Signaltransduktion (signaltransduktion, transduktion, signalering , signalering, eng. signaltransduktion ) - i molekylærbiologi henviser udtrykket "Signaltransmission" til enhver proces, hvorved en celle konverterer en type signal eller stimulus til en anden.
Eksistensen af komplekse multicellulære organismer er mulig på grund af koordineringen af biokemiske processer, der forekommer i deres celler. Grundlaget for en sådan koordinering er intercellulær kommunikation og signaltransmission inden for individuelle celler. Tilsammen gør dette en celle i stand til at kontrollere de andres adfærd.
I de fleste tilfælde er signaltransduktion i en celle en kæde af sekventielle biokemiske reaktioner udført af enzymer , hvoraf nogle aktiveres af sekundære budbringere . Sådanne processer er normalt hurtige: deres varighed er i størrelsesordenen millisekunder i tilfælde af ionkanaler og minutter i tilfælde af aktivering af proteinkinaser og lipid-medierede kinaser . Men i nogle tilfælde kan det tage timer eller endda dage (i tilfælde af genekspression ) fra at modtage et signal til at reagere på det . Signaltransduktionsveje, eller signalveje , er ofte organiseret som signalkaskader ( eng. signal cascade ): antallet af proteinmolekyler og andre stoffer, der er involveret i signaltransmission, stiger på hvert efterfølgende trin, når det bevæger sig væk fra den oprindelige stimulus. Således kan selv en relativt svag stimulus producere en signifikant respons. Dette fænomen kaldes signalforstærkning . Det originale udtryk en:Signaltransduktion dukkede første gang op i refererede tidsskrifter i 1974 og optrådte i titlen på en artikel i 1979.
Forstyrrelser i signalsystemet kan føre til udvikling af kræft , autoimmune sygdomme og diabetes . Forståelse af mekanismerne for signaltransmission i cellen kan føre til udviklingen af behandlinger for disse sygdomme og endda skabelsen af kunstigt væv [1] .
Primære mediatorer er kemiske forbindelser eller fysiske faktorer ( et kvantum af lys, lyd, ydre temperatur, mekaniske påvirkninger - tryk, vibrationer, forskydning og andre), der kan aktivere signaltransmissionsmekanismen i cellen. I forhold til den modtagende celle er primære budbringere ekstracellulære signaler. Det skal bemærkes, at molekyler, der er til stede i overflod inde i cellen, men som normalt er til stede i meget lave koncentrationer i det intercellulære rum (f.eks. ATP eller glutamat [2] [3] ) også kan fungere som ekstracellulære stimuli. Afhængigt af funktionerne kan primære formidlere opdeles i flere grupper:
Cellens modtagelse af et signal fra de primære budbringere leveres af specielle receptorproteiner , for hvilke de primære budbringere er ligander . For at sikre receptorfunktionen skal proteinmolekyler opfylde en række krav:
Cellulære receptorer er opdelt i følgende klasser:
Membranreceptorer genkender store (f.eks. insulin) eller hydrofile (f.eks. adrenalin) signalmolekyler, som ikke kan trænge ind i cellen alene. Små hydrofobe signalmolekyler (for eksempel triiodothyronin , steroidhormoner , CO, NO) er i stand til at trænge ind i cellen ved diffusion . Receptorerne for sådanne hormoner er sædvanligvis opløselige cytoplasmatiske eller nukleare proteiner. Efter binding af liganden til receptoren transmitteres information om denne hændelse videre langs kæden og fører til dannelsen af en primær og sekundær cellulær respons [2] .
Hvis et eksternt signalmolekyle virker på cellemembranens receptorer og aktiverer dem, sender sidstnævnte den modtagne information til systemet af proteinkomponenter i membranen, kaldet signaltransduktionskaskaden . Membranproteiner i signaltransduktionskaskaden er opdelt i:
Sådan virker G-proteinkoblede receptorer . Andre receptorer (ionkanaler, receptorer med proteinkinaseaktivitet ) tjener selv som multiplikatorer.
Second messengers er stoffer med lav molekylvægt, der dannes eller frigives som et resultat af den enzymatiske aktivitet af en af komponenterne i signaltransmissionskæden og bidrager til dens videre transmission og amplifikation [2] . Sekundære budbringere er karakteriseret ved følgende egenskaber: de har en lille molekylvægt og diffunderer med høj hastighed i cytoplasmaet ; spaltes hurtigt og fjernes hurtigt fra cytoplasmaet. Sekundære formidlere omfatter:
Nogle gange dannes der også tertiære budbringere i cellen . Ca 2+ ioner fungerer således normalt som en anden budbringer, men under signaltransmission ved hjælp af inositoltriphosphat (second messenger) tjener Ca 2+ ioner frigivet med dets deltagelse fra EPR som en tertiær mediator.
Signaltransmission antager omtrent følgende skema:
Nogle gange fører aktivering af en receptor ved en ekstern stimulus umiddelbart til en cellerespons. For eksempel, når neurotransmitteren GABA aktiverer sin receptor, som er en del af en ionkanal på overfladen af en neuron, begynder kanalen at passere chloridioner, hvilket fører til en ændring i membranpotentialet i hele cellen. I andre tilfælde initierer receptoraktivering kun en kæde af begivenheder, der transmitterer en regulatorisk stimulus inde i cellen gennem en mere eller mindre lang kæde af mediatorer. Sådan en kæde kaldes en signalvej .
Notch signalvejen er relativt kort. Aktivering af denne receptor gør det muligt for proteasen at spalte den, noget af proteinet kan derefter trænge ind i cellekernen og fungere som en transkriptionel regulator . Som et resultat begynder cellen at syntetisere andre proteiner og ændrer sin adfærd. En mere kompleks signalvej initieres af vækstfaktorer. Nogle af deres receptorer er kinaser , og efter aktivering phosphorylerer de sig selv og andre proteiner og ændrer derved evnen til protein-til-protein-interaktion. For eksempel aktiverer epidermal vækstfaktor ved binding til dens receptor dens autokatalytiske phosphorylering. Den phosphorylerede receptor kan binde GRB2-adapterproteinet, som sender et signal til den næste messenger. Dette kan yderligere føre til aktivering af Ras-MAPK/ERK -signalvejen . I den kan MAPK/ERK-kinase (mitogen-aktiveret proteinkinase) yderligere aktivere C-myc- transkriptionsfaktoren og ændre funktionen af en række gener, der påvirker cellecyklussen.