پیامرسانی کلسیم
پیامرسانی کلسیم از یون کلسیم به عنوان یک پیامرسان درونسلولی تقریباً جهانی استفاده میکند. از آنجا که سلولها غلظت بسیار پایینی از کلسیم آزاد را در سیتوپلاسم حفظ میکنند، افزایش کنترلشده آن، که از طریق ورود از غشای پلاسما یا آزادسازی از ذخایر داخلی تولید میشود، به عنوان یک سیگنال سریع و چندمنظوره عمل میکند که فرآیندهایی از انقباض عضلانی و ترشح گرفته تا بیان ژن و مرگ سلولی را تنظیم میکند.
Definition
پیامرسانی کلسیم عبارت است از استفاده از تغییرات تنظیمشده در غلظت یون کلسیم آزاد درونسلولی، که از طریق ورود از کانالهای غشای پلاسما یا آزادسازی از ذخایر درونسلولی تولید میشود، برای کنترل فرآیندهای سلولی از طریق پروتئینهای افکتور متصلشونده به کلسیم.
Scope
این موضوع شامل منابع و مدیریت کلسیم درونسلولی، کانالها، پمپها و بافرهایی است که سیگنالهای کلسیم را شکل میدهند، نقش اینوزیتول تریفسفات و پروتئینهای متصلشونده به کلسیم، و الگوهای فضایی و زمانی پاسخهای کلسیم. این موضوع به عنوان یک مبحث بیوشیمیایی و مولکولی در چارچوب مکانیسمهای انتقال سیگنال مورد بررسی قرار میگیرد.
Core questions
- سلولها چگونه افزایشهای سریع و موضعی کلسیم را در برابر سطح پایین استراحت تولید میکنند؟
- چگونه از یک یون برای کنترل بسیاری از فرآیندهای مختلف استفاده میشود؟
- سیگنالهای کلسیم چگونه در فضا و زمان شکل میگیرند و سپس خاتمه مییابند؟
Key concepts
- کلسیم سیتوزولی پایین در حالت استراحت
- گیرنده اینوزیتول تریفسفات (IP3)
- گیرنده ریانودین
- کانالهای کلسیم وابسته به ولتاژ و وابسته به ذخیره
- پمپها و مبدلهای کلسیم
- کالمودولین و پروتئینهای متصلشونده به کلسیم
- نوسانات و امواج کلسیم
Mechanisms
سلولها با پمپ کردن کلسیم آزاد سیتوزولی به خارج از غشای پلاسما و به داخل شبکه آندوپلاسمی یا سارکوپلاسمی، سطح آن را بسیار پایین نگه میدارند. یک سیگنال کلسیم را یا با باز کردن کانالهای غشای پلاسما، مانند کانالهای وابسته به ولتاژ، یا با آزادسازی کلسیم از ذخایر داخلی از طریق گیرندههای اینوزیتول تریفسفات، که در پاسخ به پیامرسان ثانویه تولید شده توسط فسفولیپاز C باز میشوند، و از طریق گیرندههای ریانودین افزایش میدهد. افزایش حاصل توسط پروتئینهای متصلشونده به کلسیم، به ویژه کالمودولین، شناسایی میشود که پس از اتصال به کلسیم، آنزیمهای پاییندستی از جمله کینازهای وابسته به کلسیم/کالمودولین را فعال میکنند. تخلیه ذخایر داخلی میتواند ورود کلسیم وابسته به ذخیره را برای پر کردن مجدد آنها تحریک کند. سیگنال توسط تعامل کانالهای آزادسازی، بافرها و سیستمهای جذب به صورت گذرا، نوسانات و امواج منتشرشونده شکل میگیرد و زمانی که پمپها و مبدلها غلظت پایین استراحت را بازیابی میکنند، خاتمه مییابد. این ترکیب از پسزمینه کم و آزادسازی کنترلشده به یک یون اجازه میدهد تا پیامهای متمایز زیادی را رمزگذاری کند.
Clinical relevance
مدیریت کلسیم برای بافتهای تحریکپذیر مانند عضله و عصب ضروری است و اختلالات در پیامرسانی کلسیم در فرآیندهای بیماریزای متعددی نقش دارند. این مدخل مکانیسمها را در سطح مرجع توصیف میکند و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Evidence & guidelines
درک پیامرسانی کلسیم بر تحقیقات بیوفیزیکی، بیوشیمیایی و تصویربرداری و بررسیها و کتابهای درسی معتبر استوار است تا دستورالعملهای بالینی.
History
شناخت اینکه افزایش کلسیم درونسلولی پاسخهای فیزیولوژیکی را تحریک میکند، که با مطالعات کلاسیک انقباض عضلانی آغاز شد، زمانی گسترش یافت که بریج و ایروین اینوزیتول تریفسفات را به عنوان پیامرسان ثانویه که کلسیم را از ذخایر داخلی آزاد میکند، شناسایی کردند. کارهای بعدی کانالها، پمپها و پروتئینهای متصلشونده به کلسیم درگیر را مشخص کرد و الگوهای فضایی و زمانی غنی سیگنالهای کلسیم را به عنوان ابزاری برای رمزگذاری اطلاعات تثبیت کرد.
Key figures
- Michael Berridge
- David Clapham
- William Catterall
- Robin Irvine
Related topics
Seminal works
- berridge-2000
- berridge-1984
- clapham-2007
Frequently asked questions
- چرا سلولها کلسیم در حالت استراحت را تا این حد پایین نگه میدارند؟
- سطح پایین در حالت استراحت به این معنی است که حتی یک ورود یا آزادسازی کوچک، تغییر نسبی بزرگی ایجاد میکند و یک سیگنال سریع و با کنتراست بالا میدهد؛ همچنین از سلول محافظت میکند، زیرا کلسیم بالا به طور مزمن سمی است و میتواند باعث مرگ سلولی شود.
- چگونه یک یون میتواند بسیاری از پاسخهای مختلف را کنترل کند؟
- سلولها اطلاعات را در مکان، دامنه، زمانبندی و فرکانس تغییرات کلسیم رمزگذاری میکنند و آنها را با پروتئینهای متصلشونده به کلسیم مختلف میخوانند، بنابراین همان یون میتواند به طور انتخابی انقباض، ترشح، بیان ژن یا سایر نتایج را بسته به زمینه تحریک کند.