Клеточная сигнализация

• Процесс взаимодействия клетки с самой собой, другими клетками и окружающей средой  
• Включает сигнал, рецептор и эффектор  

Типы сигналов

• Химические сигналы: лиганды (ионы, липиды, пептиды, углеводы, нуклеиновые кислоты)  
• Физические сигналы: давление, напряжение, температура, свет  

Рецепторы

• Сложные белки или мультимеры белков в плазматической мембране или внутри клетки  
• Связываются с лигандами или изменяют конформацию при физических сигналах  
• Разделяются на рецепторы клеточных мембран и внутриклеточные рецепторы  

Эффекторы

• Начинают сигнальный путь, активируя ионные каналы или инициируя каскад химических реакций  
• Внутриклеточные рецепторы связываются с жирорастворимыми лигандами  

Таксономический диапазон

• У бактерий: чувство кворума, регуляция транскрипции генов  
• У слизевиков: акразин, хемотаксис  
• У растений и животных: паракринная и эндокринная передача сигналов, юкстакринная передача сигналов  

Внеклеточный сигнал

• Синтез и высвобождение сигнальных молекул  
• Сигнальные молекулы могут быть липидами, фосфолипидами, аминокислотами, моноаминами, белками, гликопротеидами или газами  
• Экзоцитоз: активный транспортный механизм для высвобождения молекул  

Формы передачи сигналов клетками

• Аутокринный: сигнал воздействует на ту же клетку  
• Внутрикринный: сигнал воздействует на рецепторы в цитоплазме или ядре  
• Юкстакринный: сигнал между соседними клетками  
• Паракринный: сигнал между соседними клетками  
• Эндокринный: сигнал передается кровью  

Рецепторы клеточных мембран

• Рецепторы ионных каналов: активируются физическими раздражителями  
• Рецепторы G-белка: инициируют каскад химических реакций  
• Связанные с ферментами рецепторы: стимулируют внутриклеточные химические реакции  

Внутриклеточные рецепторы

• Связываются с жирорастворимыми лигандами, пассивно диффундирующими через плазматическую мембрану  
• Активируют гены и стимулируют синтез белков  

Эффекторы

Аутокринная сигнализация

• Клетка выделяет гормон или химический посредник, который связывается с рецепторами на той же клетке.  
• Изменения происходят внутри клетки.  

Внутрикринная сигнализация

• Сигнальные химические вещества вырабатываются внутри клетки и связываются с рецепторами.  
• Сигналы передаются без секреции из клетки.  

Юкстакринная сигнализация

• Требует тесного контакта между клетками.  
• Включает взаимодействие мембранных лигандов, сообщающихся переходов и гликопротеинов.  
• Важна для иммунного ответа и нейрональных клеток.  

Паракринная сигнализация

• Клетка вырабатывает сигнал, который влияет на близлежащие клетки.  
• Сигналы распространяются на небольшое расстояние.  
• Примеры: ретиноевая кислота, нейротрансмиттеры.  

Эндокринная система

• Гормоны вырабатываются эндокринными клетками и перемещаются по крови.  
• Регулируют работу отдаленных органов-мишеней.  
• У позвоночных гипоталамус управляет эндокринными системами.  

Рецепторы

• Клетки получают информацию через рецепторы.  
• Рецепторы связываются с лигандами или физическими факторами.  
• Рецепция приводит к активации вторичных посредников.  

Рецепторы клеточной поверхности

• Важны для биологических систем.  
• Включают рецепторы, связанные с ионными каналами, G-белком и ферментами.  

Рецепторы, связанные с ионными каналами

• Открываются, позволяя ионам проходить через мембрану.  
• Преобразуют химический сигнал в электрический.  
• Подразделяются на цис-петлевые, ионотропные глутаматные и АТФ-зависимые каналы.  

Рецепторы, связанные с G-белком

• Активируют клеточные реакции через G-белки.  
• Лиганды связываются с внеклеточным N-концом или трансмембранными спиралями.  
• Участвуют в сигнальных путях цАМФ и фосфатидилинозитольном.  

Рецепторы, связанные с G-белком

• Важная мишень для лекарственных средств  
• 34% одобренных FDA лекарств нацелены на 108 представителей  
• Мировой объем продаж оценивается в 180 миллиардов долларов  

Ферментативные рецепторы

• Трансмембранные рецепторы, вызывающие ферментативную активность  
• Примеры: рецептор тирозинкиназы, рецептор фактора роста фибробластов  

Внутриклеточные рецепторы

• Свободно существуют в цитоплазме, ядре или связаны с органеллами  
• Связывание лиганда вызывает ответную реакцию в клетке  
• Примеры: ядерные и митохондриальные рецепторы  

Рецепторы стероидных гормонов

• Находятся в ядре, цитозоле и на плазматической мембране  
• Инициируют передачу сигналов стероидных гормонов  
• Примеры: рецепторы эстрогенов и 3-кетостероидов  

Механизмы подавления рецепторной регуляции

• Эндоцитоз и фосфорилирование рецепторов  
• Снижение чувствительности рецептора  

Пути передачи сигнала

• Активация рецептора запускает процесс трансдукции  
• Многоступенчатый процесс включает активацию белков и высвобождение молекул  
• Примеры: путь MAPK/ERK, путь Notch  

Клеточные реакции

• Специфический клеточный ответ на сигнал  
• Регуляция клеточной активности в ядре или цитоплазме  
• Примеры: перестройка цитоскелета, синтез белка  

Сигнальные молекулы

• Используются одноклеточными и многоклеточными организмами  
• Примеры: феромоны, аутоиндукторы, контактно-зависимая сигнализация  

Кратковременные клеточные реакции

• Регулирующая активность генов  
• Сигнальный путь Notch  

Взаимодействие лиганд-рецептора

• Лиганд-рецепторные взаимодействия, такие как Notch, ответственны за передачу сигналов и коммуникацию в клетках.  
• Notch действует как рецептор для лигандов на соседних клетках.  

Типы рецепторов

• Некоторые рецепторы находятся на клеточной поверхности, другие внутри клеток.  
• Эстроген, гидрофобная молекула, может проходить через липидный бислой мембран и активировать внутриклеточные рецепторы.  

Механизм передачи сигналов Notch

• Активация Notch приводит к изменению белка протеазой.  
• Часть белка высвобождается из мембраны и участвует в регуляции генов.  

Исследование клеточной сигнализации

• Включает изучение пространственной и временной динамики рецепторов и сигнальных путей.  
• Новые методы масс-спектрометрического анализа позволяют изучать передачу сигнала с разрешением одной клетки.  

Контроль дифференцировки клеток

• Прямой контакт между клетками позволяет контролировать дифференцировку клеток.  
• У Caenorhabditis elegans клетки гонады конкурируют за дифференцировку.  
• Одна клетка вырабатывает больше белка, активирующего рецептор Notch на соседней клетке.  

Дополнительные ресурсы

• База данных NCI-Nature Pathway Interaction.  
• Межклеточные сигнальные пептиды и белки в США.  
• Проект “Сигнальные пути” для генерации гипотез о клеточной сигнализации.