1. APPARATO ENDOCRINO PROF. MAURO CACCIARI

2. APPARATO ENDOCRINO Sistema di comunicazione che tramite speciali molecole “segnale” ( ORMONI ) prodotte da specifiche cellule secretorie ( ENDOCRINE ) controlla lo stato funzionale di altre cellule ( BERSAGLI ) capaci di riconoscere l’ormone tramite specifiche molecole ( RECETTORI ). L’intero network di controllo è altamente integrato e provvede a garantire la sopravvivenza e la riproduzione mantenedo la costanza del mezzo interno (OMEOSTASI) degli organismi superiori, viventi in un mezzo esterno (AMBIENTE) con caratteri chimico-fisici incostanti (ADATTAMENTO) S.ENDOCRINO S.IMMUNITARIO S.NERVOSO

3. COMPONENTI del SISTEMA SEGNALE CELLULE ENDOCRINE: ORMONE: CELLULE BERSAGLIO : effetto • esprimono macchinari enzimatici e strutturali necessari a sintesi e secrezione di ormoni specifici per ogni linea cellulare (rara la prod. simultanea di 2 ormoni da singola cellula) • esprimono sistemi di rilevamento di segnali che attivino/inibiscano la sintesi/secrezione ormonale molecola “segnale” capace di influenzare altre cellule in senso stimolatorio o inibitorio • esprimono i macchinari enzimatici alla sintesi di molecole di riconoscimento (RECETTORI) e legame per lo specifico ormone (ma spesso anche recettori per altri ormoni) • in risposta al legame ormone-recettore si attivano/ inibiscono cascate di reazioni chimiche complesse il cui risultato finale è l’EFFETTO BIOLOGICO dell’ormone (metabolico, elettrico, meccanico, secretorio, trasporto di molecole….) IL SISTEMA NON E’ STATICO ma le varie componenti variano in risposta a segnali fisiologici che influenzano il livello circolante dell’ormone, che a sua volta influenza l’ampiezza del segnale iniziale

7. 2) SISTEMA ENDOCRINO DIFFUSO Le cell.endocrine sono frammiste a una popolazione maggioriotaria di cellule non endocrine nell’ambito di vari organi e tessuti. Insule pancreatiche Cellule endocrine stomaco e intestino Cellule endocrine rene Cellule endocrine cuore

8. CRITERI di CLASSIFICAZIONE STRUTTURA CHIMICA SEDE di SINTESI PRINCIPALE ATTIVITA’ BIOLOGICA PRINCIPALE INTERCONNESSIONI FUNZIONALI: ASSI o SISTEMI Peptidi Steroidi Derivanti da amminoacidi Derivanti da ac.grassi polinsaturi Ipotalamo/Ipofisi Tiroide/Paratiroide Gastro-enteropancreatico Corteccia/midollare del surrene Testicolo/Ovaio/Placenta Neuro-ormoni ipotalamici Tropini ipofisarie Ormoni sessuali Ormoni metabolici e trofici Ormoni vasoattivi Ormoni attivi su ricambio idrico,salino,minerale Ipotalamo-ipofisi-tiroide Ipotalamo-ipofisi-surrene Ipotalamo-ipofisi-gonadi Renina-angiotensina-aldosterone

9. ORMONI PEPTIDICI Thyrotropin Releasing Hormone TRH  +Thyroid Stimulating Hormone TSH Corticotropin ,, ,, CRH  +AdrenoCorticoTropic Hormone ACTH Gonadotropin ,, ,, GnRH hCG Growth Hormone ,, ,, GHRH  + Growth Hormone GH + IGF1 Somatostatina STS PRoLactin PRL Oxitocin Ox ArginineVasoPressin AVP o ADH ( antidiuretic H ) ParaThyroidHormone PTH Calcitonin CT AtrialNatriureticPeptide ANP Angiotensin II A II EritroPOietina EPO INSULINA Glucagone gastrina Colecistokinina Secretina Vasoactive Intestinale Peptide +FollicleStimulatingHormone FSH + +Luteinizing Hormone LH + -

