LĄSTELIŲ KOMUNIKACIJA: TIPAI, SVARBA, PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Korinio ryšio , taip pat vadinamas tarpląstelinės komunikacijos, yra neląstelinių signalinių molekulių perdavimo. Šios molekulės prasideda nuo signalą sukuriančios ląstelės ir jungiasi prie tikslinės ląstelės receptorių, sukeldamos specifinį atsaką.

Signalinė molekulė gali būti maža molekulė (pavyzdys: aminorūgštis), peptidas arba baltymas. Todėl ryšys, kuris yra cheminis, yra būdingas vienaląsčiams ir daugialąsčiams organizmams.

Šaltinis: pixabay.com

Bakterijose signalinės molekulės yra bakterijų feromonai. Tai yra būtina atliekant tokias funkcijas kaip horizontalus genų pernešimas, bioliuminescencija, biofilmų formavimas, antibiotikų ir patogeninių veiksnių gamyba.

Daugialąsteliniuose organizmuose ląstelinis ryšys gali vykti tarp gretimų ląstelių arba tarp atskirų ląstelių. Pastaruoju atveju signalinės molekulės turi išsisklaidyti ir nuvažiuoti didelius atstumus. Tarp signalų funkcijų yra genų ekspresijos pokyčiai, morfologija ir ląstelių judėjimas.

Ląstelių ryšį taip pat gali vykdyti tarpląstelinės pūslelės (EV), vadinamos ektosomomis ir egzosomomis. Kai kurios EV funkcijos yra: limfocitų ir makrofagų moduliavimas; sinapsinės funkcijos valdymas; kraujagyslėse ir širdyje, krešėjimas ir angiogenezė; ir RNR mainai.

Tipai (sistemos / mechanizmai)

Bakterijose yra ląstelių ryšio tipas, vadinamas kvorumo jutimu, kurį sudaro elgesys, kuris atsiranda tik tada, kai bakterijų populiacija yra didelė. Kvorumo nustatymas apima didelių, signalinių molekulių, vadinamų autoinduktoriais, koncentracijų gamybą, išleidimą ir vėlesnį aptikimą.

Vienaląsčiuose eukariotuose, tokiuose kaip T. brucei, taip pat yra kvorumo jutimas. Mielėse seksualinis elgesys ir ląstelių diferenciacija atsiranda reaguojant į feromonų ryšį ir aplinkos pokyčius.

Augaluose ir gyvūnuose tarpląstelinių signalinių molekulių, tokių kaip hormonai, neurotransmiteriai, augimo faktoriai ar dujos, naudojimas yra svarbi komunikacijos rūšis, apimanti signalo molekulės sintezę, jos išsiskyrimą, pernešimą į tikslinę ląstelę, aptikimą. signalas ir specifinis atsakas.

Atsižvelgiant į signalinės molekulės gabenimą gyvūnais, molekulės veikimo atstumas lemia dviejų tipų signalus: 1) autokrininį ir parakrintinį, kurie atitinkamai veikia tą pačią ląstelę ir šalia esančias ląsteles; ir 2) endokrininė sistema, veikianti tolimą tikslinę ląstelę, pernešama per kraują.

Ląstelių ryšys tarpląstelinėmis pūslelėmis yra svarbi ląstelių komunikacijos rūšis eukariotiniuose organizmuose ir Archaea.

Augant vienaląsčiai eukariotų ar bakterijų populiacija, ji pasiekia pakankamą ląstelių skaičių arba kvorumą, kad susidarytų induktoriaus, galinčio sukelti efektą ląstelėse, koncentracija. Tai yra surašymo mechanizmas.

Bakterijose žinomi trys kvorumo jutimo sistemų tipai: viena yra gramneigiama; kitas - gramteigiamas; ir dar ant gramneigiamo Vibrio harveyi.

Gramneigiamų bakterijų metu autoinduktorius yra acilintas homoserino laktonas. Ši medžiaga yra sintetinta „LuxI“ tipo fermento ir pasyviai difunduoja per membraną, kaupdamasi tarpląstelinėje ir tarpląstelinėje erdvėje. Kai pasiekiama stimuliuojanti koncentracija, suaktyvėja QS reguliuojamų genų transkripcija.

