Передача сигналов клетки - Cell signaling

В биологии , клеточной сигнализации ( передачи сигналов клетки в британском английском ) или связи клеток является способность клетки , чтобы получать, обрабатывать и передавать сигналы с окружающей средой и с самим собой. Это фундаментальное свойство всех клеток каждого живого организма, такого как бактерии, растения и животные. Сигналы, исходящие извне клетки (или внеклеточные сигналы), могут быть физическими агентами, такими как механическое давление , напряжение , температура , свет или химические сигналы (например, небольшие молекулы, пептиды или газ). Химические сигналы могут быть гидрофобными или гидрофильными. Передача клеточных сигналов может происходить на коротких или больших расстояниях и в результате может быть классифицирована как аутокринная , юкстакринная , внутрикринная , паракринная или эндокринная . Сигнальные молекулы могут быть синтезированы различными путями биосинтеза и высвобождены посредством пассивного или активного транспорта или даже при повреждении клеток .

Рецепторы играют ключевую роль в передаче сигналов клетками, поскольку они способны обнаруживать химические сигналы или физические стимулы. Рецепторы обычно представляют собой белки, расположенные на поверхности клетки или внутри клетки, например в цитоплазме , органеллах и ядре . Рецепторы клеточной поверхности обычно связываются с внеклеточными сигналами (или лигандами ), что вызывает конформационное изменение рецептора, которое приводит к инициированию ферментативной активности или к открытию или закрытию активности ионного канала . Некоторые рецепторы не содержат ферментных или канальных доменов, а вместо этого связаны с ферментами или переносчиками . Другие рецепторы, такие как ядерные рецепторы, имеют другой механизм, такой как изменение их свойств связывания ДНК и клеточная локализация в ядре.

Передача сигнала начинается с преобразования (или трансдукции) сигнала в химический, который может напрямую активировать ионный канал ( ионный канал, управляемый лигандом ) или инициировать каскад второй системы мессенджера, который распространяет сигнал через клетку. Системы вторичных мессенджеров могут усиливать сигнал, в котором активация нескольких рецепторов приводит к активации множества вторичных мессенджеров, тем самым усиливая исходный сигнал (первый мессенджер). Последующие эффекты этих сигнальных путей могут включать дополнительные ферментативные активности, такие как протеолитическое расщепление , фосфорилирование , метилирование и убиквитинилирование .

Каждая клетка запрограммирована на реакцию на определенные внеклеточные сигнальные молекулы и является основой развития , восстановления тканей , иммунитета и гомеостаза . Ошибки в сигнальных взаимодействиях могут вызывать такие заболевания, как рак , аутоиммунитет и диабет .

Таксономический диапазон

У многих мелких организмов, таких как бактерии , определение кворума позволяет людям начинать деятельность только тогда, когда популяция достаточно велика. Эта передача сигналов между клетками была впервые обнаружена у морской бактерии Aliivibrio fischeri , которая излучает свет, когда популяция достаточно плотная. Механизм включает производство и обнаружение сигнальной молекулы и регуляцию транскрипции гена в ответ. Определение кворума действует как для грамположительных, так и для грамотрицательных бактерий, как внутри, так и между видами.

В плесневых грибах отдельные клетки, известные как амебы, собираются вместе, образуя плодовые тела и, в конечном итоге, споры под воздействием химического сигнала, первоначально названного акразином . Люди движутся за счет хемотаксиса , то есть их привлекает химический градиент. Некоторые виды используют в качестве сигнала циклический АМФ ; другие, такие как Polysphondylium violaceum, используют другие молекулы, в данном случае этиловый эфир N-пропионил-гамма-L-глутамил-L-орнитин-дельта-лактама, названный глорином.

У растений и животных передача сигналов между клетками происходит либо посредством выброса во внеклеточное пространство , разделенного на паракринную передачу сигналов (на короткие расстояния) и эндокринную передачу сигналов (на большие расстояния), либо путем прямого контакта, известного как передача сигналов юкстакрина (например, передача сигналов notch ). . Аутокринная передача сигналов - это особый случай паракринной передачи сигналов, когда секретирующая клетка имеет способность отвечать на секретируемую сигнальную молекулу. Синаптическая передача сигналов - это особый случай паракринной передачи сигналов (для химических синапсов ) или юкстакринных сигналов (для электрических синапсов ) между нейронами и клетками-мишенями.

