Meccanismo d’azione[11]

La relazione tra struttura e attività è responsabile di un unico meccanismo d’azione, che determina i numerosi effetti tossici delle diossine e dei composti diossino-simili. Tali composti sono infatti tutti caratterizzati da una struttura chimica planare, che permette loro di interagire con lo stesso recettore citoplasmatico, il recettore arilico per gli idrocarburi AhR. L’affinità di legame tra molecola e recettore è direttamente proporzionale al numero di atomi di cloro sostituiti nelle posizioni laterali e risulta massima con tutte le posizioni occupate mentre diminuisce all’aumentare del numero di atomi di cloro in posizioni non laterali. Se ne deduce che la 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCCD) è il composto con maggiore affinità di legame per il recettore.
Esso fu identificato per la prima volta nel 1976; si tratta di un fattore di trascrizione ligando-dipendente con struttura elica-loop-elica che regola l’espressione di una serie di geni in una vasta gamma di specie e di tessuti (1-5). I contaminanti ambientali come le diossine o gli IPA non alogenati, rappresentano la classe di ligandi più caratteristica per il recettore, anche se ne esistono altri (6-9). L’esposizione a TCCD e ai composti ad essa correlati produce una serie di effetti tossici e biologici, la maggior parte dei quali sono a carico di AhR. Sebbene numerosi geni sono regolati da AhR (6), i meglio studiati sono quelli che codificano per enzimi coinvolti nel metabolismo, come il gene CYP1A1. L’induzione di CYP1A1 è una risposta AhR-dipendente che è stata più volte studiata in diverse specie e utilizzata come modello per definire il meccanismo attraverso il quale AhR regola l’espressione genica.
Il meccanismo d’azione è visualizzato nella figura sottostante:


La sostanza tossica induttrice entra all’interno della cellula attraverso la membrana plasmatica; le molecole di piccole dimensioni o apolari tendono ad attraversare la membrana per diffusione passiva attraverso il doppio strato lipidico che la costituisce , seguendo un gradiente di fugacità, che è elevata nel mezzo acquoso e bassa negli organismi[8].
Essa si lega quindi con il recettore citosolico AhR, che esiste come un complesso multiproteico; in seguito al legame si presume che AhR vada incontro ad un cambiamento di conformazione che permette di esporre una sequenza di localizzazione nucleare, con conseguente traslocazione del complesso nel nucleo. Il complesso ligando-AhR subisce quindi una dimerizzazione con una proteina nucleare ARNT (AhR Nuclear Translocator): tale processo converte l’AhR nella forma DNA legante ad alta affinità (1,19). Il legame del complesso multimerico ligando:AhR:ARNT al suo specifico sito di riconoscimento sul DNA, detto DRE (Dioxin Regulatory Elements), a monte del gene CYP1A1 e altri, stimola la trascrizione di questi geni (3,5, 21) con conseguente produzione di mRNA per il citocromo P4501A1 e quindi induzione enzimatica. Vengono inoltre sintetizzati anche mRNA per proteine a risposta pleiotropica tardiva, responsabili di svariate manifestazioni cliniche.
Tuttavia, sebbene il ruolo di AhR negli effetti biologici e tossici prodotti dai ligandi di AhR (come TCCD) sia ben documentato, gli esatti eventi biochimici responsabili per i vari effetti avversi di tali sostanze chimiche rimangono ancora da chiarire. Il ruolo fisiologico di AhR rimane una questione chiave e, fino ad oggi, non sono stati identificati ligandi endogeni ad alta affinità.
Le classi di ligandi di AhR più studiate sono quelle degli idrocarburi aromatici alogenati (HAH, dibenzo-p-diossine policlorurate, dei dibenzofurani e dei bifenili nonché dei relativi derivati) e degli idrocarburi aromatici policiclici (PAH, benzopirene, 3-metilcolantrene, benzoflavonoidi, rutacarpina, alcaloidi, amine aromatiche e relativi derivati).
Probabilmente la maggiore esposizione ai ligandi di AhR si ha mediante la dieta. In effetti la maggior parte dei ligandi “naturali” identificati finora sono ricollegabili all’alimentazione o prodotti alimentari delle piante. Tra questi composti ritroviamo i flavonoidi, i carotenoidi e i fenoli, che possono attivare il “pathway” di segnale di AhR, anche se la maggior parte di essi presenta solo una debole attività. In ogni caso è stata riportata la presenza di ligandi per questo recettore in diversi tipi di vegetali, frutti, erbe e anche nel the. La cosa interessante è che diversi tipi di indoli alimentari (incluso l’indolo-3 carbinolo e il triptofano) possono essere convertiti, all’interno del tratto digerente dei mammiferi, in composti molto più potenti nell’attivazione della via di segnale di AhR[10].
Per quanto riguarda ligandi come le diossine e i composti diossino-simili, è stato possibile identificare la seguente scala di potenza di induzione del recettore AhR:

2,3,7,8-TCCD > PBB-126 > PCB -77 > PCB-169 > PCB mono-ortho > PCB di-ortho