إشارات الكالسيوم
تستخدم إشارات الكالسيوم أيون الكالسيوم كرسول داخل خلوي شبه عالمي. نظرًا لأن الخلايا تحافظ على تركيز منخفض جدًا من الكالسيوم الحر في السيتوبلازم، فإن الارتفاع المتحكم فيه، الناتج عن التدفق عبر غشاء البلازما أو الإطلاق من المخازن الداخلية، يعمل كإشارة سريعة ومتعددة الاستخدامات تنظم العمليات من تقلص العضلات والإفراز إلى التعبير الجيني وموت الخلايا.
Definition
إشارات الكالسيوم هي استخدام التغيرات المنظمة في تركيز أيون الكالسيوم الحر داخل الخلايا، الناتجة عن التدفق عبر قنوات غشاء البلازما أو الإطلاق من المخازن داخل الخلايا، للتحكم في العمليات الخلوية من خلال البروتينات المؤثرة المرتبطة بالكالسيوم.
Scope
يغطي الموضوع مصادر الكالسيوم داخل الخلايا ومعالجته، والقنوات والمضخات والمخازن المؤقتة التي تشكل إشارات الكالسيوم، ودور ثلاثي فوسفات الإينوزيتول والبروتينات المرتبطة بالكالسيوم، والأنماط المكانية والزمانية لاستجابات الكالسيوم. يتم التعامل معه كموضوع كيميائي حيوي وجزيئي ضمن آليات نقل الإشارة.
Core questions
- كيف تولد الخلايا ارتفاعات سريعة وموضعية في الكالسيوم مقابل مستوى منخفض في حالة الراحة؟
- كيف يستخدم نفس الأيون للتحكم في العديد من العمليات المختلفة؟
- كيف تتشكل إشارات الكالسيوم في المكان والزمان ثم تنتهي؟
Key concepts
- انخفاض الكالسيوم السيتوسولي في حالة الراحة
- مستقبل ثلاثي فوسفات الإينوزيتول (IP3)
- مستقبل الريانودين
- قنوات الكالسيوم المبوبة بالجهد والمشغلة بالمخازن
- مضخات ومبادلات الكالسيوم
- الكالموديولين والبروتينات المرتبطة بالكالسيوم
- تذبذبات وموجات الكالسيوم
Mechanisms
تحافظ الخلايا على مستوى منخفض جدًا من الكالسيوم الحر في العصارة الخلوية عن طريق ضخه خارج غشاء البلازما وإلى الشبكة الإندوبلازمية أو الشبكة الساركوبلازمية. ترفع الإشارة الكالسيوم إما عن طريق فتح قنوات غشاء البلازما، مثل القنوات المبوبة بالجهد، أو عن طريق إطلاق الكالسيوم من المخازن الداخلية من خلال مستقبلات ثلاثي فوسفات الإينوزيتول، التي تفتح استجابة للرسول الثاني الناتج عن فوسفوليباز C، ومن خلال مستقبلات الريانودين. يتم الكشف عن الارتفاع الناتج بواسطة البروتينات المرتبطة بالكالسيوم، وأبرزها الكالموديولين، الذي عند ارتباطه بالكالسيوم ينشط الإنزيمات النهائية بما في ذلك كينازات الكالسيوم/الكالموديولين المعتمدة. يمكن أن يؤدي استنفاد المخازن الداخلية إلى تحفيز دخول الكالسيوم الذي يتم تشغيله بواسطة المخازن لإعادة ملئها. تتشكل الإشارة إلى عابرات وتذبذبات وموجات منتشرة من خلال التفاعل بين قنوات الإطلاق والمخازن المؤقتة وأنظمة الامتصاص، وتنتهي عندما تعيد المضخات والمبادلات التركيز المنخفض في حالة الراحة. يتيح هذا المزيج من الخلفية المنخفضة والإطلاق المتحكم فيه للأيون نفسه ترميز العديد من الرسائل المميزة.
Clinical relevance
تعد معالجة الكالسيوم ضرورية للأنسجة القابلة للاستثارة مثل العضلات والأعصاب، وتتورط الاضطرابات في إشارات الكالسيوم في العديد من العمليات المرضية. يصف هذا المدخل الآليات على مستوى مرجعي وليس أساسًا لقرارات التشخيص أو العلاج الفردية.
Evidence & guidelines
يعتمد فهم إشارات الكالسيوم على الأبحاث الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية والتصويرية والمراجعات والكتب المدرسية الموثوقة بدلاً من المبادئ التوجيهية للممارسة السريرية.
History
تم توسيع الاعتراف بأن ارتفاع الكالسيوم داخل الخلايا يحفز الاستجابات الفسيولوجية، بدءًا من الدراسات الكلاسيكية لتقلص العضلات، عندما حدد بيريدج وإيرفين ثلاثي فوسفات الإينوزيتول كرسول ثانٍ يطلق الكالسيوم من المخازن الداخلية. وصفت الأعمال اللاحقة القنوات والمضخات والبروتينات المرتبطة بالكالسيوم المعنية وأثبتت الأنماط المكانية والزمانية الغنية لإشارات الكالسيوم كوسيلة لترميز المعلومات.
Key figures
- Michael Berridge
- David Clapham
- William Catterall
- Robin Irvine
Related topics
Seminal works
- berridge-2000
- berridge-1984
- clapham-2007
Frequently asked questions
- لماذا تحافظ الخلايا على مستوى منخفض جدًا من الكالسيوم في حالة الراحة؟
- يعني المستوى المنخفض في حالة الراحة أن حتى تدفقًا أو إطلاقًا صغيرًا ينتج عنه تغير نسبي كبير، مما يعطي إشارة سريعة وعالية التباين؛ كما أنه يحمي الخلية، حيث أن ارتفاع الكالسيوم المزمن سام ويمكن أن يؤدي إلى موت الخلايا.
- كيف يمكن لأيون واحد التحكم في العديد من الاستجابات المختلفة؟
- تقوم الخلايا بترميز المعلومات في موقع وسعة وتوقيت وتردد تغيرات الكالسيوم وتقرأها ببروتينات مختلفة مرتبطة بالكالسيوم، لذلك يمكن للأيون نفسه أن يحفز بشكل انتقائي الانقباض أو الإفراز أو التعبير الجيني أو نتائج أخرى اعتمادًا على السياق.