Внеклеточный сигнал

Синтез и выпуск

Различные типы внеклеточной передачи сигналов

Многие клеточные сигналы передаются молекулами, которые высвобождаются одной клеткой и движутся, чтобы войти в контакт с другой клеткой. Сигнальные молекулы могут принадлежать к нескольким химическим классам: липиды , фосфолипиды , аминокислоты , моноамины , белки , гликопротеины или газы . Сигнальные молекулы, связывающие поверхностные рецепторы, обычно большие и гидрофильные (например, TRH , вазопрессин , ацетилхолин ), в то время как молекулы , входящие в клетку, обычно маленькие и гидрофобные (например, глюкокортикоиды , гормоны щитовидной железы , холекальциферол , ретиноевая кислота ), но из них много важных исключений, и одна и та же молекула может действовать как через поверхностные рецепторы, так и внутрикринным образом, оказывая различное воздействие. В клетках животных специализированные клетки выделяют эти гормоны и отправляют их через систему кровообращения в другие части тела. Затем они достигают клеток-мишеней, которые могут распознавать гормоны, реагировать на них и давать результат. Это также известно как эндокринная передача сигналов. Регуляторы роста растений или гормоны растений перемещаются через клетки или диффундируют через воздух в виде газа, чтобы достичь своих целей. Сероводород в небольших количествах вырабатывается некоторыми клетками человеческого тела и выполняет ряд биологических сигнальных функций. В настоящее время известно, что только два других таких газа действуют как сигнальные молекулы в организме человека: оксид азота и оксид углерода .

Экзоцитоз

Экзоцитоз - это процесс, с помощью которого клетка переносит молекулы, такие как нейротрансмиттеры и белки , из клетки. Как активный транспортный механизм экзоцитоз требует использования энергии для транспортировки материала. Экзоцитоз и его аналог, эндоцитоз , используются всеми клетки , поскольку большинство химических веществ , важными для них являются крупными полярными молекулами , которые не могут проходить через гидрофобную часть клеточной мембраны с помощью пассивных средств. Экзоцитоз - это процесс высвобождения большого количества молекул; таким образом, это форма перевозки сыпучих материалов. Экзоцитоз происходит через секреторные порталы плазматической мембраны клетки, называемые поросомами . Поросомы представляют собой постоянную чашевидную липопротеиновую структуру на плазматической мембране клетки, где секреторные везикулы временно стыкуются и сливаются, высвобождая внутрипузырное содержимое из клетки.

При экзоцитозе связанные с мембраной секреторные везикулы переносятся на клеточную мембрану , где они стыкуются и сливаются с поросомами, а их содержимое (т.е. водорастворимые молекулы) секретируется во внеклеточную среду. Эта секреция возможна, потому что везикула временно сливается с плазматической мембраной. В контексте нейротрансмиссии нейротрансмиттеры обычно высвобождаются из синаптических пузырьков в синаптическую щель посредством экзоцитоза; однако нейротрансмиттеры также могут высвобождаться посредством обратного транспорта через мембранные транспортные белки .

Формы

Автокрин

Различия между аутокринной и паракринной сигнализацией

Аутокринная передача сигналов включает в себя клетку, секретирующую гормон или химический посредник (называемый аутокринным агентом), который связывается с аутокринными рецепторами той же клетки, что приводит к изменениям в самой клетке. Этому можно противопоставить паракринную передачу сигналов , внутрикринную передачу сигналов или классическую эндокринную передачу сигналов.

