Передача сигналу клітці: загальні відомості.

Життя клітки залежить від зовнішніх регуляторних сигналів (сигнали клітинні), якими можуть бути фізичні впливи (температура, електромагнітне випромінювання) або хімічні сполуки [Evans ea 1998]. Добре вивченими речовинами, які організм використовує для регуляції життєдіяльності клітин, є, наприклад, стероїдні гормони, цитокіни або фактори росту, які, досягаючи клітин-мішеней, викликають метаболічні зміни, пов’язані зі зміною експресії груп генів. Не менш сильний і специфічний відповідь викликають фізіологічно активні речовини екзогенного походження, наприклад, феромони або токсини. Аби адекватно реагувати на сигнали з навколишнього середовища, в тому числі від інших клітин організму, клітина повинна їх сприймати і змінювати свою поведінку відповідно до отримуваних через ці сигнали інструкціями.

У зв’язку з отриманням сигналу клітина повинна вирішити декілька завдань:

Відрізнити сигнал від безлічі інших

Доставити його за призначенням

Адекватно відреагувати на отримання сигналу

Вимкнути системи реагування відразу, як тільки сигнал зникає з навколишнього середовища клітини.

Завдання доставки сигналу за призначенням пов’язана зі складністю. Вступник сигнал слабкий і клітина повинна його посилити, щоб він зміг бути сприйнятий всередині клітини внутрішньоклітинними приймачами. Цю проблему клітка вирішує тим, що використовує так звані каскадні механізми посилення сигналу.

Сигнали, що передаються через сигнальні молекули, є первинними по відношенню до каскадам біохімічних реакцій, запускається в клітинах у відповідь на їх вплив. Передача сигналу це послідовність реакцій, які включають взаємодію позаклітинних лігандів (сигнали клітинні) з рецепторами на поверхні клітини з наступною активацією рецептора, що полягає у зміні стану його внутрішньоклітинного домену. Активація рецептора викликає каскад подій в клітці, в результаті яких клітина адекватно реагує на зовнішній сигнал.

Первинні сигнали розпізнаються клітинами завдяки наявності у них спеціальних молекул-рецепторів білкової природи, що взаємодіють з первинними сигнальними молекулами або з фізичними факторами. Первинний сигнал, як правило, не діє прямо на ті метаболічні процеси в клітині, для регуляції яких він призначений. Сприймаючий його рецептор ініціює утворення в клітці проміжних хімічних сполук, що запускають внутрішньоклітинні процеси, вплив на які було метою первинного позаклітинного сигналу. Такі проміжні сполуки несуть в собі інформацію про первинному регуляторному сигналі і є вторинними його переносниками, тому вони отримали назву вторинних месенджерів. Ними можуть бути різні іони, циклічні нуклеотиди, продукти деградації ліпідів і цілий ряд інших хімічних сполук біогенного походження.

Вторинні месенджери дозволяють посилювати первинний регуляторний сигнал від позаклітинних регуляторних молекул. Групи клітин і тканин набувають здатність до однотипної та одночасної реакції на первинний регуляторний сигнал, наприклад, на дію гормону ендокринної системи. Це забезпечує можливість швидкої адаптації багатоклітинного організму до мінливих умов внутрішнього і навколишнього середовища.

Вивчення механізмів передачі та посилення сигналів є одним з основних завдань біології клітини. Їх знання необхідно для розуміння механізмів формування функціонального відповіді клітин в нормі, його регуляції та корекції при патологічних станах. В даний час відомо близько 50 білків-лігандів і 14 сімейств рецепторів.

Існує кілька більш-менш стандартних способів передачі сигналу від клітинної поверхні всередину клітини, хоча ця проблема ще далека від окнчательного розуміння і постійно з’являються нові варіанти сигналізації. Наприклад класичний узагальнений шлях передачі сигналу полягає в цепоче взаємодій-сигнальна молекула – рецептор на поверхні клітини-внутрішньоклітинний підсилювальний механізм-включення певних специфічних для даного сигналу генів. Рис 3 дає спрощену схему двох можливих шляхів багатостадійного процесу предачі сигналу, яка починається зі взаємодії деякого зовнішнього фактора з рецептором на поверхні клітини. Таким зовнішнім фактором може бути який небудь гормон або який-небудь фактор росту, зокрема, цитокін.

Але ось з’являється така наприклад інформація: [E. Strauss, 1998]. Принаймні один класичний сигнал, WNT (wingless) білок, може керувати розвитком без включення і виключення генів. На критичній стадії розвитку WNT спонукає ранню клітку асиметрично ділитися на дві дочірні клітини, що дають різні набори тканин. Можливо WNT діє на цитоскелет, минаючи модуляцію роботи генів. Цей результат встановлює новий modus operandi в уявленнях про сигнальних шляхах в біології розвитку. До цього WNT вважався класичної сигнальної молекулою, передавальної сигнал в ядро. Це відкриття зроблене на черв’яку C.elegans.

Comments are closed.