inibire la proliferazione cellulare (tramite l’elevazione del cAMP). L’ATP e l’UTP rilasciati dalle cellule endoteliali stimolano la proliferazione delle cellule endoteliali e muscolari lisce attraverso i recettori P2Y1, P2Y2 e P2Y4. L’adenosina risultante dalla degradazione dell’ATP agisce sui recettori P1 (A2) per stimolare la proliferazione delle cellule endoteliali e regolare il rilascio del fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF) dalle piastrine. NA, noradrenalina; CGRP, peptide legato al gene della calcitonina; SP, sostanza P. (Riprodotto da , con il permesso di Lippincott, Williams and Wilkins.)

(d) Pelle

Gli epiteli squamosi stratificati nella pelle di ratto così come la cornea, l’esofago, il palato molle, la vagina e la lingua hanno mostrato una forte immunocolorazione del recettore P2X5 associato alla differenziazione cellulare negli strati cellulari spinosi e granulari, ma non negli strati esterni cuboidali basali. C’era una forte immunocolorazione dei recettori P2X7 nello strato esterno, associata alla morte cellulare apoptotica. C’è un rapido turnover dell’epitelio dell’intestino tenue. I recettori P2X5 sono espressi sullo stretto “gambo” delle cellule del calice del villo, mentre l’immunoreattività del recettore P2X7 è vista solo sulle membrane degli enterociti e delle cellule del calice sulla punta del villo, dove le cellule sono in fase di apoptosi.

L’espressione dei sottotipi di recettori P2X5, P2X7, P2Y1 e P2Y2 è stata studiata in cheratinociti epidermici umani sani in relazione ai marcatori di proliferazione (PCNA e Ki-67), differenziazione (citocheratina KIO e involucrina) e apoptosi (TUNEL e anticaspase-3). I recettori P2Y1 e P2Y2 erano immunoreattivi nei cheratinociti basali e parabasali. L’espressione dei recettori P2X5 all’interno dello strato spinoso e dei recettori P2X7 nello strato corneo era associata alla differenziazione cellulare (e successiva anti-proliferazione) e alla morte cellulare apoptotica, rispettivamente (figura 4). Esperimenti funzionali su cheratinociti in coltura hanno mostrato un aumento del numero di cellule in risposta all’agonista del recettore P2Y1 2-methylthio ADP e all’agonista del recettore P2Y2 UTP. Al contrario, c’è stata una significativa diminuzione del numero di cellule con l’agonista del recettore P2X5 ATPγS e l’agonista del recettore P2X7 2′(3′)-O-(4-benzoylbenzoyl) ATP. È stato anche dimostrato che i recettori P2Y1 nello strato basale dell’epidermide fetale umana in via di sviluppo erano associati alla proliferazione. I recettori P2X5, prevalentemente negli strati basali e intermedi, erano associati alla differenziazione, mentre i recettori P2X7 nel periderma erano associati alla morte cellulare apoptotica.

