Funzioni dei recettori purinergici

1.1 Le possibili fonti fisiologiche di nucleotidi e nucleosidi

ATP e altri nucleotidi descritti trattano sia recettori metabotropi (P2Y) che ionotrofi (P2X). Le subunità dei recettori P2X (P2X1-P2X7) formano canali cationici ligando-gated, come omomultimeri o eteromultimeri. Le subunità P2X3 contribuiscono al percorso di permeabilità ionica unendo i campi di ogni subunità. P2X3R ha la più bassa permeabilità relativa al Ca2+ registrata della famiglia. P2X7, oltre ai canali cationici, è associato a contenere grandi pori citolitici; che si trovano nei macrofagi e nelle cellule microgliali del cervello. I recettori P2Y possono attivare o inibire l’adenilato ciclasi secondo il sottotipo e di conseguenza il tipo di proteina G accoppiata. Appare l’adenilato ciclasi e soprattutto l’inibizione del canale Ca2+. I recettori P2Y formano un sottoinsieme di recettori legati alla proteina G; la maggior parte si accoppia alla fosfolipasi C attraverso la proteina G, ma si verifica anche l’inibizione dell’adenilato ciclasi e dei canali N-type Ca2+ e l’attivazione dei canali K+. I recettori P2Y espressi sono generalmente distinti farmacologicamente dall’ordine di grado degli agonisti; alcuni preferiscono la pirimidina alla purina. Diversi recettori P2Y hanno una distribuzione tissutale molto comune. Le strutture molecolari di ATP e BzATP sono mostrate nella Figura 1.

I nucleotidi di adenina inibiscono l’accumulo di AMP ciclico indotto da isoproterenolo e forskolina nelle cellule di glioma di ratto C6-2B. Questa inibizione avviene in presenza di un inibitore della fosfodiesterasi. I nucleotidi di adenina non hanno causato effetti nelle misurazioni dell’attività diretta della fosfodiesterasi in cellule intatte. Il pretrattamento delle cellule di glioma C6-2B con tossina pertussis ha bloccato gli effetti inibitori degli agonisti dei recettori P2Y-purinergici. Un certo numero di analoghi di ATP e ADP ha prodotto un ordine di potenza rango (2-metiltioadenosina 5′-trifosfato> o = 2-metiltioadenosina 5′-difosfato > adenosina 5′-O-(2-tiodifosfato) > 2-cloro-adenosina ADP = adenosina 5′-O-(3-tio-trifosfato) > ATP > UTP) atteso da una attivazione del recettore P2Y-purinergico; e gli agonisti del recettore P2X-purinergico, alfa, beta-metilenadenosina 5′-trifosfato e beta, gamma-metilenadenosina 5′-trifosfato non hanno avuto alcun effetto. L’attività della fosfolipasi C si verifica in risposta all’attivazione del recettore P2-purinergico in molti tessuti bersaglio, quindi gli effetti degli agonisti del recettore P2Y sull’accumulo di fosfato di inositolo sono stati misurati in cellule C6-2B. Nessuna prova è stata trovata per la regolazione del recettore P2Y-purinergico mediata dal metabolismo lipidico dell’inositolo in condizioni in cui l’attivazione del recettore colinergico muscarinico o AIF4 ha aumentato l’accumulo di fosfato di inositolo. Questi risultati indicano che un sottotipo di recettore P2-purinergico con diverse caratteristiche di segnalazione è presente sulle cellule di glioma di ratto C6-2B. Anche se questo recettore esprime le proprietà farmacologiche generali di un recettore P2Y-purinergico legato alla fosfolipasi C, può rappresentare un sottotipo di recettore unico perché inibisce l’adenilciclasi.

Si pensava che le purine fossero limitate al compartimento intracellulare in cui erano utilizzate per l’elaborazione dell’energia, la sintesi dell’acido nucleico e un gran numero di reazioni biochimiche. Karl Lohmann ha isolato l’ATP, che è la principale valuta energetica intracellulare, nel 1929 . Tuttavia, l’adenosina e l’adenosina trifosfato (i) sono componenti biochimici abbondanti del microambiente tumorale, (ii) sono forti modulatori delle risposte delle cellule immunitarie e del rilascio di citochine, e (iii) sono attori chiave nell’interazione ospite-tumore. Inoltre, entrambi i nucleotidi influenzano direttamente la crescita delle cellule tumorali. L’adenosina è un potente immunosoppressore (principalmente efficace ai recettori A2A) e un modulatore della crescita cellulare (principalmente efficace ai recettori A3). L’ATP è un agente proinfiammatorio (efficace in P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 e P2Y12 e nei recettori P2X4 e P2X7), un immunosoppressore (efficace in P2Y11) e un promotore della crescita (efficace in P2Y1, P2Y2 e P2X7). Questa complessa rete di segnalazione produce una serie di risposte inibitorie e stimolanti che influenzano la funzione delle cellule immunitarie, la crescita tumorale e la diffusione metastatica.

