Guanosina monofosfato ciclico

Il guanosina monofosfato ciclico (cGMP), unitamente all’adenosina monofosfato ciclico (cAMP), sono due secondi messaggeri molto importanti coinvolti nella trasduzione del segnale intracellulare in molti tipi di cellule, nella proliferazione cellulare, nella regolazione del ciclo cellulare e nella funzione metabolica.

Il guanosina monofosfato ciclico è strutturalmente simile all’adenosina monofosfato ciclico ciclico, con l’eccezione che al posto dell’adenina il cGMP ha una la base azotata costituita da guanina invece dell’adenina.

In qualità di messaggero intracellulare il guanosina monofosfato ciclico media un ampio spettro di processi fisiologici in diversi tipi di cellule nei sistemi cardiovascolare, gastrointestinale, urinario, riproduttivo, nervoso, endocrino e immunitario. In particolare, la segnalazione del guanosina monofosfato ciclico svolge un ruolo fondamentale nell’endotelio, nelle cellule muscolari lisce vascolari e nei miociti cardiaci.

Il guanosina monofosfato ciclico, purificato e identificato per la prima volta nell’urina di ratto nel 1963, deriva dal guanosintrifosfato o GTP, ribonucleotide trifosfato formato dalla guanina (una base azotata purinica), dal ribosio (monosaccaride pentoso presente in ogni cellula) e da tre gruppi fosfato.

Sintesi del guanosina monofosfato ciclico

Esistono due principali vie di sintesi, una tramite una guanilato ciclasi legata alla membrana legata a un recettore del peptide natriuretico e l’altra tramite una guanilato ciclasi solubile che viene attivata dall’ossido nitrico

La guanosina monofosfato ciclico è sintetizzata a partire dal guanosina trifosfato grazie all’azione dell’ enzima guanilato ciclasi (GC) appartenente alla classe delle liasi che converte il guanosina trifosfato (GTP) in guanosina monofosfato ciclico (cGMP) e fosfato secondo la reazione:
GTP → cGMP ciclico + fosfato

L’ossido nitrico che si forma dalla conversione della L-arginina da parte della sintasi dell’ossido nitrico stimola la guanilato ciclasi solubile (sGC) a catalizzare la sintesi intracellulare. Il processo principale nella via di segnalazione NO/cGMP nelle cellule coinvolge la guanilato ciclasi solubile che attiva NO, che porta alla successiva produzione di cGMP.

Il cGMP attiva quindi la proteina chinasi cGMP-dipendente (PKG), con conseguente attivazione di più bersagli come l’apertura di canali ionici K ⁺ sensibili all’ATP che consentono il passaggio rapido e selettivo di ioni potassio secondo gradiente elettrochimico.

Funzioni

Il guanosina monofosfato ciclico è coinvolto in varie risposte cellulari, come l’attività della proteina chinasi, i canali ionici controllati dai nucleotidi ciclici e le fosfodiesterasi dei nucleotidi ciclici regolate da cGMP. È stato scoperto che attiva alcune proteine ​​chinasi intracellulari quando gli ormoni peptidici si legano alla membrana cellulare e attivano il guanosina monofosfato ciclico. Ad esempio, il cGMP si lega alle unità regolatrici della proteina chinasi G.

Le protein-chinasi sono una famiglia di enzimi appartenenti al gruppo delle chinasi che modificano altre proteine aggiungendo ad esse un gruppo fosfato. La fosforilazione comporta solitamente un cambiamento funzionale della proteina bersaglio ovvero il substrato, portando alll’attivazione del substrato stesso.

Le protein-chinasi ricoprono, per questo motivo, un ruolo centrale nel processo di trasduzione del segnale e delle risposte. Il legame provoca l’attivazione delle unità catalitiche della proteina chinasi G inizialmente bloccate dalle unità regolatrici. Di conseguenza, la proteina chinasi attivata è ora in grado di fosforilare i suoi substrati.

Oltre a essere coinvolta nella trasduzione del segnale intracellulare con alcune chinasi, si presume che il guanosina monofosfato ciclico abbia un ruolo nella regolazione del passaggio di ioni calcio nella cellula. È stato scoperto che esso mantiene aperti i canali cGMP-dipendenti nella membrana cellulare, consentendo così l’afflusso di calcio nella cellula.

Inoltre ha anche un ruolo regolatore nei canali ionici del sodio. In particolare, anche i canali ionici del sodio nei fotorecettori dell’occhio dei mammiferi sono cGMP-dipendenti. Pertanto la presenza di luce attiva alcune fosfodiesterasi che degradano il cGMP. Senza di esso, i canali del sodio controllati dal cGMP si chiuderebbero, con conseguente riduzione dell’afflusso di ioni Na ⁺ e Ca²⁺.

In generale, il cGMP ha un ruolo nella conduttanza dei canali ionici, nel rilassamento del tessuto muscolare liscio, nella vasodilatazione della muscolatura liscia vascolare con conseguente aumento del flusso sanguigno, nella secrezione di insulina, nella peristalsi, nel tono vocale, nella fototrasduzione visiva, nell’apoptosi cellulare e nella glicogenolisi.