Паракрин

В паракринной передаче сигналов клетка вырабатывает сигнал, вызывающий изменения в соседних клетках, изменяя поведение этих клеток. Сигнальные молекулы, известные как паракринные факторы, распространяются на относительно короткие расстояния (местное действие), в отличие от передачи сигналов клетками эндокринными факторами , гормонами, которые перемещаются на значительно большие расстояния через систему кровообращения ; юкстакриновые взаимодействия ; и аутокринная сигнализация . Клетки, вырабатывающие паракринные факторы, секретируют их во внеклеточную среду. Затем факторы перемещаются в соседние клетки, в которых полученный градиент фактора определяет результат. Однако точное расстояние, на которое могут пройти паракринные факторы, неизвестно.

Паракринные сигналы, такие как ретиноевая кислота, нацелены только на клетки, находящиеся поблизости от излучающей клетки. Нейротрансмиттеры представляют собой еще один пример паракринного сигнала.

Некоторые сигнальные молекулы могут функционировать и как гормон, и как нейротрансмиттер. Например, адреналин и норадреналин могут действовать как гормоны, когда они высвобождаются надпочечниками и транспортируются к сердцу через кровоток. Норадреналин также может вырабатываться нейронами, которые функционируют как нейротрансмиттер в головном мозге. Эстроген может выделяться яичниками и действовать как гормон или действовать локально через паракринную или аутокринную передачу сигналов.

Хотя паракринная передача сигналов вызывает разнообразный набор ответов в индуцированных клетках, большинство паракринных факторов используют относительно упорядоченный набор рецепторов и путей. Фактически, разные органы в организме - даже у разных видов -, как известно, используют одинаковые наборы паракринных факторов в дифференцированном развитии. Высококонсервативные рецепторы и пути могут быть организованы в четыре основных семейства на основе сходных структур: семейство фактора роста фибробластов (FGF), семейство Hedgehog, семейство Wnt и суперсемейство TGF-β . Связывание паракринного фактора с его соответствующим рецептором инициирует каскады передачи сигнала , вызывая различные ответы.

Эндокринный

Эндокринные сигналы называются гормонами . Гормоны вырабатываются эндокринными клетками, и они проходят через кровь, чтобы достичь всех частей тела. Специфичность передачи сигналов можно контролировать, если только некоторые клетки могут реагировать на определенный гормон. Эндокринные сигнализации включают высвобождение гормонов на внутренних железы в качестве организма непосредственно в кровеносную систему , регулируя отдаленные органымишени. В позвоночных , то гипоталамус является нейронным центром управления для всех эндокринных систем. У человека основными эндокринными железами являются щитовидная железа и надпочечники . Изучение эндокринной системы и ее нарушений известно как эндокринология .

Juxtacrine

Рисунок 2. Notch- опосредованный юкстакриновый сигнал между соседними клетками.

Передача сигналов Juxtacrine - это тип передачи сигналов клетка-клетка или клетка- внеклеточный матрикс в многоклеточных организмах, который требует тесного контакта. Выделяют три типа:

1. Мембранный лиганд ( белок , олигосахарид , липид ) и мембранный белок двух соседних клеток взаимодействуют .
2. Сообщающееся соединение связывает внутриклеточные компартменты двух соседних клеток, обеспечивая прохождение относительно небольших молекул.
3. Внеклеточный матрикс гликопротеин и мембранный белок взаимодействует.

Кроме того, у одноклеточных организмов, таких как бактерии , передача сигналов юкстакрина означает взаимодействие посредством мембранного контакта. Передача сигналов джакстакрином наблюдалась для некоторых факторов роста , клеточных сигналов цитокинов и хемокинов , играющих важную роль в иммунном ответе .

Рецепторы

Принцип работы трансмембранного рецептора

Клетки получают информацию от своих соседей через класс белков, известных как рецепторы . Рецепторы могут связываться с некоторыми молекулами (лигандами) или могут взаимодействовать с физическими агентами , такими как свет, механические температуры, давления и т.д. Прием происходит , когда клетка - мишень (любая клетка с белком рецептора , специфического к сигнальной молекулы ) обнаруживает сигнал, как правило , в в виде небольшой водорастворимой молекулы посредством связывания с рецепторным белком на поверхности клетки или внутри клетки сигнальная молекула может связываться с внутриклеточными рецепторами , другими элементами или стимулировать активность ферментов (например, газы), как во внутрикринной передаче сигналов.