Gramneigiamų bakterijų metu autoinduktoriai yra modifikuoti peptidai, kurie eksportuojami į tarpląstelinę erdvę, kur jie sąveikauja su membranos baltymais. Įvyksta fosforilinimo kaskados, kurios aktyvina baltymus, kurie jungiasi prie DNR ir kontroliuoja taikinių genų transkripciją.

„Vibrio harveyi“ gamina du autoinduktorius, pažymėtus HAI-1 ir A1-2. HAI-1 yra acilintas laktono homoserinas, tačiau jo sintezė nepriklauso nuo LuxI. A1-2 yra furanosilborato diesteris. Abi medžiagos veikia fosforilinimo kaskadą, panašų į kitų gramneigiamų bakterijų. Šis QS tipas kontroliuoja bioliuminescenciją.

Cheminis ryšys

Specifinis signalo molekulės arba ligando prisijungimas prie baltymo receptoriaus sukelia specifinį ląstelės atsaką. Kiekvienas ląstelių tipas turi tam tikrus receptorių tipus. Nors tam tikro tipo receptorius taip pat galima rasti skirtingų tipų ląstelėse ir jie gali skirtingai reaguoti į tą patį ligandą.

Signalinės molekulės prigimtis lemia kelią, kuris bus naudojamas norint patekti į ląstelę. Pavyzdžiui, hidrofobiniai hormonai, tokie kaip steroidai, pasklinda per lipidų dvisluoksnį sluoksnį ir jungiasi prie receptorių, sudarydami kompleksus, kurie reguliuoja specifinių genų ekspresiją.

Dujos, tokios kaip azoto oksidas ir anglies monoksidas, išsisklaido per membraną ir paprastai aktyvina ciklinę GMP gaminančią guanililciklazę. Dauguma signalinių molekulių yra hidrofilinės.

Jo receptoriai randami ląstelės paviršiuje. Receptoriai veikia kaip signalo vertėjai, kurie keičia tikslinės ląstelės elgesį.

Ląstelių paviršiaus receptoriai yra suskirstyti į: a) receptorius, sujungtus su G baltymais; b) receptoriai, turintys fermento aktyvumą, tokie kaip tirozino kinazė; ir c) jonų kanalų receptorius.

G baltymų sujungtų receptorių charakteristikos

G baltymų sujungti receptoriai yra visuose eukariotuose. Apskritai, jie yra receptoriai, turintys septynis domenus, kertančius membraną, o N-galinė sritis nukreipta į ląstelės išorę, o C-terminalas - į ląstelės vidų. Šie receptoriai asocijuojasi su G baltymu, kuris perduoda signalus.

Ligandui prisijungus prie receptoriaus, G baltymas suaktyvėja. Tai savo ruožtu suaktyvina efektorinį fermentą, kuris gamina antrąjį tarpląstelinį pasiuntinį, kuris gali būti ciklinis adenozino monofosfatas (cAMP), arachidono rūgštis, diacilglicerolis arba inozitol-3-fosfatas, kuris veikia kaip signalo stiprintuvas. pradinis.

Baltymas G turi tris subvienetus: alfa, beta ir gama. G baltymo aktyvinimas apima BVP atsiribojimą nuo G baltymo ir GTP prisijungimą prie alfa subvienetų. G _alfa- GTP komplekse jie atsiskiria nuo beta ir gama subvienetų, sąveikaudami su efektoriniais baltymais, juos aktyvuodami.

CAMP kelią gali suaktyvinti beta adrenoreceptoriai. CAMP gamina adenililciklazė. Fosfoinositolio kelią aktyvina muskarino acetilcholino receptoriai. Jie aktyvina fosfolipazę C. Arachidono rūgšties kelią suaktyvina histamino receptorius. Suaktyvina fosfolipazę A2.

CAMP kelias

Ligando surišimo su receptoriumi, stimuliavimo G baltymo (G _-ai ), jungiasi su BVP, sukelia BVP keistis GTP, ir alfa subvienetą G disociacijos _-ai iš beta ir gama subvienetų. G _alfa- GTP kompleksas asocijuojasi su adenilo ciklazės domenu, aktyvuodamas fermentą ir iš ATP gamindamas cAMP.

