Cellulære kommunikasjonstyper, betydning, eksempler

De Cellulær kommunikasjon, Også kalt intercellulær kommunikasjon, den består av overføring av ekstracellulære signalmolekyler. Disse molekylene starter fra et signalgenererende celle og binder seg til hvite celle reseptorer, og gir en spesifikk respons.

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

Kilde: Pixabay.com

Hos bakterier er signalmolekyler bakterielle feromoner. Disse er nødvendige for funksjoner som horisontal overføring av gener, bioluminescens, dannelse av biofilmer 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 separert. I sistnevnte tilfelle må signalmolekylene formidles og transporteres for lange avstander. Blant funksjonene til signalene er endringer i genuttrykk, morfologi og cellebevegelse.

Cellulær kommunikasjon kan også utføres gjennom ekstracellulære vesikler (VE), kalt ektosomer og eksosomer. Noen VE -funksjoner er: lymfocytt- og makrofagmodulasjon; Kontroll av synaptisk funksjon; i blodkar og hjerte, koagulasjon og angiogenese; og RNA -utveksling.

[TOC]

Typer (systemer/mekanismer)

I bakterier er det en type cellulær kommunikasjon som kalles Quorum sensing, som består av atferd som bare oppstår når tettheten av bakteriepopulasjonen er høy. Han Quorum sensing Det innebærer produksjon, frigjøring og påfølgende påvisning av høye konsentrasjoner av signalmolekyler, kalt selvinduktorer.

I encellede eukaryoter, for eksempel T. Brucei, Det er også Quorum sensing. I gjær skjer seksuell atferd og celledifferensiering som svar på kommunikasjon av feromoner og miljøendringer.

Hos planter og dyr er bruk av ekstracellulære signalmolekyler, som hormoner, nevrotransmittere, vekstfaktorer eller gasser, en viktig type kommunikasjon som innebærer syntese av signalmolekylet, dens frigjøring, transport til den hvite cellen, deteksjonen av det spesifikke signalet og responsen.

I forhold til transport av molekylsignalet hos dyr, bestemmer virkningsavstanden til molekylet to typer signaler: 1) autokrine og paracriner, som virker henholdsvis på samme celle og på de nærliggende cellene; og 2) endokrin, som virker på en fjern hvitcelle, blir transportert av blodomløpet.

Cellulær kommunikasjon gjennom ekstracellulære vesikler er en viktig type cellulær kommunikasjon i eukaryote organismer og archaea.

Quorum Sensing (QS)

Etter hvert som den bakterielle eller encellede eukaryote populasjonen vokser, når den antall celler tilstrekkelige, eller quorumceller, som produserer induktorkonsentrasjonen som er i stand til å gi en effekt på celler. Dette utgjør en mekanisme for å bære folketelling.

Tre typer systemer er kjent Quorum sensing i bakterier: en i gram-negativ; en annen i gram-positiv; og en annen i gram negativt Vibrio Harveyi.

I gramnegative bakterier er selvinduktoren den acyled laktonhomoserin. Dette stoffet syntetiseres av Luxxi -typen enzymet og sprer seg passivt gjennom membranen, og akkumuleres i ekstracellulært og intracellulært rom. Når den stimulerende konsentrasjonen er nådd, aktiveres transkripsjonen av gener regulert av QS.

I gramnegative bakterier er selvinduktorer modifiserte peptider, som eksporteres til det ekstracellulære rommet, hvor de samhandler sammen med membranproteiner. Det er en fosforylerings foss som aktiverer proteiner, som binder seg til DNA og kontrollerer transkripsjonen av hvite gener.

Kan tjene deg: caliciform celler

Vibrio Harveyi Produserer to autoinduktorer, kalt HAI-1 og A1-2. Hai-1 er akyltert laktonhomoserin, men syntesen er ikke avhengig av luxi. A1-2 er furanosil boraato dieter. Begge stoffene virker gjennom en fosforyleringsfoss som ligner på andre gramnegative bakterier. Denne typen QS kontrollerer bioluminescens.

Kjemisk kommunikasjon

Den spesifikke foreningen av signalmolekylet, eller ligating, til det mottakende proteinet gir en spesifikk cellulær respons. Hver type celle har visse typer reseptorer. Selv om en viss type mottaker også kan finnes i forskjellige typer celler, og gir forskjellige responser på samme kobling.

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

Gasser, for eksempel nitrogenoksid og karbonmonoksid, sprer seg gjennom membranen og aktiverer vanligvis syklassen Guanylil, syklisk GMP -produsent. De fleste signalmolekyler er hydrofile.

Reseptorene er på celleoverflaten. Reseptorer fungerer som signaloversettere som endrer atferden til den hvite cellen.