Сигнальные молекулы взаимодействуют с клеткой-мишенью в качестве лиганда для рецепторов клеточной поверхности и / или путем проникновения в клетку через ее мембрану или эндоцитоза для внутрикринной передачи сигналов. Обычно это приводит к активации вторичных мессенджеров , что приводит к различным физиологическим эффектам. У многих млекопитающих клетки ранних эмбрионов обмениваются сигналами с клетками матки . В человеческом желудочно - кишечном тракте , бактерии обмениваются сигналы друг с другом и с человеческими эпителиальными и системными иммунными клетками. Для дрожжей Saccharomyces cerevisiae во время спаривания некоторые клетки посылают в окружающую среду пептидный сигнал ( феромоны фактора спаривания ). Пептид фактора спаривания может связываться с рецептором клеточной поверхности других дрожжевых клеток и побуждать их готовиться к спариванию.

Рецепторы клеточной поверхности

Рецепторы клеточной поверхности играют важную роль в биологических системах одно- и многоклеточных организмов, и нарушение работы или повреждение этих белков связано с раком, сердечными заболеваниями и астмой. Эти трансмембранные рецепторы способны передавать информацию извне клетки внутрь, потому что они меняют конформацию, когда с ней связывается определенный лиганд. Существует три основных типа: рецепторы , связанные с ионным каналом, рецепторы , связанные с G-белком , и рецепторы , связанные с ферментом .

Рецепторы, связанные с ионным каналом

Рецептор AMPA, связанный с антагонистом глутамата, демонстрирующий аминоконцевой, лиганд-связывающий и трансмембранный домен, PDB 3KG2

Рецепторы, связанные с ионными каналами, представляют собой группу трансмембранных белков ионных каналов, которые открываются, позволяя таким ионам, как Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ и / или Cl ^- проходить через мембрану в ответ на связывание химического мессенджера ( т.е. лиганд ), такой как нейромедиатор .

Когда пресинаптический нейрон возбужден, он высвобождает нейромедиатор из пузырьков в синаптическую щель . Затем нейромедиатор связывается с рецепторами, расположенными на постсинаптическом нейроне . Если эти рецепторы представляют собой ионные каналы, управляемые лигандами, возникающее в результате конформационное изменение открывает ионные каналы, что приводит к потоку ионов через клеточную мембрану. Это, в свою очередь, приводит либо к деполяризации для ответа возбуждающего рецептора, либо к гиперполяризации для тормозного ответа.

Эти рецепторные белки обычно состоят по крайней мере из двух разных доменов: трансмембранного домена, который включает ионную пору, и внеклеточного домена, который включает место связывания лиганда (сайт аллостерического связывания). Эта модульность позволила использовать подход «разделяй и властвуй» для определения структуры белков (кристаллизации каждого домена отдельно). Функция таких рецепторов, расположенных в синапсах, заключается в том, чтобы напрямую и очень быстро преобразовывать химический сигнал пресинаптически высвобожденного нейромедиатора в постсинаптический электрический сигнал. Многие LIC дополнительно модулируются аллостерическими лигандами , блокаторами каналов , ионами или мембранным потенциалом . LIC подразделяются на три суперсемейства, которые лишены эволюционной взаимосвязи: рецепторы cys-петли , ионотропные рецепторы глутамата и АТФ-управляемые каналы .

Рецепторы, связанные с G-белком

Рецептор, связанный с белком, в плазматической мембране.

Рецепторы, связанные с G-белками, представляют собой большую группу эволюционно связанных белков, которые представляют собой рецепторы клеточной поверхности, которые обнаруживают молекулы вне клетки и активируют клеточные ответы. Связываясь с G-белками , они называются семимембранными рецепторами, потому что они проходят через клеточную мембрану семь раз. Лиганды могут связываться либо с внеклеточным N-концом и петлями (например, рецепторами глутамата), либо с сайтом связывания внутри трансмембранных спиралей (родопсиноподобное семейство). Все они активируются агонистами, хотя также может наблюдаться спонтанная аутоактивация пустого рецептора.

