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Una famiglia di proteine di membrana con possibili potenzialità terapeutiche
A membrane protein family with high potential for suitable therapies
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Francesco Amato
Direttore UOC Anestesia, Terapia del Dolore
CP e Dipartimento di Emergenza, AO Cosenza
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Riassunto  L’autore presenta un excursus sui risultati, ottenuti con tecniche avanzate, in studi su una famiglia di proteine di membrana: i recettori accoppiati alle proteine G (GPCR) posizionati sulla superficie delle cellule con ruoli essenziali in molti processi fisiologici. In dettaglio vengono descritte le ricerche mirate a identificare i meccanismi biologici, genetici, molecolari del gruppo di GPCR con ligandi oppioidicon particolare attenzione al recettore m (MUR), un sito di legame elettivo per gli oppioidi con potenti effetti analgesici. Si formula l’ipotesi che sulla base dei risultati già ottenuti si possano sviluppare nuove terapie con minori effetti collaterali e maggiori vantaggi per i pazienti.
Summary The author presents an excursus of the results, obtained using advanced techniques, in researches on a membrane protein family, the G protein-coupled receptors (GCCP), that are localized on the cell membrane ad have a crucial role in many physiological processes. In detail studies aimed to identify mechanisms, biologial, genetic and molecular, of the GCPR group with opioid ligands, with particular attention to the m-receptor, elective for the opioids with strong analgesic effects, are reported. The hypothesis is put forward that, on the basis of the already obtained results, new analgesic therapies with less undesired effects and more advantageous for the patients can be developed.
Parole chiave  GPCR, proteine di membrana, recettori μ-oppioidi
Key words  GPCR, membrane protein, μ-opioid receptors

 
I recettori accoppiati alle proteine G GPCR (G Protein Coupled Receptor) svolgono ruoli essenziali in vari processi fisiologici. Essi sono classificati in una famiglia proteica molto varia per struttura e funzione e i suoi membri, per la loro posizione strategica sulla superficie delle cellule e il loro coinvolgimento nei processi cellulari e fisiologici fondamentali, sono tra gli obiettivi più studiati per lo sviluppo applicativo di nuovi farmaci.1,2 In particolare, nei mammiferi essi sono stati distinti cinque principali famiglie quali: glutammato, rodopsina, adesina, frizzled e secretina secondo la classificazione GRAFS.3,4 Essi svolgono un importante ruolo nella trasduzione del segnale e nella risposta cellulare agli stimoli extracellulari.
 
Le ricerche sui meccanismi molecolari alla base dei GPCR sono state ostacolate dalla limitata solubilità e difficoltà di isolare quantità sufficienti di recettori funzionali, difficoltà causate in parte dal gran numero di residui idrofobici transmembrana.5
 
Durante gli ultimi anni di studi e di ricerca, la cristallografia dei GPCR ha conosciuto una crescita esponenziale con la determinazione di sedici distinte strutture recettoriali, nove delle quali sono state determinate nel solo anno 2012; di queste, il 12 per cento approssimativamente sono in relazione alla superfamiglia GPCR umana. Tecniche biochimiche e biofisiche, come la risonanza magnetica nucleare e di scambio idrogeno-deuterio accoppiate alla spettrometria di massa, stanno fornendo approfondimenti inerenti al ligando in relazione a un equilibrio dinamico tra i suoi diversi stati funzionali. Recenti osservazioni, anche mediante tecniche ad alta risoluzione, hanno permesso di rivelare come i recettori allosterici si possano paragonare a delle macchine che sono controllate non solo dai ligandi, ma anche dagli ioni, dai lipidi, dal colesterolo, e dalle stesse molecole di acqua. Questa ricchezza di dati sta aiutando a ridefinire la nostra conoscenza di come GPCR riconosca una tale gamma diversificata di ligandi e come si trasmettano i segnali in 30 angstrom  attraverso la membrana cellulare; inoltre questi dati iniziano a far luce sulla modulazione allosterica delle suddette proteine.6,7 Il recettore μ (MUR) è un recettore accoppiato alla proteine G (GPCR) e costituisce il sito di legame elettivo per gli oppioidi, molti dei quali, come la morfina, sono potenti analgesici ampiamente utilizzati per il trattamento del dolore maligno e non.8 Il consumo di oppiacei è cresciuto a dismisura negli ultimi anni,7-9 e al recettore mu sono stati collegati molti dei suoi effetti collaterali noti, tra cui la dipendenza, la depressione respiratoria eccetera.6,7 L’attenzione per la loro posizione strategica sulla superficie delle cellule si sta quindi focalizzando su due fronti:
 
  1. Sui meccanismi molecolari che regolano la funzione dei GPCR e che rimangono da approfondire grazie alle indicazioni ottenute di recente da diverse strutture cristalline ad alta risoluzione. Gli sviluppi tecnologici si sono soprattutto focalizzati sulla stabilizzazione e la cristallizzazione di questi recettori che hanno portato a significative innovazioni nella determinazione dellastruttura dei GPCR. La stabilizzazione del recettore è stata effettuata mediante l’impiego di una tecnica combinata di cristallizzazione lipidica in fase cubica (LCP).10,11 Altri studi strutturali si sono soffermati sulla messa a punto di modulatori allosterici, che sembrano essere le molecole di acqua, gli ioni sodio e i lipidi/colesterolo, tutti coinvolti nella stabilizzazione delle GPCR.12 La creazione di varianti solubili in acqua dei GPCR costituisce un potenziale metodo per superare le difficoltà di indagine.
  2. Il secondo fronte di studio è costituito dalla sostanziale necessità di identificare i meccanismi biologici genetici e molecolari che mediano le risposte individuali per la terapia degli oppioidi. Recenti scoperte mostrano che le variazioni genetiche del locus genico per il recettore μ-oppioide (OPRM1) svolgono un ruolo essenziale nelleinter-risposte individuali. La maggior parte degli studi di associazione genetica si sono concentrati sul polimorfismo A118G, che codifica per un cambiamento (non-sinonimo) in OPRM1 a livello dell’esone 1. Futuri studi clinici cercheranno di identificare le varianti genetiche funzionali all’interno del locus OPRM1 e dei meccanismi molecolari associati; ciò si tradurrà in una migliore comprensione delle risposte individuali alla terapiaoppioide e in un nuovo sviluppo farmacoterapeutico e di strumentazione diagnostica.13-18

 
 
Comprendere i cambiamenti conformazionali che avvengono in queste proteine quando un ligando si lega e attiva il recettore o le variazioni genetiche correlate alla suddetta proteina recettoriale dovrebbe agevolare lo sviluppo di potenziali farmaci con minori effetti collaterali e proprietà farmacologiche più favorevoli.

Bibliografia
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