10. ORMONI STEROIDEI ORMONI DERIVANTI da AA (Phe/Tyr) RENE 1,25 Diidrossicolecalciferolo (calcitriolo): 1,25(OH)D3 Glucocorticoidi: cortisolo aldosterone Mineralcorticoidi: DOC DHEA Androgeni Androstenedione DHEA Androgeni Androstenedione TESTOSTERONE Estrogeni ESTRADIOLO Progestinici PROGESTERONE CORTIC. SURRENE GONADI C.LUTEO PLACENTA TIROIDE: ThyroidHormones TH MIDOLLARE SURRENI: CATECOLAMINE Dopamina DA Epinefrina E NorEpinefrina NE EPIFISI: melatonina (da triptofano) T3 T4 ORMONI DERIVANTI da Ac.Grassi Polinsaturi ( EICOSANOIDI ) PROSTAGLANDINE PG Tessuti TROMBOSSANI Tx LEUCOTRIANI LK PROSTANOIDI vari

11. CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE degli ORMONI TRH RELEASING CRH HORM. GnRH IPOTALAMICI GHRH NEURO-ORMONI STS DA ORM. NEURO- AVP IPOFISARI OX TSH TROPINE ACTH IPOFISARIE FSH LH GONADOTROPINE CATECOLAMINE (E,NE) AII ET ORM. AVP VASOATTIVI ANP PG/TX STEROIDI PROGESTINICI ORM.SESSUALI STEROIDI ESTROGENICI STEROIDI ANDROGENICI Ster.Mineralcorticoidi ORMONI ATTIVI ( aldosterone) sul BILANCIO AVP IDRO-SALINO ANP MINERALE PTH (Calcitonina) Calcitriolo (Vtamina D3) Insulina GH/IGF1 Ster.Glucocorticoidi ORM.ATTIVI Ster.Androgeni sul METAB. e EPO Su CRESCITA PRL Glucagone Adrenalina Orm.Tiroidei ANABOLIZZANTI Gastrina ORM.ATTIVI Colecistichinina sul tratto GEP Secretina somatostatina VIP ORM.ad Calcitonina Azione Incerta Melatonina (epifisi)

13. REGOLAZIONE SINTESI/SECREZIONE Sintesi e secrezione endocrina è incostante sia a breve che a lungo termine per: - epoca della vita - meccanismi regolatori FEED-BACK RITMI I) FEED-BACK Sistema di regolazione della secrezione ormonale a breve termine mediato dall’intensità di effetti biologici esercitati dall’ormone sulle cellule bersaglio . - la sintesi/secrezione da cell.endocrine è influenzata da certi segnali fisiologici il che varia i livelli circolanti di H - il livello circolante di H induce certi effetti biologici proporzionali al livello circolante di H - l’ampiezza dell’effetto biologico costituisce un segnale di retro-azione che influenza l’attività delle cell.endocrine. Il retrocontrollo è quasi sempre di segno negativo : tende a minimizzare, a breve termine, le variazioni in eccessi/difetto dei livelli ormonali e quindi i relativi effetti biologici. I mediatori del Feed-Back possono essere ormonali non ormonali (funzionali) CELL. ENDOCRINE   H   EFFETTI BIOLOGICI -

14. a) FEED-BACK ORMONALE Riguarda sistemi endocrini classici più o meno complessi in cui una ghiandola endocrina produce ormone x sotto controllo di ormone regolatore y ; questo a sua volta può essere controllato da un terzo ormone z . Il retrocontrollo può essere da ansa corta lunga ultracorta IPOTALAMO  Z  IPOFISI  y  BERSAGLIO  X - -  - - FB lungo FB breve FB breve FB ultra corto GnRH  FSH LH  Steroidi Sessuali - - - GHRH STS GH IGF1 - + + - - + + - TRH  TSH  TH - - - CRH  ACTH  Cortisolo - - -

15. b) FEED-BACK FUNZIONALE Riguarda sistemi endocrini in cui la secrezione di un ormone x non è controllata da altri ormoni ma bensì dagli effetti funzionali indotti da x sulle cellule bersaglio Insulina Glicemia + - AVP Risparmio P osm renale H 2 O - + - PTH Ossa/rene Calcemia - + + Aldosterone A II Risparmio Na + Volemia Dispersione K + Pk - + + - - -