Рецепторы, связанные с G-белком, обнаруживаются только у эукариот , включая дрожжи , хоанофлагелляты и животных. Эти лиганды , которые связывают и активируют эти рецепторы включают в себя светочувствительные соединения, запахи , феромоны , гормоны и нейромедиаторы , и различаются по размеру от маленьких молекул до пептидов до крупных белков . Рецепторы, связанные с G-белком, участвуют во многих заболеваниях.

Существует два основных пути передачи сигнала с участием рецепторов, связанных с G-белком: сигнальный путь цАМФ и сигнальный путь фосфатидилинозитола . Когда лиганд связывается с GPCR, он вызывает конформационное изменение GPCR, что позволяет ему действовать как фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF). Затем GPCR может активировать связанный G-белок , заменяя GDP, связанный с G-белком, на GTP . Α-субъединица G-белка вместе со связанным GTP может затем диссоциировать от β- и γ-субъединиц для дальнейшего воздействия на внутриклеточные сигнальные белки или целевые функциональные белки, непосредственно в зависимости от типа α-субъединицы ( G _αs , G _{αi / o} , G _{αq / 11} , G _{α12 / 13} ).

Рецепторы, связанные с G-белком, являются важной мишенью для лекарств, и примерно 34% всех одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) лекарств нацелены на 108 членов этого семейства. Мировой объем продаж этих препаратов оценивается в 180 миллиардов долларов США по состоянию на 2018 год. По оценкам, GPCR являются целью примерно для 50% лекарств, имеющихся в настоящее время на рынке, в основном из-за их участия в сигнальных путях, связанных со многими заболеваниями, т.е. психические, метаболические, включая эндокринологические нарушения, иммунологические, включая вирусные инфекции, сердечно-сосудистые, воспалительные, расстройства чувств и рак. Давно обнаруженная ассоциация между GPCR и многими эндогенными и экзогенными веществами, приводящая, например, к обезболиванию, является еще одной динамично развивающейся областью фармацевтических исследований.

Ферментно-связанные рецепторы

Рецепторы VEGF представляют собой тип рецепторов, связанных с ферментом, в частности рецепторы тирозинкиназы.

Связанные с ферментом рецепторы (или каталитические рецепторы) представляют собой трансмембранные рецепторы, которые при активации внеклеточным лигандом вызывают ферментативную активность на внутриклеточной стороне. Следовательно, каталитический рецептор представляет собой интегральный мембранный белок, обладающий как ферментативной , так и каталитической и рецепторной функциями.

У них есть два важных домена: внеклеточный лиганд-связывающий домен и внутриклеточный домен, который выполняет каталитическую функцию; и единственная трансмембранная спираль . Сигнальная молекула связывается с рецептором за пределами клетки и вызывает конформационное изменение каталитической функции рецептора внутри клетки. Примеры ферментативной активности включают:

• Рецепторная тирозинкиназа , как и рецептор фактора роста фибробластов . Большинство рецепторов, связанных с ферментом, относятся к этому типу.
• Серин / треонин-специфическая протеинкиназа , как в костном морфогенетическом белке
• Гуанилатциклаза , как рецептор предсердного натрийуретического фактора

Внутриклеточные рецепторы

Рецептор стероидного гормона

Рецепторы стероидных гормонов находятся в ядре , цитозоле , а также на плазматической мембране клеток-мишеней. Они , как правило , внутриклеточные рецепторы ( как правило , цитоплазматические или ядерные) и инициировать передачу сигнала для стероидных гормонов , которые приводят к изменениям в экспрессии генов в течение периода времени от нескольких часов до дней. Наиболее изученные рецепторы стероидных гормонов являются членами подсемейства ядерных рецепторов 3 (NR3), которое включает рецепторы эстрогена (группа NR3A) и 3-кетостероидов (группа NR3C). Помимо ядерных рецепторов, несколько рецепторов, связанных с G-белком, и ионных каналов действуют как рецепторы клеточной поверхности для определенных стероидных гормонов.

Пути передачи сигнала

Рисунок 3. Ключевые компоненты пути передачи сигнала ( показан путь MAPK / ERK ).

