Solu signalointi on monimutkainen järjestelmä on viestinnän , joka hallitsee perustoimintojen solujen ja koordinoi niiden toimintaa. Solujen kyky hahmottaa ja vastata mikroympäristöön oikein on niiden kehityksen ja monisoluisten organismien , haavojen paranemisen ja immuunijärjestelmän sekä normaalin kudoksen homeostaasin perusta . Toimintahäiriöitä käsittely solun tietoja voi olla vastuussa sairauksien , kuten syövän , autoimmuunisairauksien ja diabetes . Allosteeriseksi pitkänmatkan on usein tärkeä osa näitä prosesseja.
Perinteinen lähestymistapa biologiaan on painottanut eri solun signalointireiteille ominaisten näkökohtien tutkimista, kun taas systeemibiologian tutkimuksella pyritään ymmärtämään paremmin solun signalointiverkkojen taustalla olevaa rakennetta ja näihin verkkoihin tehtävien muutosten vaikutusta tiedon siirtämiseen ja käsittelyyn. Nämä verkot muodostavat itse asiassa monimutkaiset järjestelmät, jotka osoittavat uusia ominaisuuksia, kuten bistabiilisuus ja ultraherkkyys.
Solusignalointi on käsitelty pääasiassa ihmissairauksien ja saman organismin solujen välisen signaloinnin yhteydessä. Se voi kuitenkin esiintyä kahden erillisen organismin solujen välillä. Useimmissa nisäkkäitä The alkio kommunikoi solujen kohtuun . Että ihmisen ruoansulatuskanavan , bakteerit vaihtaa signaaleja keskenään ja epiteelin solujen ja immuunijärjestelmän . Aikana kytkentä on Saccharomyces cerevisiae , tiettyjen solujen lähettää ympäri heille peptidin signaalin avulla pariutumisen feromonit ; nämä peptiditekijät kiinnittyvät muiden hiivasolujen pinnalla oleviin reseptoreihin ja valmistavat ne paritteluun.
Solut kommunikoivat keskenään suoralla kontaktilla ( juxtakriinisignalointi ), lyhyillä etäisyyksillä ( parakriinisignalointi ) ja suurilla etäisyyksillä tai suuressa mittakaavassa ( hormonaalinen järjestelmä ).
Jotkut solujenväliset viestinnät edellyttävät suoraa yhteyttä solujen välillä. Joissakin tapauksissa, kuilu liitoksia voidaan muodostaa , jotka yhdistävät sytoplasmassa vierekkäisten solujen. Tällaiset liittymissä mahdollistavat esimerkiksi eteneminen aktiopotentiaalin aloittaman depolarisaation ja solujen sinussolmukkeessa jotta koko sydänlihaksen jotta aiheuttaa koordinoitua supistuminen ja sydämen .
Notch signalointireitin on esimerkki juxtacrine signaloinnin , joka tunnetaan myös nimellä kontakti signalointia , jossa kaksi vierekkäistä solua on tehtävä fyysinen kontakti kommunikoida. Tämä mahdollistaa erittäin tarkan solujen erilaistumisen hallinnan alkion kehityksen aikana. Vuonna sukkulamato Caenorhabditis elegans , kaksi kehittämällä gonad solua on yhtäläiset mahdollisuudet joko valmiiksi niiden erilaistumista tai tulossa kohdun räjähdys , joka jatkaa jakaa. Suunta kohti toista vaihtoehtoa riippuu solun pinnalla vastaanotettujen kilpailevien signaalien tuloksesta. Sattuu, että solu onnistuu tuottamaan suurempia määriä tietyn kalvoproteiinin, joka aktivoi Notch-reseptorin viereisessä solussa. Tämä aktivoi silmukan tai palautesysteemin , joka toisaalta vähentää Notchin ilmentymistä erilaistuvissa soluissa ja toisaalta lisää Notchin ilmentymistä soluissa, jotka jakautuvat edelleen kantasoluina .
