CELLAKOMMUNIKÁCIÓ: TÍPUSOK, FONTOSSÁG, PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2025

A celluláris kommunikáció, amelyet intercelluláris kommunikációnak is neveznek, az extracelluláris szignálmolekulák továbbítása. Ezek a molekulák egy szignál-generáló sejtből indulnak, és a célsejten lévő receptorokhoz kötődnek, specifikus választ kiváltva.

A szignálmolekula lehet kis molekula (például: aminosav), peptid vagy fehérje. Ezért a kémiai kommunikáció az egy- és többsejtű organizmusokra jellemző.

Forrás: pixabay.com

Baktériumokban a szignálmolekulák bakteriális feromonok. Ezek olyan funkciókhoz szükségesek, mint a vízszintes génátvitel, a biolumineszcencia, a biofilmképződés, valamint az antibiotikumok és patogén tényezők előállítása.

A többsejtű szervezetekben a sejtkommunikáció zajlik egymással szomszédos sejtek, vagy különálló sejtek között. Az utóbbi esetben a szignálmolekuláknak diffúzióval és nagy távolságokon kell haladniuk. A szignálok funkciói között szerepel a génexpresszió, a morfológia és a sejtmozgás változása.

A sejtkommunikáció extracelluláris vezikulumok (EV), úgynevezett ektoszómák és exoszómák révén is megvalósítható. Az EV-k egyes funkciói: limfociták és makrofágok modulálása; a szinaptikus funkció ellenőrzése; az erekben és a szívben, véralvadás és angiogenezis; és RNS cseréje.

Típusok (rendszerek / mechanizmusok)

A baktériumokban létezik egy olyan sejtkommunikáció, amelyet kvórumérzékelésnek hívnak, amely olyan viselkedésből áll, amely csak akkor fordul elő, ha a baktériumpopuláció sűrűsége magas. A kvórumérzékelés magában foglalja a szignálmolekulák (autoinducernek nevezett) magas koncentrációinak előállítását, felszabadítását és későbbi észlelését.

Az egysejtű eukariótákban, mint például a T. brucei, kvórumérzékelés is fennáll. Az élesztőkben a szexuális viselkedés és a sejtek differenciálódása a feromonkommunikáció és a környezeti változások hatására lép fel.

Növényekben és állatokban az extracelluláris szignálmolekulák, például hormonok, neurotranszmitterek, növekedési faktorok vagy gázok használata a kommunikáció fontos típusa, amely magában foglalja a szignálmolekula szintézisét, felszabadítását, a célsejtbe történő szállítását, kimutatását jel és specifikus válasz.

Az állatokban a szignálmolekula szállításával kapcsolatban a molekula működési távolsága kétféle típusú jelet határoz meg: 1) autokrin és paracrin, amelyek ugyanazon a sejtön és a közeli sejteken hatnak; és 2) endokrin, amely egy távoli célsejtre hat, és amelyet a véráram szállít.

Az extracelluláris vezikulumok általi sejtkommunikáció az eukarióta szervezetekben és az Archaea-ban a sejtek közötti kommunikáció fontos típusa.

Ahogy az egysejtű eukarióta vagy baktériumpopuláció növekszik, elegendő számú sejtet vagy kvórumot ér el, amely olyan induktor koncentrációt hoz létre, amely képes a sejtekben hatást kifejteni. Ez egy népszámlálási mechanizmust jelent.

A baktériumokban háromféle kvórumérzékelő rendszer ismert: az egyik gram-negatív; egy másik gram-pozitív; és egy másik a gram negatív Vibrio harveyi-n.

A gram-negatív baktériumokban az autoinducer acilezett homoszerin-lakton. Ezt az anyagot a LuxI típusú enzim szintetizálja, és passzívan diffundál a membránon, felhalmozódva az extracelluláris és intracelluláris térben. A stimuláló koncentráció elérésekor aktiválódik a QS által szabályozott gének transzkripciója.

