definizione
Un segnale di tipo chimico, per poter essere ricevuto da una cellula, necessita dell’esistenza di un recettore presente sulla membrana della cellula destinataria del segnale: tale recettore è costituito da una proteina espressa dal genoma della cellula, e la quantità di molecole di questa proteina esposta verso l’ambiente extracellulare influenza la sensibilità della cellula al segnale.
Nel contesto biologico della produzione di prodotti genici da parte degli organismi, il sistema up-down regulation regola l’espressione genica dei recettori: la down-regulation, chiamata anche sottoregolazione, è il processo mediante il quale una cellula diminuisce la quantità di un componente cellulare, come l’RNA o una proteina, in risposta a uno stimolo esterno mentre la up-regulation incrementa tali proteine.
down-regulation recettoriale
Tutte le cellule viventi hanno la capacità di ricevere ed elaborare segnali che provengono dall’esterno delle loro membrane, per mezzo di proteine chiamate recettori, situate sulla superficie della cellula ed incorporate nella membrana plasmatica: quando tali segnali interagiscono con un recettore, indirizzano efficacemente la cellula a fare qualcosa, come dividersi, morire o consentire la creazione di sostanze, o permettere a sostanze specifiche di entrare o uscire dalla cellula stessa; la capacità di una cellula di rispondere a un messaggio chimico dipende dalla presenza di recettori sintonizzati su quel messaggio e dal numero di recettori presenti sintonizzati su quello specifico messaggio.
I recettori vengono creati, o espressi, dalle istruzioni nel DNA della cellula e possono essere aumentati o sovraregolati (up-regolation) quando il segnale è debole, oppure diminuiti o sottoregolati (down-regulation) quando è forte.
La down-regulation implica una diminuzione di questi recettori sulla superficie cellulare: il meccanismo di regolazione è basato, soprattutto, sullo squilibrio del ricambio e della produzione delle proteine che costituiscono i recettori cellulari: nel caso della down-regulation, se le molecole che veicolano l’informazione biochimica (come nel caso di un farmaco, di un ormone o un un neurotrasmettitore) aumentano la loro concentrazione nello spazio extracellulare, i recettori di membrana esauriranno la loro funzione in tempi relativamente brevi per l’elevato numero di molecole che la cellula internalizzerà grazie alla loro presenza. Spesso determina una diminuzione del numero di recettori di membrana in grado di reagire con quel determinato agente, poiché il ricambio dei recettori è più lento del loro consumo; all’opposto, la up-regulation ha luogo quando il numero di recettori aumenta, aumentando di conseguenza la sensibilità della cellula.
Pertanto la sottoregolazione dei recettori può verificarsi anche quando i recettori sono stati cronicamente esposti a una quantità eccessiva di un ligando, da mediatori endogeni o da farmaci esogeni, che si traduce in desensibilizzazione o internalizzazione indotta dal ligando di quel recettore; alcuni agonisti recettoriali possono causare una sottoregolazione dei rispettivi recettori, mentre la maggior parte degli antagonisti recettoriali sovraregola temporaneamente i rispettivi recettori (incrementandoli di numero), tuttavia, l’uso di alcuni antagonisti del recettore può anche danneggiare i recettori più velocemente di quanto si sovraregolino (inducendo una riduzione netta del numero dei recettori).
Entrambi i processi sono solitamente reversibili: se viene ristabilita l’omeostasi dell’ambiente extracellulare, il numero di recettori, e di conseguenza la sensibilità della cellula a un determinato segnale, tornerà a stabilizzarsi intorno a una funzionalità fisiologica.
La sottoregolazione o la sovraregolazione di un RNA o di una proteina può anche derivare da un’alterazione epigenetica: un’alterazione epigenetica può essere permanente o semipermanente ovvero può far sì che l’espressione dell’RNA o della proteina non risponda più a uno stimolo esterno: ciò si verifica, ad esempio, durante la tossicodipendenza o la progressione verso il cancro.
I termini up-regulation e down-regulation sono spesso utilizzati in modo non del tutto appropriato per indicare qualsiasi processo di retroazione negativa o positiva all’interno dell’organismo, dai meccanismi che riguardano la genetica fino ai processi che coinvolgono l’intero individuo.
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