CELLEKOMMUNIKASJON: TYPER, VIKTIGHET, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

Den cellulære kommunikasjonen , også kalt intercellulær kommunikasjon, er overføring av ekstracellulære signalmolekyler. Disse molekylene starter fra en signalgenererende celle og binder seg til reseptorer på målcellen, og gir en spesifikk respons.

Signalmolekylet kan være et lite molekyl (eksempel: en aminosyre), et peptid eller et protein. Derfor er kommunikasjon, som er kjemisk, et kjennetegn ved encellede og flercellede organismer.

Kilde: pixabay.com

Hos bakterier er signalmolekylene bakterielle feromoner. Disse er nødvendige for funksjoner som horisontal genoverføring, bioluminescens, dannelse av biofilm og produksjon av antibiotika og patogene faktorer.

I flercellede organismer kan cellulær kommunikasjon finne sted mellom celler som ligger ved siden av, eller mellom celler som er separate. I sistnevnte tilfelle må signalmolekylene diffundere og reise lange avstander. Blant signalenees funksjoner er endringer i genuttrykk, morfologi og cellebevegelse.

Cellekommunikasjon kan også utføres av ekstracellulære vesikler (EV), kalt ektosomer og eksosomer. Noen funksjoner ved EV er: modulering av lymfocytter og makrofager; kontroll av synaptisk funksjon; i blodkar og hjerte, koagulasjon og angiogenese; og RNA-utveksling.

Typer (systemer / mekanismer)

Hos bakterier er det en type cellulær kommunikasjon kalt quorum sensing, som består av atferd som bare oppstår når tettheten av bakteriepopulasjonen er høy. Kvorumsensing involverer produksjon, frigjøring og påfølgende deteksjon av høye konsentrasjoner av signalmolekyler, kalt autoinducere.

I encellulære eukaryoter, som T. brucei, er det også quorum-sensing. Hos gjær oppstår seksuell atferd og celledifferensiering som respons på feromonkommunikasjon og miljøendringer.

Hos planter og dyr er bruk av ekstracellulære signalmolekyler, for eksempel hormoner, nevrotransmittere, vekstfaktorer eller gasser, en viktig type kommunikasjon som involverer syntese av signalmolekylet, dets frigjøring, transport til målcellen, deteksjon signal og spesifikk respons.

I forhold til transport av signalmolekylet i dyr bestemmer molekylets handlingsavstand to typer signaler: 1) autokrin og paracrin, som virker henholdsvis på samme celle og på nærliggende celler; og 2) endokrine, som virker på en fjern målcelle, som blir transportert av blodomløpet.

Cellulær kommunikasjon med ekstracellulære vesikler er en viktig type cellulær kommunikasjon i eukaryote organismer og Archaea.

Når den encellede eukaryotiske eller bakterielle befolkningen vokser, når den et tilstrekkelig antall celler, eller quorum, som produserer konsentrasjonen av inducer som er i stand til å produsere en effekt i cellene. Dette utgjør en folketelling-tar mekanisme.

Tre typer quorum sensing systemer er kjent i bakterier: en er gram-negativ; en annen i gram-positiv; og en annen på den gramnegative Vibrio harveyi.

Hos gramnegative bakterier er autoinduceren acylert homoserinlakton. Dette stoffet syntetiseres av enzymet LuxI-typen og diffunderer passivt gjennom membranen og akkumuleres i det ekstracellulære og det intracellulære rommet. Når den stimulerende konsentrasjonen er nådd, blir transkripsjonen av gener regulert av QS aktivert.

Hos gramnegative bakterier er autoinducerene modifiserte peptider, som eksporteres til det ekstracellulære rommet, hvor de interagerer sammen med membranproteiner. En fosforyleringskaskade oppstår som aktiverer proteiner, som binder seg til DNA og kontrollerer transkripsjonen av målgenene.

Vibrio harveyi produserer to autoinducere, betegnet HAI-1 og A1-2. HAI-1 er acylert laktonhomoserin, men syntesen av den er ikke avhengig av LuxI. A1-2 er furanosylboratdiester. Begge stoffene virker gjennom en fosforyleringskaskade som ligner den for andre gramnegative bakterier. Denne typen QS kontrollerer bioluminescens.

Kjemisk kommunikasjon

Spesifikk binding av signalmolekylet, eller ligand, til reseptorproteinet gir en spesifikk cellulær respons. Hver type celle har visse typer reseptorer. Selv om en viss type reseptor også finnes i forskjellige typer celler, og gir forskjellige responser på den samme liganden.

Naturen til signalmolekylet bestemmer banen som skal brukes til å komme inn i cellen. For eksempel diffunderer hydrofobe hormoner, så som steroider, gjennom lipid-dobbeltlaget og binder seg til reseptorer for å danne komplekser som regulerer ekspresjonen av spesifikke gener.