A gram-negatív baktériumokban az autoinducerok módosított peptidek, amelyeket az extracelluláris térbe exportálnak, ahol kölcsönhatásba lépnek a membránfehérjékkel. Foszforilációs kaszkád lép fel, amely aktiválja a fehérjéket, amelyek kötődnek a DNS-hez és szabályozzák a célgének transzkripcióját.

A Vibrio harveyi két autoinducer-et állít elő, HAI-1 és A1-2 elnevezéssel. A HAI-1 acilezett lakton-homoszerin, de szintézise nem függ a LuxI-tól. Az A1-2 jelentése furanozil-borát-diészter. Mindkét anyag egy foszforilációs kaszkádon keresztül működik, hasonlóan a többi gram-negatív baktériuméhoz. Az ilyen típusú QS szabályozza a biolumineszcenciát.

Kémiai kommunikáció

A szignálmolekula vagy ligandum specifikus kötődése a receptor fehérjéhez specifikus sejtes választ eredményez. Minden sejttípus bizonyos típusú receptorokkal rendelkezik. Annak ellenére, hogy egy bizonyos típusú receptor megtalálható különféle típusú sejtekben is, és ugyanazon ligandumra eltérő választ adnak.

A jelmolekula jellege meghatározza azt az utat, amelyet a cellába történő belépéshez használnak. Például a hidrofób hormonok, például a szteroidok, diffundálnak a lipid kettős rétegen keresztül, és receptorokhoz kötődnek, komplexeket képezve, amelyek szabályozzák a specifikus gének expresszióját.

Az olyan gázok, mint a salétrom-oxid és a szén-monoxid, diffundálnak a membránon, és általában aktiválják a ciklikus GMP-termelő guanilil-ciklázt. A szignálmolekulák többsége hidrofil.

Receptorjai a sejt felszínén találhatók. A receptorok jelátvitelként működnek, amelyek megváltoztatják a célsejt viselkedését.

A sejtfelszíni receptorokat a következőkre osztjuk: a) G-proteinhez kapcsolt receptorok; b) enzimaktivitással rendelkező receptorok, például tirozin-kináz; és c) ioncsatorna receptorok.

A G-proteinhez kapcsolt receptorok jellemzői

A G-proteinhez kapcsolt receptorok minden eukariótaban megtalálhatók. Általában olyan receptorok, amelyek hét doméntel áthaladnak a membránon, az N-terminális régióval a sejt külseje felé, a C-terminál pedig a sejt belseje felé. Ezek a receptorok asszociálódnak egy G fehérjével, amely transzlálja a jeleket.

Amikor a ligand kötődik a receptorhoz, a G-protein aktiválódik. Ez viszont aktiválja az effektor enzimet, amely egy második intracelluláris hírvivőt hoz létre, amely lehet ciklikus adenozin-monofoszfát (cAMP), arachidonsav, diacil-glicerin vagy inozitol-3-foszfát, amely jel-erősítőként működik. a kezdeti.

A G fehérje három alegységgel rendelkezik: alfa, béta és gamma. A G-protein aktiválása magában foglalja a GDP disszociációját a G-proteintől és a GTP kötődését az alfa-alegységhez. A G- _alfa- GTP komplexben disszociálódnak a béta- és gamma-alegységektől, specifikusan kölcsönhatásba lépnek effektorfehérjékkel, aktiválva őket.

A cAMP útvonalat béta-adrenerg receptorok aktiválhatják. A CAMP-t az adenilil-cikláz állítja elő. A foszfoinositol útvonalat muszkarin acetilkolin receptorok aktiválják. Aktiválják a foszfolipáz C-t. Az arachidonsav útját a hisztamin receptor aktiválja. Aktiválja a foszfolipáz A2-t.

CAMP útvonal

A ligand kötődését a receptorhoz, a stimuláló G fehérje (G _s), kötődik a GDP, okozza a GDP cseréjét GTP, és a disszociációs az alfa-alegység a G _s a béta- és gamma-alegységből. A G- _alfa- GTP komplex asszociálódik az adenil-cikláz doménjével, aktiválja az enzimet és az ATP-ből cAMP-t termel.