Figura 4. La doppia etichettatura dei recettori P2Y1 e P2Y2 con marcatori di proliferazione mostra la colocalizzazione all’interno di una sottopopolazione di cheratinociti basali e parabasali. La doppia etichettatura dei recettori P2X5 con i marcatori dei cheratinociti differenziati mostra la colocalizzazione all’interno dello strato spinoso, e la doppia etichettatura dei recettori P2X7 con i marcatori di apoptosi nella pelle delle gambe umane mostra la colocalizzazione all’interno dello strato corneo. (a) L’immunolabeling Ki-67 (un marcatore di proliferazione) ha colorato i nuclei (verde) di una sottopopolazione di cheratinociti negli strati basali e parabasali dell’epidermide. L’immunocolorazione del recettore P2Y1 (rosso) è stata trovata nello strato basale su cellule colorate anche per il Ki-67. (b) L’immunolabeling del PCNA (un marcatore di proliferazione) ha colorato i nuclei (verde) di una sottopopolazione di cheratinociti. Questi nuclei erano spesso distribuiti in gruppi e si trovavano negli strati basali e parabasali dell’epidermide. L’immunocolorazione del recettore P2Y2 (rosso) era espressa anche nelle cellule epidermiche basali e parabasali. (c) L’immunocolorazione del recettore P2X5 (rosso) ha mostrato la sovrapposizione (giallo) con la citocheratina K10 (verde), un marcatore precoce della differenziazione dei cheratinociti. I recettori P2X5 erano presenti nello strato basale dell’epidermide fino allo strato midgranulare. La citocheratina K10 era distribuita nella maggior parte dei cheratinociti soprabasali. Lo strato basale si macchiava solo per i recettori P2X5, indicando che in queste cellule non c’era differenziazione. La colocalizzazione dei recettori P2X5 e della citocheratina K10 è apparsa principalmente nel citoplasma delle cellule in differenziazione nello strato spinoso e in parte nello strato granuloso. Si noti che lo strato corneo si colora anche per la citocheratina K10, che etichetta i cheratinociti differenziati, anche nelle cellule morenti. (d) L’immunocolorazione del recettore P2X5 (rosso) ha mostrato la sovrapposizione (giallo) con l’involucrina (verde). I recettori P2X5 erano presenti nello strato basale dell’epidermide fino allo strato midgranulare. Si noti che il modello di colorazione con involucrina era simile a quello visto con citocheratina K10, tranne che le cellule dallo strato basale fino al midstratum spinosum non erano etichettati con involucrina, che è un marcatore tardivo di differenziazione dei cheratinociti. (e) TUNEL (verde) ha etichettato i nuclei delle cellule al livello più alto dello strato granuloso e l’anticorpo P2X7 (rosso) ha colorato principalmente i frammenti cellulari all’interno dello strato corneo. (f) Anti-caspase-3 (verde) colocalizzato con aree di immunocolorazione del recettore P2X7 (rosso) sia alla giunzione dello strato granuloso che all’interno dello strato corneo. Le aree di colocalizzazione erano gialle. Si noti che i cheratinociti differenzianti nello strato superiore del granulosum erano anche positivi per l’anti-caspase-3. Scale bar (a-d) 30 µm e (e,f) 15 µm. (Riprodotto da , con permesso.)

La segnalazione purinergica è coinvolta nella guarigione delle ferite. Nell’epidermide rigenerante di ferite denervate, l’espressione del recettore P2Y1 è aumentata nei cheratinociti, mentre l’espressione del recettore P2Y2 è diminuita. Il trattamento con il fattore di crescita nervosa (NGF) delle ferite denervate ha ridotto l’espressione dei recettori P2Y1 e ha aumentato l’espressione dei recettori P2Y2. Il trattamento con NGF ha aumentato sia i recettori P2X5 che P2Y1 nei cheratinociti nelle ferite innervate. In tutti i processi sperimentali di guarigione delle ferite, i recettori P2X7 erano assenti.

I follicoli piliferi umani anagen esprimono i recettori P2Y1, P2Y2 e P2X5. I recettori P2Y1 erano presenti nelle cellule proliferanti nella guaina esterna della radice e nel bulbo, mentre i recettori P2X5 erano associati alla differenziazione della guaina interna ed esterna della radice e del midollo. I recettori P2Y2 sono stati trovati nelle cellule al bordo della corteccia/medulla, mentre i recettori P2X7 non erano presenti.