При связывании с сигнальной молекулой рецепторный белок каким-то образом изменяется и запускает процесс трансдукции, который может происходить в один этап или как серия изменений в последовательности различных молекул (так называемый путь передачи сигнала). Молекулы, из которых состоят эти пути, известны как молекулы-реле. Многоступенчатый процесс стадии трансдукции часто состоит из активации белков путем добавления или удаления фосфатных групп или даже высвобождения других небольших молекул или ионов, которые могут действовать как посредники. Усиление сигнала - одно из преимуществ этой многоступенчатой ​​последовательности. Другие преимущества включают больше возможностей для регулирования, чем в более простых системах, и точную настройку ответа как в одноклеточном, так и в многоклеточном организме.

В некоторых случаях активация рецептора, вызванная связыванием лиганда с рецептором, напрямую связана с ответом клетки на лиганд. Например, нейромедиатор ГАМК может активировать рецептор клеточной поверхности, который является частью ионного канала . Связывание ГАМК с рецептором ГАМК _А на нейроне открывает хлорид- селективный ионный канал, который является частью рецептора. Активация рецептора ГАМК _A позволяет отрицательно заряженным ионам хлорида перемещаться в нейрон, что подавляет способность нейрона создавать потенциалы действия . Однако для многих рецепторов клеточной поверхности взаимодействия лиганд-рецептор не связаны напрямую с реакцией клетки. Активированный рецептор должен сначала взаимодействовать с другими белками внутри клетки, прежде чем будет произведен окончательный физиологический эффект лиганда на поведение клетки. Часто поведение цепочки из нескольких взаимодействующих клеточных белков изменяется после активации рецептора. Полный набор клеточных изменений, вызванных активацией рецептора, называется механизмом или путем передачи сигнала.

Более сложный путь передачи сигнала показан на рисунке 3. Этот путь включает изменения белок-белковых взаимодействий внутри клетки, индуцированные внешним сигналом. Многие факторы роста связываются с рецепторами на поверхности клетки и стимулируют клетки к прохождению клеточного цикла и делению . Некоторые из этих рецепторов представляют собой киназы, которые начинают фосфорилировать себя и другие белки при связывании с лигандом. Это фосфорилирование может генерировать сайт связывания для другого белка и, таким образом, индуцировать межбелковое взаимодействие. На рисунке 3 лиганд (называемый эпидермальным фактором роста или EGF) связывается с рецептором (называемым EGFR ). Это активирует фосфорилирование рецептора. Фосфорилированный рецептор связывается с адаптерным белком ( GRB2 ), который связывает сигнал с последующими процессами передачи сигналов. Например, один из путей передачи сигнала, который активируется, называется путем митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK). Компонент передачи сигнала, обозначенный как «MAPK» в пути, первоначально назывался «ERK», поэтому путь называется путем MAPK / ERK . Белок MAPK представляет собой фермент, протеинкиназу, которая может присоединять фосфат к белкам-мишеням, таким как фактор транскрипции MYC, и, таким образом, изменять транскрипцию гена и, в конечном итоге, развитие клеточного цикла. Многие клеточные белки активируются ниже рецепторов факторов роста (таких как EGFR), которые инициируют этот путь передачи сигнала.

Некоторые пути передачи сигналов по-разному реагируют в зависимости от количества сигналов, принимаемых клеткой. Например, белок hedgehog активирует разные гены в зависимости от количества присутствующего белка hedgehog.

Сложные многокомпонентные пути передачи сигналов предоставляют возможности для обратной связи, усиления сигнала и взаимодействия внутри одной клетки между множественными сигналами и сигнальными путями.

Специфический клеточный ответ является результатом трансдуцированного сигнала на последней стадии клеточной передачи сигналов. Этот ответ, по сути, может быть любой клеточной активностью, присутствующей в организме. Он может стимулировать перестройку цитоскелета или даже катализировать его ферментом. Все эти три этапа клеточной передачи сигналов гарантируют, что нужные клетки будут вести себя так, как им сказано, в нужное время и синхронно с другими клетками и своими собственными функциями в организме. В конце концов, окончание сигнального пути приводит к регуляции клеточной активности. Этот ответ может иметь место в ядре или в цитоплазме клетки. Большинство сигнальных путей контролируют синтез белка, включая и выключая определенные гены в ядре.