A CAMP a cAMP-függő protein-kináz szabályozó alegységéhez kötődik. Katalitikus alegységeket bocsát ki, amelyek foszforilálják a fehérjéket, amelyek szabályozzák a sejtválaszokat. Ezt az utat kétféle enzim szabályozza, nevezetesen a foszfodiészterázok és a fehérje foszfatázok.

Foszfoinozitol út

A ligandum receptorhoz történő kötődése aktiválja a G-proteint (_Gq), amely aktiválja a foszfolipáz C-t (PLC). Ez az enzim bontja foszfatidil inozit-1,4,5-biszfoszfát (PIP ₂) két második messengerek, inozit-1,4,5-trifoszfát (IP ₃) és diacil-glicerinné (DAG).

Az IP ₃ diffundál a citoplazmában, és kötődik az endoplazmatikus retikulum receptoraihoz, okozva a Ca ⁺² felszabadulását belülről. A DAG a membránon marad és aktiválja a protein kináz C-t (PKC). Egyes PKC izoformák Ca ^+2-t igényelnek.

Arachidonsav út

A ligand kötődését a receptorhoz okozza a béta- és gamma-alegységből a G-protein aktiválásához foszfolipáz A ₂ (PLA ₂). Ez az enzim a foszfatidil-inozitolt (PI) hidrolizálja a plazmamembránban, felszabadítva arachidonsavat, amelyet különböző útvonalak metabolizálnak, mint például az 5-ös és 12-lipoxigenáz és a ciklooxigenáz.

A receptor tirozinkináz jellemzése

A receptor tirozin-kináz (RTK) extracelluláris szabályozó doménekkel és intracelluláris katalitikus doménekkel rendelkezik. A G-proteinhez kapcsolt receptorral ellentétben a tirozin-kináz receptor polipeptidlánca csak egyszer keresztezi a plazmamembránt.

A ligandum, amely egy hormon vagy növekedési faktor kötődése a szabályozó doménhez, a két receptor alegység társulásához vezet. Ez lehetővé teszi a tirozinmaradványon lévő receptor autofoszforilációját és a fehérjefoszforilációs kaszkádok aktiválását.

A receptor tirozin-kináz (RTK) foszforilált tirozin-maradékai kölcsönhatásba lépnek az adapterfehérjékkel, amelyek az aktivált receptort a jelátviteli út komponenseivel kapcsolják össze. Az adapterfehérjék multiprotein jelátviteli komplexeket képeznek.

Az RTK különböző peptidekhez kötődik, mint például: epidermális növekedési faktor; fibroblast növekedési faktorok; agynövekedési faktorok; ideg növekedési faktor; és inzulin.

A vevők általános jellemzői

A felszíni receptorok aktiválása megváltoztatja a fehérje foszforilációját a protein-kinázok két típusának aktiválásával: tirozin-kináz, valamint szerin- és treoninkinázok.

A szerin és treonin kinázok a következők: cAMP-függő protein-kináz; cGMP-függő protein-kináz; protein-kináz C; és a Ca ⁺² / kalmodulin- függő protein. Ezekben a protein-kinázokban, a cAMP-függő kináz kivételével, a katalitikus és szabályozó domén ugyanazon polipeptid láncon található.

A második hírnök ezekhez a szerin- és treonin-kinázokhoz kötődik, aktiválva őket.

Az ioncsatornás receptorok jellemzői

Az ioncsatorna receptorok a következő tulajdonságokkal rendelkeznek: a) ionokat vezetnek; b) felismeri és kiválasztja a meghatározott ionokat; c) kinyitni és bezárni, reagálva a kémiai, elektromos vagy mechanikai jelekre.

Az ioncsatorna receptorok lehetnek monomerek, vagy lehetnek heteroligomerek vagy homoligomerek, amelyek polipeptid láncrégiói áthaladnak a plazmamembránon. Az ioncsatornák három családja van: a) ligandum-kapuk csatornái; b) réscsatornák; és c) Na ⁺ -függő feszültségcsatornák.

