نقل الإشارة والمستقبلات

نقل الإشارة هو مجموعة العمليات التي تكتشف بها الخلية إشارة خارجية وتحولها إلى استجابة داخل خلوية. ترتبط جزيئة إشارة بمستقبل — على سطح الخلية أو داخلها — مما يبدأ سلسلة من الأحداث الجزيئية التي تنقل المعلومات وتضخمها وتدمجها قبل أن تستجيب الخلية. المستقبلات هي نقطة الدخول لهذا التحويل، مما يمنح الخلايا خصوصية التفاعل مع إشارات معينة.

Definition

نقل الإشارة هو تحويل محفز خارج خلوي أو داخل خلوي، يتم اكتشافه بواسطة مستقبل محدد، إلى سلسلة من الأحداث الكيميائية الحيوية داخل الخلوية التي تنتج استجابة خلوية.

Scope

يغطي المدخل الفئات الرئيسية للمستقبلات (المستقبلات المقترنة بالبروتين G، ومستقبلات التيروزين كيناز، والمستقبلات داخل الخلوية)، ومكونات الترحيل التي تنشر الإشارات (بروتينات G، والبروتينات الكينازية والفوسفاتازية، والبروتينات GTPase الصغيرة)، ومبادئ التضخيم، والتكامل، والإنهاء. يعالج الموضوع نقل الإشارة كموضوع مرجعي في بيولوجيا الخلية وليس إرشادًا سريريًا.

Core questions

• كيف يميز المستقبل إشارته عن الخلفية الجزيئية؟
• كيف يتم ترحيل حدث الارتباط على السطح إلى السيتوبلازم والنواة؟
• كيف يتم تضخيم الإشارات مع الحفاظ على خصوصيتها؟
• كيف يتم إيقاف سلاسل الإشارة وإعادة ضبطها؟

Key concepts

• ارتباط الربيطة بالمستقبل والخصوصية
• المستقبلات المقترنة بالبروتين G
• مستقبلات التيروزين كيناز
• المستقبلات داخل الخلوية (النووية)
• سلاسل كيناز البروتين
• إشارة كيناز MAP
• تضخيم الإشارة، وتكاملها، وإنهاؤها

Key theories

الفسفرة العكسية للبروتين كمفتاح إشاري

تضيف كينازات البروتين مجموعات الفوسفات وتزيلها الفوسفاتازات، وتعمل كمفاتيح متعارضة تشغل وتطفئ بروتينات الإشارة؛ هذا التعديل التساهمي العكسي هو آلية مركزية لنشر وتنظيم الإشارات.

مفاتيح GTPase الجزيئية

تتناوب بروتينات G ثلاثية الوحدات غير المتجانسة والصغيرة بين حالات الارتباط بالـ GTP النشطة وحالات الارتباط بالـ GDP غير النشطة، مع منظمات تعزز التنشيط أو تسرع تحلل GTP، مما يوفر تحكمًا زمنيًا في تشغيل/إيقاف الإشارة النهائية.

Mechanisms

ترتبط جزيئة إشارة بمستقبل بخصوصية عالية. تندرج مستقبلات سطح الخلية ضمن فئات رئيسية: المستقبلات المقترنة بالبروتين G تنشط بروتينات G ثلاثية الوحدات غير المتجانسة التي تعمل كمفاتيح جزيئية؛ مستقبلات التيروزين كيناز تتثنى وتفسفر ذاتيًا لتجنيد المؤثرات النهائية؛ والإشارات المحبة للدهون تعبر الغشاء لتصل إلى المستقبلات داخل الخلوية التي تؤثر على التعبير الجيني. في المراحل اللاحقة، تنتشر الإشارات بشكل كبير عن طريق الفسفرة العكسية للبروتين، حيث تقوم الكينازات والفوسفاتازات بتشغيل وإيقاف البروتينات المستهدفة، وعن طريق البروتينات GTPase الصغيرة التي تتناوب بين حالات الارتباط بالـ GTP والـ GDP. تعمل السلاسل متعددة المستويات مثل مسارات كيناز MAP على تضخيم وتوجيه الإشارات، بينما تسمح نفس البنية بدمج مدخلات متعددة. يربط استدخال المستقبلات عن طريق الالتقام الخلوي نقل الإشارة بالاتجار ويساعد على إنهاء أو إعادة توجيه الاستجابة. يؤدي الإنهاء — من خلال نشاط الفوسفاتاز، وتحلل GTP، وتنظيم المستقبلات بالخفض — إلى إعادة ضبط النظام للإشارة التالية.

Clinical relevance

يحكم نقل الإشارة كيفية استجابة الخلايا للهرمونات وعوامل النمو والنواقل العصبية، ويعد تغير الإشارة أمرًا أساسيًا لفهم العديد من العمليات المرضية، ولهذا السبب تُدرس المستقبلات والإنزيمات الإشارية على نطاق واسع كأهداف للأدوية. يصف هذا المدخل آليات الإشارة كمرجع وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج.

History

أرسى مفهوم المستقبل واكتشاف أحادي فوسفات الأدينوسين الحلقي (cAMP) كرسول ثانٍ في منتصف القرن العشرين أن الإشارات السطحية يتم ترحيلها داخل الخلية. حلت العقود اللاحقة عائلات المستقبلات الرئيسية، ودور بروتينات G ومفاتيح GTPase، والمكانة المركزية للفسفرة العكسية للبروتين، مع تحول سلاسل الكيناز مثل مسارات كيناز MAP إلى أطر تنظيمية. أدمج العمل الأحدث نقل الإشارة مع الاتجار الغشائي، مظهرًا أن الالتقام الخلوي يشكل مدة وموقع الإشارات.

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

ما هو المستقبل في إشارة الخلية؟

المستقبل هو بروتين يرتبط بشكل خاص بجزيئة إشارة، وعند الارتباط، يبدأ استجابة داخل خلوية؛ قد يتواجد المستقبل في غشاء البلازما أو داخل الخلية اعتمادًا على ما إذا كانت الإشارة يمكنها عبور الغشاء.

كيف يتم تضخيم الإشارات داخل الخلية؟

يمكن لكل مستقبل منشط أن يحفز العديد من الجزيئات النهائية، وتضاعف سلاسل الكيناز متعددة المستويات والرسل الثانية التأثير، بحيث يمكن لعدد صغير من أحداث الارتباط أن ينتج استجابة خلوية كبيرة.