У одноклеточных организмов , таких как бактерии, передача сигналов может быть использован по отношению к аналогам «активировать» из бездействующего состояния , повышения вирулентности , защиты от бактериофагов и т.д. Кворум зондирования , который также содержится в социальных насекомых, кратность отдельных сигналов имеет потенцию чтобы создать цикл положительной обратной связи, генерирующий скоординированный ответ. В этом контексте сигнальные молекулы называются аутоиндукторами . Этот сигнальный механизм мог быть вовлечен в эволюцию от одноклеточных к многоклеточным организмам. Бактерии также используют контактно-зависимую передачу сигналов, в частности, для ограничения своего роста.

Сигнальные молекулы, используемые многоклеточными организмами, часто называют феромонами . Они могут иметь такие цели, как предупреждение об опасности, указание на наличие пищи или помощь в размножении.

Краткосрочные клеточные ответы

.

Регулирование активности генов

Пути передачи сигнала, которые приводят к клеточному ответу

.

Путь передачи сигналов Notch

Notch - это белок клеточной поверхности, который действует как рецептор. Животные имеют небольшой набор генов , кодирующих сигнальные белки, которые специфически взаимодействуют с рецепторами Notch и стимулируют ответ в клетках, экспрессирующих Notch на своей поверхности. Молекулы, которые активируют (или, в некоторых случаях, ингибируют) рецепторы, можно классифицировать как гормоны, нейротрансмиттеры , цитокины и факторы роста , обычно называемые лигандами рецепторов . Известно, что взаимодействия рецептора лиганда, такие как взаимодействие рецептора Notch, являются основными взаимодействиями, ответственными за механизмы передачи сигналов и коммуникации клеток. notch действует как рецептор для лигандов, которые экспрессируются на соседних клетках. В то время как некоторые рецепторы являются белками клеточной поверхности, другие находятся внутри клеток. Так , например, эстроген является гидрофобной молекулой , которая может проходить через липидный бислой из мембран . Как часть эндокринной системы , внутриклеточные рецепторы эстрогена из различных типов клеток могут активироваться эстрогеном, продуцируемым в яичниках .

В случае передачи сигналов, опосредованной Notch, механизм передачи сигнала может быть относительно простым. Как показано на рисунке 2, активация Notch может вызвать изменение белка Notch протеазой . Часть белка Notch высвобождается из мембраны клеточной поверхности и участвует в регуляции генов . Исследования клеточной сигнализации включают изучение пространственной и временной динамики обоих рецепторов и компонентов сигнальных путей, которые активируются рецепторами в различных типах клеток. Новые методы масс-спектрометрического анализа отдельных клеток обещают сделать возможным изучение передачи сигналов с разрешением отдельных клеток.

В передаче сигналов notch прямой контакт между клетками позволяет точно контролировать дифференцировку клеток во время эмбрионального развития. У червя Caenorhabditis elegans две клетки развивающейся гонады имеют равные шансы окончательно дифференцироваться или стать маточной клеткой-предшественником, которая продолжает делиться. Выбор того, какая клетка продолжает делиться, контролируется конкуренцией сигналов клеточной поверхности. Одна клетка будет производить больше белка клеточной поверхности, который активирует рецептор Notch на соседней клетке. Это активирует петлю или систему обратной связи , которая снижает экспрессию Notch в клетке, которая будет дифференцироваться, и которая увеличивает Notch на поверхности клетки, которая продолжает работать как стволовая клетка .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• База данных взаимодействия NCI-Nature Pathway : авторитетная информация о сигнальных путях в клетках человека.
• Межклеточные + сигнальные + пептиды + и + белки в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
• Cell + Communication в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
• Проект сигнальных путей : база знаний по генерированию гипотез клеточной сигнализации, построенная с использованием биокументированных архивных транскриптомных и ChIP-Seq наборов данных