Signaltransduktion (signaltransduktion, transduktion, signalering , signalering, eng. signaltransduction ) - i molekylärbiologi hänvisar termen "Signalöverföring" till varje process genom vilken en cell omvandlar en typ av signal eller stimulans till en annan.
Förekomsten av komplexa flercelliga organismer är möjlig på grund av samordningen av biokemiska processer som förekommer i deras celler. Grunden för sådan koordinering är intercellulär kommunikation och signalöverföring inom individuella celler. Tillsammans gör detta det möjligt för en cell att kontrollera de andras beteende.
I de flesta fall är signaltransduktion inom en cell en kedja av sekventiella biokemiska reaktioner som utförs av enzymer , av vilka några aktiveras av andra budbärare . Sådana processer är vanligtvis snabba: deras varaktighet är i storleksordningen millisekunder i fallet med jonkanaler och minuter i fallet med aktivering av proteinkinaser och lipidmedierade kinaser . Men i vissa fall kan det ta timmar eller till och med dagar (när det gäller genuttryck ) från att man får en signal till att man svarar på den . Signaltransduktionsvägar, eller signalvägar , är ofta organiserade som signalkaskader ( eng. signal caskad ): antalet proteinmolekyler och andra ämnen som är involverade i signalöverföring ökar vid varje efterföljande steg när det rör sig bort från den ursprungliga stimulansen. Sålunda kan även en relativt svag stimulans producera en signifikant respons. Detta fenomen kallas signalförstärkning . Den ursprungliga termen en:Signal transduction dök upp först i refererade tidskrifter 1974 och dök upp i titeln på en artikel 1979.
Störningar i signalsystemet kan leda till utveckling av cancer , autoimmuna sjukdomar och diabetes . Att förstå mekanismerna för signalöverföring inom cellen kan leda till utvecklingen av behandlingar för dessa sjukdomar och till och med skapandet av konstgjorda vävnader [1] .
Primära mediatorer är kemiska föreningar eller fysikaliska faktorer ( ett kvantum av ljus, ljud, yttre temperatur, mekanisk påverkan - tryck, vibrationer, skjuvning och andra) som kan aktivera signalöverföringsmekanismen i cellen. I förhållande till den mottagande cellen är primära budbärare extracellulära signaler. Det bör noteras att molekyler som finns i överflöd inuti cellen, men som normalt finns i mycket låga koncentrationer i det intercellulära utrymmet (till exempel ATP eller glutamat [2] [3] ) kan också fungera som extracellulära stimuli. Beroende på funktionerna kan primära mellanhänder delas in i flera grupper:
Cellens mottagande av en signal från de primära budbärarna tillhandahålls av speciella receptorproteiner , för vilka de primära budbärarna är ligander . För att säkerställa receptorfunktionen måste proteinmolekyler uppfylla ett antal krav:
Cellulära receptorer är indelade i följande klasser:
Membranreceptorer känner igen stora (t.ex. insulin) eller hydrofila (t.ex. adrenalin) signalmolekyler som inte kan komma in i cellen på egen hand. Små hydrofoba signalmolekyler (till exempel trijodtyronin , steroidhormoner , CO, NO) kan komma in i cellen genom diffusion . Receptorerna för sådana hormoner är vanligtvis lösliga cytoplasmatiska eller nukleära proteiner. Efter bindning av liganden till receptorn överförs information om denna händelse vidare längs kedjan och leder till bildandet av ett primärt och sekundärt cellulärt svar [2] .
Om en extern signalmolekyl verkar på cellmembranets receptorer och aktiverar dem, överför den senare den mottagna informationen till systemet med proteinkomponenter i membranet, kallad signaltransduktionskaskaden . Membranproteiner i signaltransduktionskaskaden är indelade i:
Det är så G-proteinkopplade receptorer fungerar . Andra receptorer (jonkanaler, receptorer med proteinkinasaktivitet ) fungerar själva som multiplikatorer.
Andra budbärare är ämnen med låg molekylvikt som bildas eller frigörs som ett resultat av den enzymatiska aktiviteten hos en av komponenterna i signalöverföringskedjan och bidrar till dess vidare överföring och förstärkning [2] . Sekundära budbärare kännetecknas av följande egenskaper: de har en liten molekylvikt och diffunderar med hög hastighet i cytoplasman ; klyvs snabbt och avlägsnas snabbt från cytoplasman. Sekundära mellanhänder inkluderar:
Ibland bildas även tertiära budbärare i cellen . Ca 2+ -joner fungerar alltså vanligtvis som en andra budbärare, men under signalöverföring med hjälp av inositoltrifosfat (andra budbärare) fungerar Ca 2+ -joner som frigörs med dess deltagande från EPR som en tertiär mediator.
Signalöverföringen antar ungefär följande schema:
Ibland leder aktivering av en receptor genom en extern stimulans omedelbart till ett cellsvar. Till exempel, när signalsubstansen GABA aktiverar sin receptor, som är en del av en jonkanal på ytan av en neuron, börjar kanalen att passera kloridjoner, vilket leder till en förändring av membranpotentialen i hela cellen. I andra fall initierar receptoraktivering endast en kedja av händelser som överför en regulatorisk stimulans inuti cellen genom en mer eller mindre lång kedja av mediatorer. En sådan kedja kallas signalväg .
Signalvägen Notch är relativt kort. Aktivering av denna receptor tillåter proteaset att klyva det, en del av proteinet kan sedan komma in i cellkärnan och fungera som en transkriptionsregulator . Som ett resultat börjar cellen syntetisera andra proteiner och ändrar sitt beteende. En mer komplex signalväg initieras av tillväxtfaktorer. Några av deras receptorer är kinaser och, vid aktivering, fosforylerar sig själva och andra proteiner, vilket förändrar förmågan för protein-till-protein-interaktion. Till exempel aktiverar epidermal tillväxtfaktor, genom att binda till dess receptor , dess autokatalytiska fosforylering. Den fosforylerade receptorn kan binda GRB2-adapterproteinet, som sänder en signal till nästa budbärare. Detta kan ytterligare leda till aktivering av Ras-MAPK/ERK -signalvägen . I den kan MAPK/ERK-kinas (mitogenaktiverat proteinkinas) ytterligare aktivera C-myc- transkriptionsfaktorn och förändra funktionen hos ett antal gener som påverkar cellcykeln.