I recettori purinergici, rappresentati da molte famiglie, sono i recettori più abbondanti negli organismi viventi, probabilmente presenti nelle prime fasi dell’evoluzione. La segnalazione purinergica nei sistemi nervosi periferici e centrali è un campo in rapida espansione. L’esame di questi recettori permette di sviluppare strategie terapeutiche per questi disturbi con nuovi meccanismi d’azione, comprese le condizioni purinergiche e patogene, tra cui dolore, trauma, ischemia, epilessia, emicrania, disturbi psichiatrici e tossicodipendenza.

In concentrazioni micromolari/nanomolari, l’adenosina trifosfato extracellulare (ATP) ha dimostrato di produrre cambiamenti funzionali significativi in una grande varietà di tipi di cellule normali e trasformate. Sebbene l’ATP possa essere specificamente rilasciato dal citosol delle cellule danneggiate, è anche confezionato in alcune vescicole/granuli esocitici contenenti neurotrasmettitori e ormoni convenzionali. Varie risposte biologiche all’ATP sono mediate da vari recettori P2-purinergici della superficie cellulare attivati dal legame dell’ATP e di altri nucleotidi. Recenti studi fisiologici, biochimici e farmacologici hanno dimostrato che esistono molteplici tipi di sottotipi di recettori dell’ATP. Questi includono: (1) recettori ATP legati alla proteina G che inducono idrolisi del fosfolipide inositolo, mobilitazione di Ca2 + e attivazione della proteina chinasi C; (2) recettori ATP che attivano direttamente canali cationici non selettivi nelle membrane plasmatiche di vari tipi di cellule e (3) recettori ATP in grado di produrre risposte citotossiche o di attivazione nei linfociti T e altre cellule effettrici immunitarie mediante la rapida induzione di pori di membrana superficiale permeabili a ioni e metaboliti endogeni (con peso molecolare fino a 900 Da). Oltre a questi criteri funzionali, questi sottotipi di recettori ATP predefiniti possono essere distinti farmacologicamente dalla potenza caratteristica per vari analoghi ATP strutturalmente modificati.

I nucleotidi intracellulari svolgono un ruolo fondamentale e onnipresente nel metabolismo energetico, nella sintesi degli acidi nucleici e nella regolazione degli enzimi. È ampiamente compreso che i nucleotidi e i nucleosidi extracellulari svolgono importanti azioni biologiche in molti tessuti e cellule. I sensori metabolici GLUTs (facilitano il trasporto di glucosio nelle cellule), SGLTs (facilitano il riassorbimento del glucosio in circolazione) e KATP (canali di potassio sensibili all’ATP) svolgono un ruolo importante nell’omeostasi e nel metabolismo del glucosio nel corpo e in molti organi specifici (ad es, intestino, pancreas, cuore, muscolo scheletrico e cervello).

KATP legano i segnali metabolici all’eccitabilità cellulare e svolgono un ruolo importante in molti tessuti, compresa la regolazione della secrezione di insulina, il controllo del tono vascolare e la protezione dei neuroni e dei muscoli dall’ischemia. I canali KATP sono complessi ottamerici costituiti da quattro recettori per la sulfonilurea (SUR.x) e quattro canali del potassio rettificanti verso l’interno (Kir6.x). Sono regolati da ATP intracellulare e ADP. Mentre l’ATP inibisce l’attività del canale, l’ADP antagonizza l’effetto inibitorio dell’ATP in presenza di Mg2+ e stimola l’attività del canale. Queste proprietà di gate sono essenziali per questo canale per rilevare i cambiamenti metabolici nelle cellule. Così, nelle cellule β pancreatiche, il rapporto / aumenta in risposta all’aumento dei livelli di glucosio nel sangue, portando alla chiusura del canale KATP, alla depolarizzazione della membrana, all’attivazione dei canali Ca2+ legati al voltaggio e al rilascio di insulina. Tuttavia, quando i livelli di glucosio nel sangue sono bassi, il rapporto / diminuisce, i canali KATP sono aperti e la secrezione di insulina diminuisce .

I canali catastrofici nel pancreas sono attivati come segue; in caso di aumento del livello di glucosio delle cellule β, il rapporto intracellulare di ATP a ADP aumenta anche, portando alla chiusura del canale KATP, depolarizzazione delle cellule e rilascio di insulina .