Cellulære overflatreseptorer er delt inn i: a) GF -proteinkoblede reseptorer; b) reseptorer med enzymaktivitet, for eksempel kinasemomentet; og c) ionekanalreseptorer.

Kjennetegn på mottakere til protein konkludert g

Protein -koblede reseptorer finnes i alle eukaryoter. Generelt er de mottakere med syv domener som krysser membranen, med N-terminalregionen til celleutsett. Disse reseptorene er assosiert med et G -protein som oversetter signalene.

Når liganden binder seg til mottakeren, aktiveres G -proteinet. Det aktiveres igjen et effektorenzym som produserer en annen intracellulær messenger, som kan være syklisk monofosfat adenosin (AMPC), arachidonsyre, diacylglycerol eller inositol-3-fosfat, som fungerer som en forsterker av signalet innledende.

Protein G har tre underenheter: Alpha, Beta og Gamma. Proteinaktivering G innebærer dissosiasjon av BNP for G -proteinet og foreningen av GTP til alfa -underenheten. I g_alfa-GTP dissosiate fra beta- og gamma -underenheter, og samhandler spesifikt med effektorproteiner, aktiverer dem.

AMPC-ruten kan aktiveres av beta-adrenerge reseptorer. AMPC er produsert av Adenylil -syklasen. Fosfoosytolruten aktiveres av acetylkolin muskarinreseptorer. Aktiver fosfolipase c. Arachidonsyre -ruten aktiveres av histaminreseptoren. Aktiver fosfolipase A2.

AMPC -rute

Bindingen av liganden til mottakeren det stimulerende proteinet G (G_s), sammen med BNP, forårsaker utveksling av BNP ved GTP, og dissosiasjonen av alfa -underenheten til G_s av beta- og gamma -underenhetene. Komplekset g_alfa-GTP er assosiert med et domene til adenyl cyclasa, aktiverer enzymet og produserer AMPC fra ATP.

Kan tjene deg: fibroblasts

AMPC slutter seg til de regulatoriske underenhetene til det AMPC -avhengige kinaseproteinet. Frigjør katalytiske underenheter, som fosforylerer proteiner som regulerer cellulære responser. Denne ruten er regulert av to typer enzymer, nemlig fosfodier og fosfataseproteiner.

Fosfoinitol Route

Bindingen av liganden til mottakeren aktiverer proteinet G (G_q), som aktiverer fosfolipase C (PLC). Dette enzymet bryter fosfatidylinositol 1,4,5-bifosfat (PIP₂) I to andre budbringere, inositol 1,4,5-trifosfat (IP₃) og Diilglycerol (DAG).

IP₃ formidler i cytoplasma og blir sammen med reseptorer av endoplasmatisk retikulum, noe som forårsaker frigjøring av CA⁺² fra innsiden. DAG forblir i membranen og aktiverer Cinase C (PKC) -proteinet. Noen PKC -isoformer trenger CA⁺².

Araquidonic Acid Route

Bindingen av liganden til mottakeren fører til at beta- og gamma -underenhetene til G -proteinet aktiverer fosfolipasen til₂ (PLA₂). Dette enzymet hydrolyserer fosfatidylinositol (PI) i plasmamembranen, og frigjør arachidonsyre, som metaboliseres av forskjellige veier, så som 5 og 12-lipxigenase og cycloxigenase.

Tyrosinkinase reseptoregenskaper

Tyrosinkinase (RTK) reseptorer har ekstracellulære regulatoriske domener og intracellulære katalytiske domener. I motsetning til GF -proteinkoblet mottaker, krysser polypeptidkjeden til tyrosinkinasereseptorene plasmamembranen bare en gang.

Ligandforbundet, som er en hormon eller vekstfaktor, til det regulatoriske domenet fører til at de to underenhetene til mottakeren er tilknyttet. Dette tillater mottaker autofosfat i en tyrosinrest, og aktivering av proteinfosforyleringsfoss.

Fosforylerte tyrosinrester av dreiemomentreseptoren (RTK) interagerer med adapterproteiner, som forbinder reseptoren aktivert med komponenter i signaloverføringsruten. Tilpasningsproteiner tjener til å danne multiproteiske signalkomplekser.

RTK blir med i forskjellige peptider, for eksempel: epidermal vekstfaktor; Fibroblast vekstfaktorer; hjernevekstfaktorer; nervevekstfaktor; og insulin.

Generelle egenskaper ved mottakerne

Aktivering av overflatereseptorer produserer endringer i proteinfosforylering ved å aktivere to typer kinaseproteiner: mas og serum og treoninkinaser .