CAMP jungiasi su reguliuojamais nuo CAMP priklausomos baltymo kinazės subvienetais. Išskiria katalizinius subvienetus, kurie fosforilina baltymus, kurie reguliuoja ląstelių atsaką. Šį kelią reguliuoja dviejų tipų fermentai, būtent fosfodiesterazės ir baltymų fosfatazės.

Fosfoinositolio kelias

Ligando surišimas su receptoriais suaktyvina G baltymą (G _q ), kuris suaktyvina fosfolipazės C (PLC). Šis fermentas skaido fosfatidilinozitol 1,4,5-bisfosfatą (PIP ₂ ) į du antrus pasiuntinius - inozitol 1,4,5-trifosfatą (IP ₃ ) ir diacilglicerolį (DAG).

IP ₃ difunduoja į citoplazmą ir jungiasi su receptoriais endoplazminiame retikulume, sukeldamas Ca ⁺² išsiskyrimą iš vidaus. DAG lieka membranoje ir aktyvuoja baltymų kinazę C (PKC). Kai kurioms PKC izoformams reikia Ca ⁺² .

Arachidono rūgšties kelias

Ligando surišimas su receptoriais sukelia G baltymo beta ir gama subvienetus, kurie suaktyvina fosfolipazės A ₂ (PLA ₂ ). Šis fermentas hidrolizuoja fosfatidilinozitolį (PI) plazmos membranoje, išskirdamas arachidono rūgštį, kuri metabolizuojama skirtingais keliais, tokiais kaip 5 ir 12-lipoksigenazė ir ciklooksigenazė.

Tirozinkinazės receptoriaus ypatybės

Receptoriaus tirozinkinazė (RTK) turi tarpląstelinius reguliavimo domenus ir tarpląstelinius katalitinius domenus. Skirtingai nuo receptorių, sujungtų su G baltymais, tirozinkinazės receptorių polipeptidinė grandinė kerta plazmos membraną tik vieną kartą.

Ligando, kuris yra hormonas arba augimo faktorius, prisijungimas prie reguliavimo srities sukelia dviejų receptorių subvienetų susijungimą. Tai leidžia autofosforilinti tirozino liekanos receptorius ir suaktyvinti baltymų fosforilinimo kaskadas.

Fosforilinti tirozino kinazės receptoriaus tirozino likučiai sąveikauja su adapterio baltymais, kurie jungia aktyvuotą receptorių su signalo perdavimo modulio komponentais. Adapterio baltymai sudaro daugiaproteininius signalinius kompleksus.

RTK jungiasi su skirtingais peptidais, tokiais kaip: epidermio augimo faktorius; fibroblastų augimo faktoriai; smegenų augimo veiksniai; nervų augimo faktorius; ir insulinas.

Bendrosios imtuvų charakteristikos

Paviršinių receptorių aktyvinimas sukelia baltymų fosforilinimo pokyčius, aktyvinant dviejų rūšių baltymų kinazes: tirozino kinazę ir serino bei treonino kinazes.

Serino ir treonino kinazės yra: nuo cAMP priklausoma baltymų kinazė; nuo cGMP priklausoma baltymų kinazė; baltymo kinazė C; ir nuo Ca ⁺² / nuo kalmodulino priklausomas baltymas . Šiose baltymų kinazėse, išskyrus nuo cAMP priklausomą kinazę, katalitinis ir reguliuojantis domenas yra toje pačioje polipeptido grandinėje.

Antrasis pasiuntinys prisijungia prie šių serino ir treonino kinazių, jas aktyvindamas.

Jonų kanalų receptorių charakteristikos

Jonų kanalų receptoriai turi šias savybes: a) jie veda jonus; b) atpažinti ir parinkti specifinius jonus; c) atidaryti ir uždaryti reaguojant į cheminius, elektrinius ar mechaninius signalus.

Jonų kanalo receptoriai gali būti monomerai arba heteroligomerai arba homoligomerai, kurių polipeptido grandinės sritys kerta plazmos membraną. Yra trys jonų kanalų šeimos: a) ligando vartų kanalai; b) tarpo sankryžos kanalai; ir c) nuo Na ⁺ priklausomi įtampos kanalai .