Il flusso K′(K + ) sensibile al P è pensato per essere regolato da proteine leganti GTP (proteine G), ma i percorsi che combinano il recettore, la proteina G e il canale non sono identificati. La regolazione della corrente K′ sensibile al tolbutamide in miociti ventricolari neonatali di ratto è determinata. Attivato ATP-sensibile K + (K + ) canali sono presenti nelle cellule quando i livelli intracellulari di ATP diminuire. Sono presenti quando i livelli intracellulari di ATP sono ridotti nella cellula, nel muscolo scheletrico intracellulare, nel cervello e nel pancreas. Si sa poco sulla funzione dei canali K+ nelle cellule cardiache, anche se il loro importante ruolo nel controllo della secrezione di insulina dalle cellule P del pancreas è stato ben stabilito. Quando attivati farmacologicamente, questi canali riducono notevolmente la durata del potenziale d’azione e sono stati proposti come responsabili dell’accorciamento del potenziale d’azione nei muscoli ischemici metabolicamente pericolosi. Tuttavia, la concentrazione di ATP nella casta metabolicamente bloccata rimane al di sopra del livello che impedisce i canali nelle patch di membrana escissa. Una possibile spiegazione di questa discrepanza è che la sensibilità all’ATP dei canali può essere modulata da meccanismi intracellulari.

I canali K+ sensibili all’ATP, chiamati canali KATP, forniscono un collegamento tra il metabolismo cellulare e l’attività elettrica di membrana in vari tessuti. Le isoforme dei canali sono bersagli per i composti che stimolano e inibiscono la loro attività con conseguente iperpolarizzazione e depolarizzazione della membrana, rispettivamente. La muscolatura liscia vascolare e la stimolazione della secrezione di insulina allentata sono esempi per queste situazioni di cui sopra . Gli agonisti dell’adenosina e gli apritori del canale del potassio ATP-sensibile (KATP) sono stati segnalati per limitare le dimensioni dell’infarto (IS) . I canali del potassio ATP-sensibile (KATP) sono ben definiti nel cuore, nello scheletro e nel muscolo liscio, nelle cellule pancreatiche, nell’ipofisi, nel sistema nervoso centrale e periferico sia elettrofisiologicamente che farmacologicamente. Le attività e quindi le varie funzioni cellulari sono controllate dal metabolismo cellulare. In generale, si ritiene che i cambiamenti di ATP (che causano la chiusura del canale) e di MgADP (che attiva il canale) abbiano un doppio metabolismo per l’attività del canale 6. È descritto che la localizzazione cellulare di due trascrizioni mRNA che dovrebbe generare ATP-sensibili canali K + nel cervello murino. Ci sono prove che il canale KATP nelle cellule pancreatiche è composto da un Kir6.2 e un complesso di subunità SUR1. Canali KATP con caratteristiche simili (tipo I) sono stati descritti in vari neuroni, compresi quelli della corteccia cerebrale, della nigra basale, del caudato e dell’ippocampo.

Quasi tutte le cellule tumorali e tutte le cellule immunitarie esprimono recettori di membrana plasmatica per nucleosidi extracellulari (adenosina) e nucleotidi (ATP, ADP, UTP, UDP e zucchero UDP). Il microambiente tumorale è caratterizzato da una concentrazione insolitamente alta di ATP e adenosina. L’adenosina è un importante determinante dell’ambiente tumorale immunosoppressivo. L’idrolisi seriale dell’ATP extracellulare catalizzata da CD39 e CD73 è la via principale per la formazione di adenosina nell’interstizio tumorale. L’ATP extracellulare e lo stampo dell’adenosina sono entrambe risposte dell’ospite e del tumore. A seconda del recettore specifico attivato, le purine extracellulari mediano l’immunosoppressione lato ospite o l’immunostimolazione e la stimolazione della crescita lato tumore o la citotossicità. I recenti sviluppi in questo settore forniscono la chiave per decifrare questo complesso scenario, utilizzando i potenziali benefici della terapia. I dati preclinici indicano che il targeting della via di produzione dell’adenosina o dei recettori adenosinergici attenua l’immunosoppressione e inibisce fortemente la crescita tumorale. D’altra parte, la crescita dei tumori sperimentali è fortemente inibita prendendo di mira il recettore del cancro P2X7 ATP selettivo e le cellule immunitarie. Il ruolo delle purine extracellulari (segnalazione purinergica) agisce nell’interazione ospite-tumore ed evidenzia nuove opzioni di trattamento dai recenti progressi. C’è ora un consenso sul fatto che ATP e adenina sono i componenti principali del microambiente tumorale (TME), in cui TME influenza la crescita del tumore, le funzioni delle cellule immunitarie e l’interazione tumore-ospite in modi diversi. Alla luce dell’osservazione diffusa che molti tumori maligni sovraesprimono diversi sottotipi P1R o P2R, un approccio semplice richiederebbe di prendere di mira questi recettori con recettori selettivi per sopprimere la crescita tumorale. Sulla stessa linea di interferenza, sono visti gli enzimi coinvolti nel metabolismo dei nucleotidi e dei nucleosidi extracellulari (CD39, CD73 e adenosina deaminasi). Anche se l’efficacia di diversi semplici modelli preclinici è stata dimostrata, questo semplice approccio è chiaramente molto puro. P1Rs, P2Rs e gli enzimi che alterano l’ATP/adenosina sono espressi insieme alle cellule immunostimolanti e stromali dell’ospite, che hanno funzioni molto importanti per la formazione del complesso integrato dell’ospite intorno al tumore. Un’attenta selezione del recettore purinergico candidato in combinazione con i modulatori delle vie adenosinergiche extracellulari può consentire l’inibizione della crescita delle cellule tumorali e aumentare contemporaneamente la risposta ospite antitumorale. Questo agente antitumorale fornirà un’ulteriore potente arma per i trattamenti combinativi.