16. II) RITMI e SECREZIONE PULSATILE La secrezione di molti ormoni ha modalità PULSATILE : la concentrazione ematica è relativamente bassa ma presenta delle variazioni improvvise e transitorie (burst secretori): i burst possono essere più o meno ampi e più o meno frequenti nelle varie ore del giorno per cui la concentrazione oscilla. Tali fluttuazioni hanno cadenze temporali abbastanza regolari per cui si può identificare un vero e proprio RITMO secretorio. Il periodismo dei ritmi può essere di ~24 ore ( circadiano o nictemerale ) oppure inferiore ( ultradiano ) o superiore ( infradiano ). La maggiorparte sono CIRCADIANI: la [H] fluttua fra valori massimi intorno a certe ore ( AZIMUT ) indi scende fino a valori minimi ( NADIR ) per poi risalire al ciclo successivo. CORTISOLO/ACTH : azimut intorno alle 4 poi scende progressivamente con nadir ~24 GH e PRL : azimut nelle prime ore di SONNO indi cala e rimane basso fino al sonno successivo TSH : azimut h. 20-24 indi scende con nadir h. 9-12 indi risale lentamente fino a ciclo successivo MEDIATORI dei RITMI : meccanismi nerogeni complessi integrati a livello ipotalamico (Nucleo Sopra- Chiasmatico) capaci di rspondere a variazioni del ciclo notte-giorno, sonno-veglia. Ritmi ULTRADIANI si sovrappongono al circadiano: burst episodici più o meno ampi e ravvicinati: ogni 90-12 min per TSH, durante il sonno per GH e PRL Ritmi INFRADIANI : fluttazioni FSH-LH, estrogeni e progesterone nei 28 giorni del ciclo mestruale, nel periodo pre-puberale e in quello post-menopausale [ACTH] [Cortisol ] ore 0 4 8 12 16 20 24 0 6 12 18 24 [H] nel sangue ore

17. Conseguenze pratiche nella valutazione laboratoristica endocrinologica derivanti dalla conoscenza delle modalità secretorie (pulsatilità, ritmicità, risposte a stimoli) e della regolazione a feed-back. 1) Il livello di un ormone va sempre valutato SIMULTANEAMENTE alle variabili che la regolano e ne sono regolate : ormoni tiroidei + TSH steroidi sessuali + FSH-LH cortisolo + ACTH Aldosterone + Renina, sodio-potassio Insulina + Glicemia PTH + calcio-fosforo GH + IGF-1 2) Tener conto dell’ andamento ciclico per gli ormoni con importante componente ritmica: - ACTH e cortisolo sono ≠ al mattino e alla sera - FSH/LH estrogeni progesterone sono molto ≠ in fase follicolare e luteinica del ciclo 3) Tener conto che la secrezione di molti ormoni è pulsatile quindi un singolo campione random può dare risultati alti o bassi secondo che si cada durante un burst secretorio o meno. 4) Tener conto che livelli falsamente alti di alcuni ormoni possono derivare da stress come l’esercizio fisico (GH, PRL) o come il semplice prelievo ematico (PRL) ovvero da uso di farmaci . 5)Valutare i livelli ormonali in risposta a manovre che fisiologicamente aumentano o riducono la sua secrezione: Test funzionali di stimolazione/inibizione

18. MECCANISMI D’AZIONE sui BERSAGLI Le risposte delle cellule bersaglio all’ormone richiedono che esse siano dotate di - sistema di riconoscimento dell’ormone: Recettori specifici - macchinario capace di trasformare il segnale recettore nella cascata di reazioni che si concludono nella risposta biologica: eventi post-recettoriali RECETTORI Proteine altamente specifiche capaci di legare selettivamente una certa molecola (ligando) o suoi analoghi strutturali (agonisti) Il legame Ligando-Recettore si traduce in una modificazione allosterica che altera l’attività biologica della molecola recettoriale (attivazione) e la rende capace di innescare gli eventi post- recettoriali specificità Caratteristiche recettori sono altissima affinità saturabilità Classificazione in base alla localizzazione cellulare: degli ormoni peptidici - recettori di membrana delle catecolamine dei prostanoidi - recettori intracellulari degli ormoni tiroidei degli ormoni steroidei

19. I RECETTORI di MEMBRANA Proteine “integrali” che interrompono continuità del doppio strato lipidico di membr. citoplasmatica - dominio extracellulare con sito di legame per l’ormone - dominio transmembrana - dominio intracellulare con sito di attivazione eventi post-recettoriali Costituisce un sistema di trasmissione del segnale ormonale captato all’esterno in un segnale interno alla cellula che a sua volta innesca eventi post-recettoriali che si concludono con la risposta biologica. Classificazione basata su differente modalità di trasduzione dal segnale: - recettori accoppiati a proteine G - recettori con attività intrinseca tirosina-kinasi - recettori citokine - recettori accoppiati a canali ionici H TRASD