Kai kurie joninių kanalų receptorių pavyzdžiai yra neuromuskulinės jungties acetilcholino receptoriai ir jonotropiniai glutamato receptoriai - NMDA ir ne-NMDA - centrinėje nervų sistemoje.

Ryšys per tarpląstelines pūsleles

Tarpląstelinės pūslelės (EV) yra ektosomų ir egzosomų mišinys, atsakingas už biologinės informacijos (RNR, fermentų, reaktyvių deguonies rūšių ir kt.) Perdavimą iš ląstelės į ląstelę. Abiejų pūslelių kilmė yra skirtinga.

Ektozomos yra pūslelės, susidarančios dygstant iš plazmos membranos, po to atsiskiriančios ir išleidžiamos į tarpląstelinę erdvę.

Pirmiausia įvyksta membraninių baltymų grupavimas į atskiras sritis. Tada baltymų lipidų inkarai kaupia citozolinius baltymus ir RNR liumenuose, taip augdami pumpurą.

Egzosomos yra pūslelės, susidarančios iš daugiabriaunių kūnų (MVB) ir eksocitozės būdu išleidžiamos į tarpląstelinę erdvę. MVB yra vėlyvosios endosomos, kuriose yra intraluminalinės pūslelės (ILV). MVB gali susilieti su lizosomomis ir tęsti skilimo kelią arba per eksocitozę išlaisvinti ILVS kaip egzosomas.

EV sąveikauja su tiksline ląstele skirtingais būdais: 1) EV membranos nykimas ir joje esančių aktyviųjų faktorių išsiskyrimas; 2) EV sukuria kontaktą su tikslinės ląstelės paviršiumi, kurią jie sulieja, išskirdami jų kiekį citozolyje; ir 3) EV yra užfiksuota tik atliekant makrofinocitozę ir fagocitozę.

Svarba

Vien tik tarpląstelinio bendravimo funkcijų įvairovė rodo jo svarbą. Kai kurie pavyzdžiai iliustruoja skirtingų korinio ryšio tipų svarbą.

- Kvorumo nustatymo svarba. QS reguliuoja įvairius procesus, tokius kaip vienos rūšies virulentiškumas ar skirtingų rūšių ar genčių mikroorganizmai. Pavyzdžiui, vienas Staphylococcus aureus štamas naudoja kvorumo nustatymo signalo molekulę, kad užkrėstų šeimininką, ir užkerta kelią kitoms S. aureus padermėms.

- Cheminio ryšio svarba. Cheminis žymėjimas yra būtinas daugialąsčių organizmų išlikimui ir dauginimuisi.

Pavyzdžiui, užprogramuota ląstelių mirtis, kuri reguliuoja daugialąsčių vystymąsi, pašalina visas struktūras ir leidžia vystytis specifiniams audiniams. Visa tai tarpininkauja trofiniai veiksniai.

- EV reikšmė. Jie vaidina svarbų vaidmenį sergant diabetu, uždegimais ir neurodegeneracinėmis bei širdies ir kraujagyslių ligomis. Normalių ir vėžinių ląstelių EVS labai skiriasi. EV gali pernešti veiksnius, kurie skatina ar slopina vėžio fenotipą tikslinėse ląstelėse.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J. ir kt. 2007. Ląstelės molekulinė biologija. „Garland Science“, Niujorkas.
2. Bassler, BL 2002. Mažas pokalbis: ląstelių ryšys su bakterijomis. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. ir Meldolesi, J. 2015. Ektozomos ir egzosomos: taršos tarp tarpląstelinių pūslelių išsklaidymas. Ląstelių biologijos tendencijos, xx: 1–9.
4. Kandelis, E., Schwarts, JH, ir Jessell, T., 2000. Neuroninių mokslų principai. „McGraw-Hill“ JAV.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Ląstelinė ir molekulinė biologija. Redakcija „Medica Panamericana“, Buenos Airės, Bogota, Karakasas, Madridas, Meksika, San Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Cheminis ryšys proteobakterijose: signalų sintezių ir receptorių, reikalingų tarpląsteliniam signalizavimui, biocheminiai ir struktūriniai tyrimai. Molecular Microbiology, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Bendravimas yra raktas. Ląstelių ryšys ir signalizavimas. Redakcija, 1-4.