Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

EGF
Fattore di Crescita Epiteliale


Molecola del Mese di giugno 2010
Parole chiave: segnalazione cellulare, cancro, ErbB, HER

Introduzione
Le nostre cellule comunicano costantemente tra loro per negoziare il trasporto e l'uso delle risorse e per decidere quando crescere, quando fermarsi, quando morire. Spesso questi messaggi sono portati da piccole proteine come il fattore di crescita epiteliale EGF mostrato in rosso qui a destra (file PDB 1egf). Il fattore EGF è un messaggero che dice alle cellule di crescere. E' rilasciato dalle cellule che si trovano in un'area di crescita attiva e viene catturato dalla stessa cellula che l'ha prodotto o dalle sue vicine e ne stimola la mitosi, cioè la divisione cellulare. Il fattore EGF è catturato da un recettore EGF sulla superficie cellulare che in seguito rilascia un messaggio di segnalazione all'interno della cellula, stimolando alla fine i processi che portano alla divisione cellulare per mitosi e quindi alla crescita.

Domini e dimeri
Il recettore EGF, mostrato qui in azzurro, è una proteina flessibile con molte parti mobili che comprende una grande porzione extracellulare, una porzione che attraversa la membrana, un dominio con attività di chinasi e una lunga coda flessibile. La porzione rivolta verso l'esterno della cellula, mostrata in alto nella figura, è composta di quattro domini flessibili che riconoscono EGF. Quando questa porzione non sta legando EGF, si ripiega su se stessa come è mostrato nella figura di sinistra, quando però si lega a EGF, il recettore si apre e si lega ad una seconda copia dello stesso recettore formando così il complesso dimero mostrato sulla destra. Questo fa legare tra loro due copie del dominio chinasi all'interno della cellula (in basso a destra nella figura). Poichè i domini chinasi sono vicini uno all'altro, possono fosforilare alcune tirosine nelle code lunghe e flessibili del recettore (mostrate qui solo con dei puntini). Le code fosforilate stimolano le proteine di segnalazione all'interno della cellula.

Sorprese strutturali
Poichè il recettore EGF è così flessibile, è stato studiato rompendolo in molti frammenti che sono stati esaminati uno per uno separatamente. Per ricostruire questa immagine, quindi, sono stati utilizzati molti file PDB 1nql, 1ivo, 2jwa, 1m17 e 2gs6. Le strutture di queste porzioni del recettore EGF hanno rivelato molte sorprese. Prima di tutto i ricercatori hanno scoperto che EGF si lega ai due lati del recettore e non nel centro come in altri recettori di questo tipo. Sembra che EGF modelli la struttura del recettore fino a fargli assumere la forma in grado di dimerizzare, invece di comportarsi come un collante tra le due catene. Inoltre un'attenta analisi del dominio chinasi ha mostrato che viene attivato da una fusione assimmetrica testa-coda, nonostante la fusione simmetrica della porzione extracellulare

Una grande famiglia
EGF e il recettore EGF fanno parte di una grande famiglia di proteine che controllano la crescita e lo sviluppo delle cellule. In questa famiglia ci sono almeno sette proteine messaggero simili come il fattore di crescita trasformante alfa e l'anfiregulina e quattro recettori chiamati collettivamente ErbB o recettori HER. Questi messaggeri e recettori possono mescolarsi e accoppiarsi. Messaggeri diversi possono legare insieme due recettori identici o due recettori diversi. In questo modo il sistema, pur disponendo di un numero limitato di messaggeri e recettori, può mandare un gran numero di messaggi diversi per incontrare le esigenze di ogni tipo di cellula.

Spegnere il recettore
Naturalmente, dopo che il recettore EGF è stato attivato da un messaggero e ha mandato il segnale all'interno della cellula, bisogna spegnerlo, altrimenti continuerà a mandare quel segnale in modo incontrollato. Un enzima apposito realizza questa operazione staccando i gruppi fosfato che sono stati aggiunti alle code flessibili del recettore per attivarlo. La proteina tirosina fosfatasi 1B (file PDB 1ptu) è mostrata qui a destra in arancione con un breve tratto di catena proteica fosforilata legata nel suo sito attivo. La tirosina fosforilata si trova immersa in profondità nel sito attivo (in trasparenza è visibile il suo gruppo fosfato con il fosforo giallo e gli ossigeni rossi).






Esplorando la Struttura
Il segnale portato da EGF può essere pericoloso se usato in modo improprio. Molte forme di cancro ingannano il normale processo di segnalazione EGF per avere il permesso di crescere senza controllo. Per questo motivo i farmaci che bloccano la segnalazione di EGF sono efficaci per il trattamento del cancro. Qui ne sono mostrati tre esempi.
Nella figura qui a fianco si vede il farmaco lapatinib legato al dominio chinasi del recettore. Il farmaco blocca il processo di segnalazione all'interno della cellula (file PDB 1xkk). Lapatinib è molto simile all'ATP, per questo si lega fortemente nel sito attivo del recettore EGF al posto dell'ATP, la molecola che vi è normalmente legata.











Nel trattamento del cancro vengono usati anche anticorpi.
Nella figura qui a fianco si vede l'anticorpo erceptina, la piccola proteina in giallo e rosa, legato al dominio extracellulare di HER2/ErbB2 (file PDB 1n8z).














Infine nell'immagine qui a fianco si vede l'anticorpo cetuximab, la piccola proteina in verde e marrone, legato al dominio extracellulare del recettore EGF (file PDB 1yy9). Il recettore, così legato, non può dare dimeri e quindi non può indurre il segnale di crescita all'interno della cellula.










Spunti per ulteriori esplorazioni

a - Compara il modo in cui dimerizza il recettore EGF e il recettore dell'ormone della crescita.
b - Il recettore EGF e altri recettori simili sono attualmente dei bersagli promettenti nello sviluppo di nuovi farmaci per la terapia del cancro. Individua negli archivi PDB altri esempi di proteine legate a farmaci.

Bibliografia

1. M. Lemmon (2009) Ligand-induced ErbB receptor dimerization. Experimental Cell Research 315, 638-648.

2. R. Bose and X. Zhang (2009) The ErbB kinase domain: structural perspectives into kinase activation and inhibition. Experimental Cell Research 315, 649-658.

3. K. M. Ferguson (2008) Structure-based view of epidermal growth factor receptor regulation. Annual Review of Biophysics 37, 353-373.