Gasser som nitrogenoksid og karbonmonoksid diffunderer gjennom membranen og aktiverer generelt syklisk GMP-produserende guanylyl cyclase. De fleste signalmolekylene er hydrofile.

Reseptorene blir funnet på celleoverflaten. Reseptorene fungerer som signaloversettere som endrer målcellens oppførsel.

Celleoverflatreseptorer er delt inn i: a) G-proteinkoblede reseptorer; b) reseptorer med enzymaktivitet, så som tyrosinkinase; og c) ionekanalsreseptorer.

Kjennetegn på G-proteinkoblede reseptorer

G-proteinkoblede reseptorer finnes i alle eukaryoter. Generelt er de reseptorer med syv domener som krysser membranen, med den N-terminale regionen mot utsiden av cellen og C-terminalen mot innsiden av cellen. Disse reseptorene forbinder med et G-protein som oversetter signalene.

Når liganden binder seg til reseptoren, aktiveres G-proteinet. Dette aktiverer igjen et effektorenzym som produserer en andre intracellulær messenger, som kan være syklisk adenosinmonofosfat (cAMP), arachidonsyre, diacylglycerol eller inositol-3-fosfat, som fungerer som en signalforsterker. første.

Protein G har tre underenheter: alfa, beta og gamma. Aktivering av G-proteinet involverer dissosjonering av BNP fra G-proteinet og bindingen av GTP til alfa-underenheten. I G _alfa- GTP- komplekset dissosierer de fra beta- og gamma-underenhetene, og interagerer spesifikt med effektorproteiner og aktiverer dem.

CAMP-banen kan aktiveres av beta-adrenerge reseptorer. CAMP produseres av adenylyl cyclase. Fosfoinositolveien aktiveres av muskarinacetylkolinreseptorer. De aktiverer fosfolipase C. Arachidonsyreveien aktiveres av histaminreseptoren. Aktiverer fosfolipase A2.

KAMP-trasé

Binding av liganden til reseptoren, den stimulerende protein G ( _s ), er bundet til GDP, bevirker utveksling av BNP for GTP, og dissosiasjonen av alfa-underenheten G _s fra beta- og gammaunderenhetene. G- _alfa- GTP- komplekset assosierer med et domene av adenylcyklase, aktiverer enzymet og produserer cAMP fra ATP.

CAMP binder seg til de regulatoriske underenhetene til den cAMP-avhengige proteinkinasen. Slipper katalytiske underenheter, som fosforylerer proteiner som regulerer cellulære responser. Denne banen er regulert av to typer enzymer, nemlig fosfodiesteraser og proteinfosfataser.

Fosfoinositolvei

Binding av liganden til reseptoren aktiverer G-proteinet (G _q ), som aktiverer fosfolipase C (PLC). Dette enzymet bryter fosfatidylinositol 1,4,5-bisfosfat (PIP ₂ ) til to andre budbringere, inositol 1,4,5-trifosfat (IP ₃ ) og diacylglycerol (DAG).

IP ₃ diffunderer i cytoplasma og binder seg til reseptorer i endoplasmatisk retikulum, noe som forårsaker frigjøring av Ca ⁺² innenfra. DAG forblir i membranen og aktiverer proteinkinase C (PKC). Noen isoformer av PKC krever Ca ⁺² .

Arachidonsyrevei

Binding av ligand til reseptoren fører til at beta- og gammaunderenhetene i G-proteinet for å aktivere fosfolipase A ₂ (PLA ₂ ). Dette enzymet hydrolyserer fosfatidylinositol (PI) i plasmamembranen, og frigjør arakidonsyre, som metaboliseres ved forskjellige veier, for eksempel 5 og 12-lipoksygenase og cyklooksygenase.

Kjennetegn på reseptortyrosinkinase

Reseptortyrosinkinase (RTK) har ekstracellulære regulatoriske domener og intracellulære katalytiske domener. I motsetning til den G-proteinkoblede reseptoren, krysser polypeptidkjeden av reseptortyrosinkinase bare plasma-membranen.

Bindingen av liganden, som er et hormon eller en vekstfaktor, til det regulatoriske domenet får de to reseptorenhetene til å assosiere. Dette muliggjør autofosforylering av reseptoren på en tyrosinrest og aktivering av proteinfosforyleringskaskader.

De fosforylerte tyrosinrestene i reseptor tyrosinkinase (RTK) samvirker med adapterproteiner, som forbinder den aktiverte reseptoren med komponenter i signaltransduksjonsveien. Adapterproteiner tjener til å danne multiprotein-signalkomplekser.

RTK binder seg til forskjellige peptider, for eksempel: epidermal vekstfaktor; fibroblastvekstfaktorer; hjernevekstfaktorer; nervevekstfaktor; og insulin.