Az ioncsatorna receptorok néhány példája a központi idegrendszerben a neuromuszkuláris csomópontú acetilkolin receptorok és az ionotróp glutamát receptorok, NMDA és nem-NMDA.

Kommunikáció extracelluláris vezikulumokon keresztül

Az extracelluláris vezikulák (EV) az ektoszómák és az exoszómák keveréke, amelyek felelősek a biológiai információk (RNS, enzimek, reaktív oxigénfajok stb.) Továbbításáért a sejt és a sejt között. Mindkét vezikula eredete eltérő.

Az ektozomák olyan vezikulumok, amelyeket a plazmamembránból történő csírázás útján állítanak elő, majd elválasztják és felszabadítják az extracelluláris térbe.

Először a membránfehérjék diszkrét doménekbe csoportosulása történik. Ezután a protein lipid horgonyok felhalmozódnak a citoszol fehérjékre és az RNS-re a lumenben, ezáltal megnövelve a rügyet.

Az exoszómák olyan vezikulák, amelyek multivesikuláris testből (MVB) képződnek, és exocitózis útján szabadulnak fel az extracelluláris térbe. Az MVB-k késői endoszómák, amelyekben vannak intraluminalis vezikulák (ILV-k). Az MVB-k fuzionálódhatnak a lizoszómákhoz és folytathatják a lebomlási utat, vagy exocitózis útján szabadíthatják fel az ILVS-t exoszómák formájában.

Az EV-k különböző módon kölcsönhatásba lépnek a célsejttel: 1) az EV membrán eltűnése és az abban lévő aktív faktorok felszabadulása; 2) Az EV-k kapcsolatba lépnek a célsejt felületével, amelyben összeolvadnak, felszabadítva tartalmuk a citoszolban; és 3) az EV-kat teljes egészében a makrofinocitózis és a fagocitózis rögzíti.

fontosság

Az intercelluláris kommunikáció sokféle funkciója egyedül jelzi annak fontosságát. Néhány példa szemlélteti a különféle cellás kommunikáció fontosságát.

- A kvórumérzékelés fontossága. A QS különféle folyamatokat, például virulenciát egy fajon belül, vagy különféle fajok vagy nemzetségek mikroorganizmusait szabályozza. Például az egyik Staphylococcus aureus törzs kvórumérzékelő szignálmolekulát alkalmaz a fertőzéshez, és gátolja az S. aureus más törzseinek ezt.

- A kémiai kommunikáció fontossága. A kémiai jelölés szükséges a többsejtű organizmusok fennmaradásához és reprodukciós sikeréhez.

Például a programozott sejthalál, amely szabályozza a többsejtű fejlődést, eltávolítja a teljes struktúrákat és lehetővé teszi a specifikus szövetek fejlődését. Mindezt a trofikus tényezők közvetítik.

- Az EV-ek fontossága. Fontos szerepet játszanak cukorbetegség, gyulladás, valamint neurodegeneratív és szív- és érrendszeri betegségek esetén. A normál és a rákos sejtek EV-je nagyban különbözik. Az EV-k olyan faktorokat hordozhatnak, amelyek elősegítik vagy elnyomják a rák fenotípusát a célsejtekben.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. A sejt molekuláris biológiája. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Small Talk: Sejt-sejt kommunikáció a baktériumokban. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. és Meldolesi, J. 2015. Ektozomák és exoszómák: az extracelluláris vezikulumok közötti összetévesztés megszüntetése. Tendenciák a sejtbiológiában, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH és Jessell, T., 2000. A neurális tudomány elvei. McGraw-Hill USA.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celluláris és molekuláris biológia. Szerkesztői Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexikó, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Kémiai kommunikáció proteobaktériumokban: az intercelluláris jelzéshez szükséges szintetázisok és receptorok biokémiai és szerkezeti vizsgálata. Molecular Microbiology, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. A kommunikáció a kulcs. Cellakommunikáció és jelzés. Szerkesztés, 1-4.