20. 1) RECETTORI ACCOPPIATI a PROTEINE G Superfamiglia di proteine costituite da singola catena peptidica con 7 domini idrofobi e 8 idrofilici ( extramembrana ).  7 domini transmembrana  8 domini extramembrana Quando l’ormone (1° Messaggero) si lega al dominio extracellulare del recettore induce modifica della conformazione spaziale del dominio intracellulare: ciò altera l’attività di un TRASDUTTORE (proteina G) che a sua volta acquisisce capacità di influenzare l’attività di un EFFETTORE (enzima o canale ionico di membrana) che a sua volta altera la concentrazione citoplasmatica di un SECONDO MESSAGGERO : ciò si traduce in alterazione dell’attività di proteine fosforilanti ( PROTEIN- KINASI ) che a loro volta influenzano l’attività di una serie di enzimi citoplasmatici e di Fattori trascrizione genetica. RECETTORE H TRASDUTTORE EFFETTORE SECONDO MESSAGGERO PROTEIN-KINASI enzimi Fatt. TRASCRIZIONE Eff.BIOLOGICO DNA coda N-terminale 3 anse 3 anse coda C-terminale 4 esterni 4 interni siti legame per ormone siti legame per Proteina G -N -C

24. 3) RECETTORI CITOKINE Famiglia di recett. di membrana privi di attività enzimatica intrinseca ma capaci di attivare varie tirosino-kinasi intracellulari che a loro volta attivano FATTORI di TRASCRIZIONE Comprende recettori di Interleukine, Interferoni, vari fattori di crescita, GH e PRL. STRUTTURA. Proteine integrali a singola catena peptidica (monomeri) che si uniscono in dimeri in seguito a legame dell’ormone. Es. GH. Monomero con dominio extracellulare contenente sito legame per GH; l’ormone si lega simultaneamente a 2 rec. adiacenti che DIMERIZZANO  alterazione conformazionale dei domini intracellulari  legano proteina non-recettoriale detta JAK ( JAnus Kinasi ) che acquisisce capacità tirosin-kinasi  fosforilazione di multipli residui tirosinici sia del recettore sia di se stessa ( AUTOFOSFORILAZIONE )  fosforilazione di residui tirosinici di altre proteine dette STAT ( S ignal T rasduction and A ctivators of T ranscription): una volta fosforilate le STAT si accoppiano in dimeri; il complesso 2-STAT acquisisce capacità di TRASLOCAZIONE nel nucleo; qui può legarsi a specifiche sequenze nucleotidiche delle Regioni Regolatorie di geni bersaglio  promozione della trascrizione della Regione Strutturale del gene. dimerizza GH GH JAK TAK P- -P -P STAT STAT S T A T S T A T P- -P Traslocazione Nucleare Legame a Promoter Attivazione trascrizione

25. II RECETTORI INTRACELLULARI Sono quelli degli ormoni STEROIDEI e TIROIDEI: questi anziché legarsi a recettori di membrana la attraversano ed all’interno della cellula bersaglio trovano specifiche proteine recettoriali. Tali proteine si comportano come FATTORI di TRASCRIZIONE o DNA-Binding Proteins perché, una volta attivate dall’ormone specifico, traslocano al nucleo dove si legano a specifiche sequenze nucleotidiche della Regione Regolatrice dei geni bersaglio e così facendo regolano l’espressione della Regione Trascrizionale. STRUTTURA. Regione C-terminale contenete sito di legame per l’ormone specifico Regione INTERMEDIA di circa 70 aminoacidi coordinati in 2 anse da 2 atomi di Zn: tale struttura è detta DNA-Binding Domain perché è capace di legarsi al DNA in specifiche sequenze nucleotidiche della Regione Enhancer/Silencer del gene bersaglio denominate HORMONE RESPONSE ELEMENTS (HRE) il che a sua volta stimola o inibisce la trascrizione della Regione Strutturale del gene. Esiste alta specificità sia per i recettori vs gli ormoni sia per i recettori vs HRE RECETTORE HRE cortisolo GR GRE aldosterone MR MRE androgeni AR ARE estrogeni ER ERE progesterone PR PRE vitamina D DR DRE ormoni tiroidei TR TRE DNA-Binding Domain del recettore dei glucocorticoidi Cys Cys Zn Cys Cys Cys Cys Zn Cys Cys