Serin- og treoninkinaser er: AMPC -avhengig kinaseprotein; GMPC -avhengig kinaseprotein; Kinaseproteinet C; og CA -avhengig protein⁺²/Calmodulin. I disse kinaseproteiner, med unntak av AMPC -avhengig kinase, er det katalytiske og regulatordomenet i samme polypeptidkjede.

Den andre messenger blir med disse serin- og treoninkinasene, og aktiverer dem.

Kjennetegn på reseptorer som er ioniske kanaler

Ionekanalreseptorer har følgende egenskaper: a) de utfører ioner; b) gjenkjenne og velge spesifikke ioner; c) De åpner og lukker som svar på kjemiske, elektriske eller mekaniske signaler.

Ionekanalreseptorer kan være en monomer, eller være heteroligomerer eller homoligomerer, hvis polypeptidkjedeområder krysser plasmamembranen. Det er tre familier av ionekanaler: a) Puerta del ligando -kanaler; b) GAP -fagforeningskanaler; og c) Na -avhengige spenningskanaler⁺.

Noen eksempler på ionekanalreseptorer er acetylkolinreseptorene i det nevromuskulære krysset, og de ionotropiske reseptorene til glutamat, NMDA og ingen NMDA, i sentralnervesystemet.

Kan tjene deg: Myofibriller: Kjennetegn, struktur, sammensetning, funksjoner

Kommunikasjon gjennom ekstracellulære vesikler

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

Ektosomer er vesikler produsert av plasmamembranspirer, etterfulgt av dens separasjon og frigjøring mot ekstracellulært rom.

For det første oppstår membranproteingruppering i diskrete domener. Deretter akkumulerer proteinlipidankere cytosoliske proteiner og RNA i lumen, så utbruddet vokser.

Eksosomene er vesikler som er dannet fra multivestiske kropper (MVB) og frigjøres ved eksocytose til ekstracellulært rom. MVB er sene endosomer, inni hvilke det er intraluminale vesikler (ILV -er). MVB kan smelte.

De samhandler dem med den hvite cellen på forskjellige måter: 1) Forstyrrelse av VE -membranen og frigjøring av de aktive faktorene i dets interiør; 2) har de etablerer kontakt med overflaten av den hvite cellen, som smelter sammen, og frigjør innholdet i cytosolen; og 3) VE blir fanget helt av makropinocytose og fagocytose.

Betydning

Det store utvalget av intercellulære kommunikasjonsfunksjoner indikerer dets betydning av seg selv. Gjennom noen eksempler illustreres viktigheten av forskjellige typer cellulær kommunikasjon.

- Viktigheten av Quorum sensing. QS regulerer forskjellige prosesser som virulens i en art, eller mikroorganismer av forskjellige arter eller slekter. For eksempel en belastning av Staphylococcus aureus Bruk et signalmolekyl i Quorum sensing Å infisere verten, og hemmer andre stammer av S. aureus Å gjøre det.

- Viktigheten av kjemisk kommunikasjon. Kjemisk indikasjon er nødvendig for overlevelse og reproduktiv suksess for flercellede organismer.

For eksempel eliminerer programmert celledød, som regulerer flercellulær utvikling, komplette strukturer og tillater utvikling av spesifikke vev. Alt dette er formidlet av trofiske faktorer.

- Viktigheten av seene. De har en viktig rolle i diabetes, betennelse og nevrodegenerative og hjerte- og karsykdommer. De ser normale celler og kreftceller avviker ganske mye. VE kan transportere faktorer som fremmer eller undertrykker kreftfenotypen i hvite celler.

Referanser

1. Alberts, f., Johnson, a., Lewis, J., og kål. 2007. Biologi av cellemolekylæren. Garland Science, New York.
2. Bassler, f.L. 2002. Small Talk: Cell-to-Cell Communication i bakterier. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, e. og Meldolesi, J. 2015. Ektosomer og eksosomer: Å kaste forvirring mellom ekstracellulære vesikler. Trends in Cell Biology, XX: 1-9.
4. Kandel, e., Schwarts, J.H., og Jesell, t., 2000. Prinsipper for nevralvitenskap. McGraw-Hill USA.
5. Lodish, h., Berk, a., Zipurski, s.L., Matsudaria, p., Baltimore, d., Darnell, J. 2003. Cellulær og molekylær biologi. Redaksjonell Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
6. Pupas, k.M., Weingart, c.L., Winans, s.C. 2004. Kjemisk kommunikasjon i proteobakterier: Biokjemiske og strukturelle studier av signalsyntaser og mottakere som kreves for intercellulær signalering. Mikrobiologi Molecular, 53: 755-769.
7. Perbal, b. 2003. Kommunikasjon er nøkkelen. Cellekommunikasjon og signalering. Redaksjon, 1-4.