Generelle kjennetegn på mottakerne

Aktivering av overflatereseptorer gir endringer i proteinfosforylering ved å aktivere to typer proteinkinaser: tyrosinkinase og serin- og treoninkinaser.

Serin- og treoninkinaser er: cAMP-avhengig proteinkinase; cGMP-avhengig proteinkinase; proteinkinase C; og det Ca ⁺² / Calmodulin- avhengige proteinet . I disse proteinkinaser, med unntak av den cAMP-avhengige kinase, finnes det katalytiske og regulatoriske domene på den samme polypeptidkjeden.

Den andre messenger binder seg til disse serin- og treoninkinaser og aktiverer dem.

Kjennetegn på reseptorer som er ionekanaler

Ionkanalreseptorer har følgende egenskaper: a) de leder ioner; b) gjenkjenne og velge spesifikke ioner; c) åpne og stenge som svar på kjemiske, elektriske eller mekaniske signaler.

Ionkanalreseptorer kan være en monomer, eller de kan være heteroligomerer eller homoligomerer, hvis regioner i polypeptidkjeden krysser plasmamembranen. Det er tre familier av ionekanaler: a) ligandportkanaler; b) gapskryss-kanaler; og c) Na ⁺ -avhengige spenningskanaler .

Noen eksempler på ionekanalsreseptorer er de neuromuskulære forbindelsespesyler-acetylkolinreseptorene og de ionotropiske glutamatreseptorene, NMDA og ikke-NMDA, i sentralnervesystemet.

Kommunikasjon via ekstracellulære vesikler

Ekstracellulære vesikler (EV) er en blanding av ektosomer og eksosomer, som er ansvarlige for å overføre biologisk informasjon (RNA, enzymer, reaktive oksygenarter osv.) Mellom celle og celle. Opprinnelsen til begge vesiklene er forskjellig.

Ektosomer er vesikler produsert ved spiring fra plasmamembranen, etterfulgt av deres separasjon og frigjøring i det ekstracellulære rommet.

Først skjer gruppering av membranproteiner til diskrete domener. Da akkumulerer proteinlipidforankringene cytosoliske proteiner og RNA i lumen, og vokser derved knoppen.

Eksosomer er vesikler som dannes fra multivesikulære legemer (MVB) og frigjøres ved eksocytose i det ekstracellulære rommet. MVB er sene endosomer, der det er intraluminale vesikler (ILV). MVBer kan smelte sammen til lysosomer og fortsette den nedbrytende banen, eller frigjøre ILVS som eksosomer gjennom eksocytose.

EVs samhandler med målcellen på forskjellige måter: 1) forsvinn av EV-membranen og frigjøring av de aktive faktorene i den; 2) EVs oppretter kontakt med overflaten av målcellen, som de smelter sammen, og frigjør innholdet i cytosolen; og 3) EVs fanges ut fullstendig av makropinocytose og fagocytose.

Betydning

Det store utvalget av funksjoner for intercellulær kommunikasjon alene indikerer dets betydning. Noen eksempler illustrerer viktigheten av forskjellige typer mobilkommunikasjon.

- Betydningen av quorum sensing. QS regulerer forskjellige prosesser som virulens i en art, eller mikroorganismer av forskjellige arter eller slekt. For eksempel bruker en stamme av Staphylococcus aureus et signalmolekyl i quorum sensing for å infisere verten, og hemmer andre stammer av S. aureus fra å gjøre det.

- Viktigheten av kjemisk kommunikasjon. Kjemisk markering er nødvendig for overlevelse og reproduksjonssuksess for flercellede organismer.

For eksempel fjerner programmert celledød, som regulerer flercellet utvikling, hele strukturer og tillater utvikling av spesifikke vev. Alt dette er formidlet av trofiske faktorer.

- Betydningen av EV-er. De spiller en viktig rolle i diabetes, betennelse og nevrodegenerative og hjerte-kar-sykdommer. EV-ene for normale celler og kreftceller er veldig forskjellige. EVs kan bære faktorer som fremmer eller undertrykker kreftfenotypen i målceller.

referanser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Cellens molekylærbiologi. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Small Talk: Cell-to-Cell-kommunikasjon i bakterier. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. og Meldolesi, J. 2015. Ektosomer og eksosomer: kaster forvirringen mellom ekstracellulære vesikler. Trender i cellebiologi, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH, og Jessell, T., 2000. Principles of Neural Science. McGraw-Hill USA.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaksjonell Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sao Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Kjemisk kommunikasjon i proteobakterier: biokjemiske og strukturelle studier av signalsyntaser og reseptorer som kreves for intercellulær signalering. Molecular Microbiology, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Kommunikasjon er nøkkelen. Cellekommunikasjon og signalering. Redaksjonell, 1-4.