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Obiettivi di segnalazione cardiaca

Nei miociti cardiaci, il legame della catecolamina ai recettori β-adrenergici (β-AR) accoppiati a G avvia una cascata di segnalazione che aumenta le concentrazioni di nucleotidi ciclici e chinasi intercellulari che, a loro volta, alterano la funzione dei canali ionici sarcolemmali e intracellulari. I nucleotidi ciclici stessi si legano ad alcuni canali alterando la loro funzione, mentre la fosforilazione PKA di altri canali ionici o delle loro proteine accessorie, che è modulata da un diverso insieme di proteine di ancoraggio A-chinasi (AKAP), conferisce una funzione alterata alla maggior parte dei target elettrofisiologici cardiaci1.

In primo luogo, il drammatico aumento della frequenza cardiaca è ottenuto, in parte, dal legame diretto di nucleotidi ciclici a iperpolarizzazione attivato nucleotide ciclico gated (HCN) canali che portano la corrente ‘divertente’ che contribuisce alla depolarizzazione diastolica nel tessuto nodale2. Nucleotide ciclico legame aumenta IHCN durante la diastole come risultato di uno spostamento positivo della curva di attivazione che più rapidamente depolarizza la membrana portando ad una diminuzione del tempo necessario per raggiungere la soglia e iniziare un potenziale d’azione. Questa risposta è diversa dal resto dei principali canali ionici nel cuore in quanto è mediata direttamente dal legame del nucleotide ciclico, indipendente dalla fosforilazione della serina e della treonina.

Un altro importante percorso influenzato dalla segnalazione β-AR è il controllo del Ca2+ intercellulare e successivamente della forza contrattile. Questo si ottiene attraverso l’upregulation di un certo numero di componenti nella via di gestione del Ca2+ dei miociti cardiaci. In primo luogo, i canali L-type Ca2+ sono fosforilati dalla protein chinasi A (PKA) che porta ad uno spostamento della dipendenza dalla tensione di attivazione del canale e ad un aumento della corrente di picco che porta più Ca2+ nella cellula durante ogni battito3. Questa fosforilazione è mediata da una proteina di ancoraggio della A-chinasi (AKAP), AKAP15/18, che interagisce con il dominio intercellulare del canale portando PKA al sito. Allo stesso modo, un aumento del rilascio di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico (SR) è ottenuto attraverso la fosforilazione del complesso del recettore della Ryanodina che aumenta ulteriormente il Ca2+ intercellulare. Ancora una volta un AKAP, AKAP6 (mAKAP), interagisce con il recettore della ryanodina e recluta PKA nel sito, che porta a un aumento del rilascio di Ca2+. Il rilascio di Ca2+ e il suo controllo da parte di PKA è anche implicato nel controllo del nodo senoatriale del pacemaking2. Con il grande aumento dell’afflusso sistolico di Ca2+ arriva la necessità di rimuovere più rapidamente il Ca2+ durante la diastole in modo che il muscolo possa rilassarsi prima della prossima contrazione. Questo si ottiene con un aumento dell’attività della SR Ca2+ ATPase (SERCA) in presenza di stimolazione β-adrenergica. A livello molecolare, questo è il risultato dell’attenuazione della normale inibizione dell’ATPasi da parte del fosfolambano (PLB). Quando PLB è fosforilato la sua capacità di diminuire l’attività della pompa viene rimossa.

Al fine di consentire un adeguato tempo di riempimento diastolico a tassi più veloci e per contrastare l’aumento della corrente verso l’interno attraverso i canali Ca2+, la corrente di potassio rettificante lenta verso l’interno IKs è anche upregolata dalla segnalazione β-AR. Il canale IKS ha una forte risposta adrenergica e rappresenta uno dei migliori esempi di un complesso macromolecolare ben caratterizzato che governa la fosforilazione e infine la risposta funzionale alla stimolazione adrenergica. La risposta del canale IKS richiede il co-assemblaggio di entrambe le subunità α(KCNQ1) e β(KCNE1), così come il legame di AKAP9 (Yotiao) a un motivo leucinico a cerniera nel dominio carbossilico terminale (C-T) della subunità che forma il poro (Figura 2)4. Mutazioni in una qualsiasi di queste tre proteine possono portare alla sindrome del QT lungo (varianti 1 per KCNQ1, 5 per KCNE1 e 11 per AKAP9) e diminuzione della risposta adrenergica, alla base della suscettibilità di questi pazienti di aritmia durante l’esercizio. La partecipazione di AKAP9 nel complesso IKS è unica in quanto è stato dimostrato che ha sia un ruolo passivo che attivo nella regolazione del canale. Negli studi sui sistemi di espressione, la presenza di AKAP9 è necessaria per vedere la caratteristica risposta funzionale osservata in vivo indipendentemente dalla fosforilazione della subunità α che forma il poro. Non solo AKAP9 deve essere presente, ma la fosforilazione di un residuo chiave (S43) nel suo terminale amminico (N-T) è fondamentale per la piena risposta funzionale del canale al cAMP. Il legame diretto di PKA, PP1, PP2a e PDE4 permette a questa AKAP di controllare strettamente sia il suo stato di fosforilazione che quello dei suoi partner. La nostra comprensione della complessità del complesso multiproteico IKS continua a crescere così come la comprensione dei suoi ruoli nella risposta fisiologica del cuore alla stimolazione adrenergica.