Передача сигнала клетке: общие сведения
Жизнь клетки зависит от внешних регуляторных сигналов ( сигналы клеточные), которыми могут быть физические воздействия (температура, электромагнитное излучение) или химические соединения [ Evans ea 1998 ]. Хорошо изученными веществами, которые организм использует для регуляции жизнедеятельности клеток, являются, например, стероидные гормоны , цитокины или факторы роста , которые, достигая клеток-мишеней, вызывают метаболические изменения, связанные с изменением экспрессии групп генов. Не менее сильный и специфический ответ вызывают физиологически активные вещества экзогенного происхождения, например, феромоны или токсины. Чтобы адекватно реагировать на сигналы из окружающей среды, в том числе от других клеток организма, клетка должна их воспринимать и менять свое поведение в соответствии с получаемыми через эти сигналы инструкциями.
В связи с получением сигнала клетка должна решить несколько задач:
Отличить сигнал от множества других
Доставить его по назначению
Адекватно отреагировать на получение сигнала
Выключить системы реагирования сразу, как только сигнал исчезает из окружающей клетку среды.
Задача доставки сигнала по назначению связана со сложностью. Поступающий сигнал слаб и клетка должна его усилить, чтобы он смог быть воспринят внутри клетки внутриклеточными приемниками. Эту проблему клетка решает тем, что использует так называемые каскадные механизмы усиления сигнала .
Сигналы, передающиеся через сигнальные молекулы, являются первичными по отношению к каскадам биохимических реакций, запускающимся в клетках в ответ на их воздействие. Передача сигнала это последовательность реакций, включающих взаимодействие внеклеточных лигандов (сигналы клеточные) с рецепторами на поверхности клетки с последующей активацией рецептора, заключающейся в изменении состояния его внутриклеточного домена. Активация рецептора вызывает каскад событий в клетке, в результате которых клетка адекватно реагирует на внешний сигнал.
Первичные сигналы распознаются клетками благодаря наличию у них специальных молекул-рецепторов белковой природы, взаимодействующих с первичными сигнальными молекулами или с физическими факторами. Первичный сигнал, как правило, не действует прямо на те метаболические процессы в клетке, для регуляции которых он предназначен. Воспринимающий его рецептор инициирует образование в клетке промежуточных химических соединений, запускающих внутриклеточные процессы, воздействие на которые было целью первичного внеклеточного сигнала. Такие промежуточные соединения несут в себе информацию о первичном регуляторном сигнале и являются вторичными его переносчиками, поэтому они получили название вторичных мессенджеров . Ими могут быть различные ионы, циклические нуклеотиды , продукты деградации липидов и целый ряд других химических соединений биогенного происхождения.
Вторичные мессенджеры позволяют усиливать первичный регуляторный сигнал от внеклеточных регуляторных молекул. Группы клеток и тканей приобретают способность к однотипной и одновременной реакции на первичный регуляторный сигнал, например, на действие гормона эндокринной системы. Это обеспечивает возможность быстрой адаптации многоклеточного организма к изменяющимся условиям внутренней и окружающей среды.
Изучение механизмов передачи и усиления сигналов является одной из основных задач биологии клетки. Их знание необходимо для понимания механизмов формирования функционального ответа клеток в норме, его регуляции и коррекции при патологических состояниях. В настоящее время известно около 50 белков-лигандов и 14 семейств рецепторов.
Существует несколько более или менее стандартных способов передачи сигнала от клеточной поверхности внутрь клетки, хотя эта проблема еще далека от окнчательного понимания и постоянно появляются новые варианты сигнализации. Например классический обобщенный путь передачи сигнала заключается в цепоче взаимодействий -сигнальная молекула - рецептор на поверхности клетки-внутриклеточный усилительный механизм -включение определенных специфичных для данного сигнала генов. Рис 3 дает упрощенную схему двух возможных путей многостадийного процесса предачи сигнала, которая начинается со взаимодействия некоторого внешнего фактора с рецептором на поверхности клетки. Таким внешним фактором может быть какой либо гормон или какой-нибудь фактор роста, в частности, цитокин.
Но вот появляется такая например информация: [E. Strauss, 1998 ]. По крайней мере один классический сигнал, WNT (wingless) белок , может управлять развитием без включения и выключения генов. На критической стадии развития WNT побуждает раннюю клетку ассиметрично делиться на две дочерние клетки, дающие различные наборы тканей. Возможно WNT действует на цитоскелет, минуя модуляцию работы генов. Этот результат устанавливает новый modus operandi в представлениях о сигнальных путях в биологии развития. До этого WNT считался классической сигнальной молекулой, передающей сигнал в ядро. Это открытие сделано на черве C.elegans.