I nucleotidi e i loro recettori stanno emergendo come potenziali attori nell’interazione ospite-tumore, come nuovi e importanti modulatori infiammatori e immunitari. Un gran numero di recettori P2 e P1 espressi dalle cellule tumorali e infiammatorie che esibiscono diverse affinità di ligando per i sottotipi di recettori P2 e P1 sono modulati da fattori locali ottenuti da ectonucleotidi e ADA sulla concentrazione di nucleotidi e adenosina. I dati in vivo supportano l’evidenza in vitro che la riduzione della concentrazione intratumorale di adenosina e il targeting del recettore P2X7 hanno un potente effetto antitumorale. Pertanto, lo studio della segnalazione purinergica nel cancro apre prospettive promettenti per lo sviluppo di terapie innovative.

La segnalazione purinergica è stata focalizzata sulla risposta immunitaria associata al tumore; nucleotidi e nucleosidi hanno forti effetti diretti sulle cellule tumorali stesse. La stimolazione dei recettori P2Y (P2Y1 e P2Y2) promuove la crescita, quindi, a seconda dei sottotipi di recettori P2Y espressi, l’accumulo di ATP nel microambiente tumorale è probabile che promuova la crescita tumorale. Oltre ai recettori P2Y, P2X7 gioca un ruolo nella crescita tumorale. È un’osservazione di lunga data che la maggior parte dei tumori maligni sovraesprime P2X7. È noto che questo recettore media una forte risposta citotossica. Pertanto, perché un tumore dovrebbe sovraesprimere un recettore “suicida” è determinato. Tuttavia, la citotossicità è più comunemente innescata da dosi di ATP farmacologiche (cioè, vicino al millimolare). Al contrario, l’attivazione di P2X7 da parte dell’ATP rilasciato endogenamente produce un effetto trofico e di promozione della crescita.

Nucleotidi e nucleosidi nel fluido superficiale delle vie aeree regolano le attività di clearance mucociliare (MCC), il principale meccanismo di difesa naturale che rimuove le particelle estranee e i patogeni dalle superfici delle vie aeree. Questi effetti nelle vie aeree sono principalmente mediati da due sottotipi di recettori purinergici, il recettore ATP/UTP-sensing P2Y2 accoppiato a Gq e il recettore dell’adenosina A2b coniugato a Gs. L’attivazione del recettore A2b provoca l’attivazione dipendente dall’AMP ciclico del canale Cın1 del regolatore di transmembrana della fibrosi cistica (CFTR) e la stimolazione della frequenza degli impulsi ciliari. L’attivazione agonista del recettore P2Y2 promuove l’inibizione della secrezione di Cl CFTR-dipendente e CFTR-indipendente, il battito ciliare e la secrezione di mucina così come l’assorbimento di Na+.

Il fenomeno del processo rivela la partecipazione di una cascata biologica. In questo contesto, gli agonisti dell’adenosina e gli apritori dei canali K+ sensibili all’ATP (KATP) imitano alcuni effetti protettivi del processo di precondizionamento. Inoltre, questi effetti sono invertiti dagli antagonisti dell’adenosina e dai bloccanti KATP; questo suggerisce che il rilascio di adenosina e l’attivazione dei canali KATP attraverso i recettori dell’adenosina Al possono costituire una fase iniziale del precondizionamento cerebrale ischemico.

L’attivazione del recettore dell’adenosina, della protein chinasi C (PKC) e del canale del potassio ATP-sensibile (KATP) è nota per innescare il precondizionamento. I dati forniscono la prova diretta che il canale KATP, piuttosto che il recettore dell’adenosina, è l’effettore a valle della PKC nell’avviare il precondizionamento mediato dalla PKC. Sia il recettore dell’adenosina che il canale KATP sono necessari per promuovere l’effettivo effetto protettivo durante l’ipossia continua. Viene valutata la possibilità di unire la fase biologica del coinvolgimento dell’evento protettivo dei recettori A1 dell’adenosina e dei canali KATP, associata alla tolleranza incrociata tra la tolleranza epilettica indotta da KA o l’epilessia indotta da KA e l’ischemia globale.