Monia solusignaaleja kantavat molekyylit, jotka solu vapauttaa ja kulkevat, kunnes ne joutuvat kosketuksiin toisen solun kanssa. Näitä hormonaalisia signaaleja kutsutaan hormoneiksi . Hormoneja tuottavat hormonaaliset solut, ja ne kulkeutuvat veressä kaikkien kehon osien saavuttamiseksi. Signaloinnin spesifisyys riippuu siitä, reagoivatko vain harvat solut tiettyyn hormoniin.
Parakriinisen signaaleja , kuten ne, jotka kuljetetaan retinoiinihapon , kohdistaa vain viereisten solujen lähettävän solun. Välittäjäaineiden tarjoavat toisen esimerkin parakriinisten signaaleja.
Jotkut molekyylit voivat toimia sekä hormoneina että välittäjäaineina. Siten adrenaliini ja noradrenaliini toimivat kuten hormonit, kun ne vapautuvat lisämunuaisista ja kulkeutuvat sydämeen veren kautta. Norepinefriini voi myös tuottaa hermosoluja ja toimia aivojen välittäjäaineena . Estrogeeni voi vapauttaa munasarja ja toimivat hormonien vaikuttaa paikallisesti tai viestintä autokriininen tai parakriinistä .
Reaktiivisten happilajien ja typpioksidin voivat myös toimia solujen lähetit. Tätä prosessia kutsutaan redox-signaloinniksi .
Solut saavat tietoa naapureiltaan reseptoreiksi kutsuttujen proteiinien luokan kautta . Notch- proteiini on solupinnan proteiini, joka toimii reseptorina. Eläimillä on pieni joukko geenejä, jotka koodaavat signalointiproteiineja, jotka ovat vuorovaikutuksessa spesifisesti Notch-reseptorien kanssa ja indusoivat vastauksen soluissa, jotka ilmentävät Notchiä niiden pinnalla. Molekyylejä, jotka aktivoivat (tai, joissakin tapauksissa, lukitus) reseptorit voidaan luokitella hormonit , välittäjäaineet , sytokiinien, ja kasvutekijät , mutta kaikki nämä kutsutaan reseptorin ligandeja .
Notch-proteiini toimii reseptorina ligandeille, jotka ilmentyvät vierekkäisissä soluissa. Jotkut reseptorit ovat proteiineja, jotka sijaitsevat solujen pinnalla, toisia taas niiden sisällä. Siten, estrogeenit ovat hydrofobisia yhdisteitä, jotka voivat ylittää lipidikaksoiskerros on solukalvon . Osana umpieritysjärjestelmän , estrogeenireseptoreihin ovat tumareseptoreita , jotka voivat aktivoida monenlaisia soluja estrogeenin tuotetaan munasarjat .
On olemassa useita transmembraanireseptorien varten pieniä molekyylejä ja peptidihormonit sekä solunsisäiset steroidihormonireseptorit , jolloin solujen kyky vastata monenlaisia hormonaalisten ja farmakologisten ärsykkeiden. Monet sairaudet johtuvat reseptorien poikkeavasta aktivaatiosta proteiineilla, jotka ovat vuorovaikutuksessa niiden kanssa, aiheuttaen tiettyjen signaalien syytöntä aktivaatiota alavirtaan konstitutiivisella tavalla.
Useat tyyppiset molekyylit, jotka välittävät solunsisäisille reseptoreille tarkoitettuja signaaleja, ovat luonteeltaan hydrofiilisiä eivätkä siksi voi ylittää solukalvoa , joka on luonteeltaan lipidinen ja siten hydrofobinen ; tässä tapauksessa nämä hydrofiiliset vektorit aktivoivat ensin solun pinnalla olevat membraanireseptorit, jotka tuottavat toissijaisen lähettimen , tyypillisesti cAMP: n , joka sitten diffundoituu sytoplasmaan saavuttaakseen solunsisäiset reseptorit.