(e) Cancro

Sono stati descritti i sottotipi di recettori purinergici coinvolti nello sviluppo di tumori nella prostata, vescica, melanoma, seno e altri organi. I recettori P2Y1 e P2Y2 erano espressi e coinvolti nella proliferazione cellulare; i recettori P2X5 erano coinvolti nella differenziazione (ed erano quindi antiproliferativi), mentre i recettori P2X7 erano coinvolti nella morte cellulare in molti tumori (figura 5). Tuttavia, i recettori P2X7 hanno dimostrato di mediare sia la proliferazione delle cellule tumorali che la morte cellulare apoptotica. Può essere che basse concentrazioni di ATP rilasciato promuovano la proliferazione, mentre alte concentrazioni portano alla morte cellulare. Nei melanomi umani, sono espressi recettori P2X7 funzionali che mediano l’apoptosi, mentre gli agonisti dei recettori P2Y1 e P2Y2 causano una diminuzione e un aumento del numero di cellule, rispettivamente. Nel carcinoma a cellule squamose umano, i recettori P2Y2, P2X5 e P2X7 sembrano essere associati alla proliferazione, differenziazione e morte cellulare, rispettivamente .

Figura 5. Diagramma schematico che illustra i diversi meccanismi attraverso i quali i sottotipi di recettori P2 potrebbero alterare la funzione delle cellule tumorali. I recettori P2Y1 e P2Y2 potrebbero influenzare il tasso di proliferazione cellulare attraverso l’alterazione dei livelli intracellulari di cAMP modulando l’adenilciclasi (AC) o aumentando i livelli di calcio intracellulare attraverso la via della fosfolipasi C (PLC). L’attivazione dei recettori P2X5 e P2Y11 potrebbe passare il ciclo cellulare dalla proliferazione a uno stato di differenziazione. Il recettore P2X7 attiva il sistema enzimatico apoptotico delle caspasi. IP3, trisfosfato di inositolo. (Ridotto da , e riprodotto da con permesso.)

Utilizzando la linea cellulare di cancro alla vescica di alto grado HT-1376, i recettori P2X5 e P2Y11 hanno mediato gli effetti anti-neoplastici di ATP, mentre i recettori P2X7 hanno mediato la morte cellulare apoptotica. Le linee cellulari di cancro alla prostata ormono-refrattario hanno mostrato risultati simili. L’ATP ha ridotto la crescita in vivo del cancro alla prostata avanzato ormono-refrattario impiantato nei topi. Studi clinici hanno dimostrato che la somministrazione sistemica di ATP può avere effetti benefici (prolungamento della sopravvivenza e riduzione della cachessia) in pazienti con cancro ai polmoni .

Meccanismi del secondo messaggero e fattori di trascrizione coinvolti nella segnalazione purinergica a breve e lungo termine

I meccanismi del secondo messaggero coinvolti nella segnalazione purinergica a breve termine sono stati analizzati in una serie di studi per i recettori del canale ionico P2X . L’occupazione di entrambi i recettori P2X e P2Y porta ad un aumento del Ca2+ intracellulare, dei recettori P2X da fonti extracellulari e dei recettori P2Y da fonti intracellulari. È stato dimostrato che l’ATP extracellulare attiva la struttura trimerica del canale P2X legando i tre siti di legame intersubunità, che porta a riarrangiamenti conformazionali che vengono trasferiti alle eliche transmembrana collegate ai domini di legame all’ATP dai filamenti β. L’accoppiamento dei sottotipi del recettore P2Y a specifiche proteine G è stato inizialmente dedotto da prove indirette dal movimento dei livelli intracellulari di IP3, calcio, AMP ciclico (cAMP) e determinazione della sensibilità alla tossina pertussis. L’evidenza diretta è seguita dalla misurazione dell’effetto dell’idrolisi di ADP e GTP in vescicole ricostituite con P2Y1 e Gαqβ1γ2 o Gα11β1γ2 . I recettori P2Y accoppiati alle proteine G modulano anche l’attività dei canali ionici voltaggio-gettati nella membrana cellulare attraverso l’attività delle proteine G attivate (vedi per un’analisi dettagliata).