Joissakin tapauksissa, reseptorin aktivaation aiheuttama ligandin sitoutuminen on reseptori on kytketty suoraan solu reagoi ligandin. Siten y-aminovoihappo (GABA), välittäjäaine , voi aktivoida reseptorin solun pinnalla, joka on osa ionikanavaa . Kun se sitoutuu GABA reseptoreihin , γ-aminovoihappo avaa tietyn ionin kanavan Cl - kloridi -ioneja tämän reseptorin, jonka avulla nämä ionit tulla sisätilaan neuronin ja estää sen kykyä tuottaa aktiopotentiaalin .
Monilla solun pinnalla sijaitsevilla reseptoreilla ligandi-reseptori-vuorovaikutuksia ei kuitenkaan ole kytketty suoraan solun vasteeseen. Aktivoidun reseptorin on ensin oltava vuorovaikutuksessa solun muiden proteiinien kanssa, ennen kuin ligandin fysiologinen vaikutus solun käyttäytymiseen ilmenee. Usein tapahtuu, että useiden vuorovaikutuksessa olevien soluproteiinien ketjun toiminta muuttuu reseptorin aktivoinnin jälkeen. Joukko solujen aiheuttamia muutoksia reseptorin aktivoitumisen kutsutaan signaalin transduktion reitin tai mekanismi .
Tapauksessa, että Notch signalointireitin , signaalitransduktion mekanismi voi olla suhteellisen yksinkertaista. Notch-reseptorin aktivaatio voi aiheuttaa sen muutoksen peptidaasilla : reseptorin fragmentti irtoaa sitten solukalvosta ja puuttuu tiettyjen geenien ilmentymisen säätelyyn .
Tapauksessa, että ERK / MAP-kinaasi- signalointireitin , se on vuorovaikutus proteiinien solun sisällä, joka on modifioitu vaikutuksen alaisena ulkopuolisen signaalin. Monet kasvutekijät sitoutuvat solukalvon reseptoreihin ja saavat solut etenemään solusyklin läpi ja jakautumaan . Useat näistä reseptoreista ovat kinaaseja, joiden fosforylaatioaktiivisuus riippuu niiden sitoutumisesta ligandiin. Tämä fosforylaatio voi muodostaa sitoutumiskohdan toiselle proteiinille ja siten sallia proteiini-proteiini-vuorovaikutuksen. In ERK / MAP-kinaasi- signalointireitin, ligandi nimeltään epidermaalisen kasvutekijän (EGF) sitoutuu EGF-reseptoriin , joka aiheuttaa EGF-reseptorin fosfory- itse ja sitoutuvat Grb2-proteiinia., Sovitin proteiini , joka kytkeytyy tämän signaalin muut alavirtaan merkinantoprosessit. Yksi näin aktivoiduista signaalitransduktioreiteistä on ns. ERK / MAP-kinaasin signalointireitti , niin kutsuttu viitaten mitogeenin aktivoimiin proteiinikinaaseihin (MAP-kinaasit, aiemmin nimeltään ERK). Nämä proteiinikinaasit ovat kinaaseja, jotka fosforyloivat spesifisesti tiettyjä proteiineja , kuten Myc- transkriptiotekijä , muuttamalla siten geneettistä transkriptiota ja lopulta solusyklin etenemistä .
Jotkut signaalinsiirtoreitit reagoivat eri tavoin solun vastaanottaman viestin voimakkuudesta riippuen. Näin on Hedgehog- proteiinissa , joka aktivoi erilaisia geenejä pitoisuudestaan riippuen .
Solujen välisten viestintätapojen joukossa on perinteisesti viestintä:
1. naapurisolujen välillä:
2. kaukosäädin:
Eläimillä havaitsemme myös muita viestintätyyppejä:
On tärkeää huomata, että solun kyky vastata näihin erityyppisiin signaaleihin riippuu spesifisten reseptorien läsnäolosta tai puuttumisesta, joilla on kyky sitoutua signalointimolekyyliin, jota kutsutaan myös ligandiksi.