I fattori di trascrizione coinvolti nella segnalazione trofica a lungo termine sono più complessi, come indicato nella figura 6. È stato proposto un ruolo per l’afflusso di calcio nella proliferazione cellulare. La concentrazione esterna di calcio è importante per la funzione dei canali del calcio e regola anche l’attività dei recettori che percepiscono il calcio. L’attivazione del recettore P2Y11 da parte dell’ATP, per esempio, porta ad un aumento del cAMP e dell’IP3 e del calcio citosolico, mentre l’attivazione da parte dell’UTP ha dimostrato di produrre una mobilitazione del calcio senza aumento dell’IP3 o del cAMP. Panoramica schematica dei meccanismi di segnalazione purinergica che regolano gli effetti trofici a lungo termine. I nucleotidi e i nucleosidi extracellulari si legano a recettori purinergici accoppiati a molecole effettrici di trasduzione del segnale. L’attivazione degli effettori porta alla generazione di secondi messaggeri e/o alla stimolazione di protein chinasi che regolano l’espressione di geni necessari per azioni trofiche a lungo termine. In alcuni casi, i recettori P2X come il P2X7 sono anche accoppiati a cascate di protein chinasi e possono mediare la proliferazione e l’apoptosi. Le differenze specifiche delle cellule e/o del sottotipo di recettore sono probabilmente responsabili delle variazioni nelle vie di segnalazione e nei risultati funzionali. Si dovrebbe notare che l’elenco degli elementi non vuole essere onnicomprensivo. Altre protein chinasi, ad esempio MEK, PI3 K, sono a monte delle chinasi elencate coinvolte nella segnalazione purinergica mentre altre sono a valle, ad esempio p70S6 K. Inoltre, le frecce tratteggiate indicano che non tutti gli elementi elencati sono attivati dal componente a monte, ad esempio non tutti i recettori P1 sono accoppiati a tutti gli effettori elencati. AC, adenil ciclasi; AP-1, proteina attivatrice-1; CaMK, calcio-calmodulina protein chinasi; CREB, proteina legante l’elemento di risposta AMP ciclico; DG, diacilglicerolo; GSK, glicogeno sintasi chinasi; IP3, trisfosfato di inositolo; MAPKs, protein chinasi attivate da mitogeni (comprese le protein chinasi regolate dal segnale extracellulare (ERK), p38 MAPK e protein chinasi attivata dallo stress (SAPK)/c-Jun N-terminal kinase (JNK)); MEK, MAPK/ERK chinasi; NO, ossido nitroso; PG, prostaglandina; PI3 K, fosfoinositide 3-chinasi; PI-PLC, fosfolipasi C specifica per il fosfatidilinositolo; PKA, proteina chinasi A; PKC, proteina chinasi C; PLD, fosfolipasi D; PLA, fosfolipasi A; STAT3, trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione-3. (Riprodotto da , con permesso.)

Conclusione

I recettori trimerici del canale ionico P2X mediano in gran parte la segnalazione purinergica a breve termine, anche se ci sono esempi di segnalazione a lungo termine mediata dal recettore P2X. I recettori accoppiati alla proteina G P1 e P2Y sono prevalentemente coinvolti nella segnalazione purinergica a lungo termine (trofica), ma ci sono anche esempi di mediazione di eventi a breve termine. Vengono esplorati esempi di entrambi i tipi di segnalazione purinergica e vengono discussi i meccanismi intracellulari di traduzione coinvolti. La conoscenza dei meccanismi sottostanti coinvolti nella segnalazione mediata dai purinocettori sia a breve che a lungo termine aiuterà nello sviluppo di farmaci purinergici per scopi terapeutici.

Interessi concorrenti

Dichiaro di non avere interessi concorrenti.

Finanziamento

Non ho ricevuto finanziamenti per questo studio.

Riconoscimenti

L’autore ringrazia la dottoressa Gillian E. Knight per la sua eccellente assistenza editoriale.

Footnotes

Un contributo di 15 a un numero di Theo Murphy meeting ‘Evolution brings Ca2+ and ATP together to control life and death’.

© 2016 The Author(s)

Pubblicato dalla Royal Society. Tutti i diritti riservati.

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