انتقال سیگنال و گیرندهها
انتقال سیگنال مجموعهای از فرآیندهایی است که طی آن یک سلول یک سیگنال خارجی را شناسایی کرده و آن را به یک پاسخ درونسلولی تبدیل میکند. یک مولکول سیگنالدهنده به یک گیرنده — در سطح سلول یا درون سلول — متصل میشود که آبشاری از رویدادهای مولکولی را آغاز میکند که اطلاعات را قبل از پاسخ سلول، منتقل، تقویت و یکپارچه میسازد. گیرندهها نقطه ورود این تبدیل هستند و به سلولها ویژگی لازم برای واکنش به سیگنالهای خاص را میدهند.
Definition
انتقال سیگنال تبدیل یک محرک خارجسلولی یا درونسلولی است که توسط یک گیرنده خاص شناسایی میشود، به دنبالهای از رویدادهای بیوشیمیایی درونسلولی که یک پاسخ سلولی تولید میکنند.
Scope
این مدخل کلاسهای اصلی گیرندهها (گیرندههای جفتشونده با پروتئین G، گیرندههای تیروزین کیناز، و گیرندههای درونسلولی)، اجزای واسطهای که سیگنالها را منتشر میکنند (پروتئینهای G، پروتئین کینازها و فسفاتازها، و GTPaseهای کوچک)، و اصول تقویت، یکپارچهسازی و خاتمه را پوشش میدهد. این موضوع سیگنالدهی را به عنوان یک مبحث مرجع در زیستشناسی سلولی بررسی میکند و راهنمای بالینی نیست.
Core questions
- چگونه یک گیرنده سیگنال خود را از پسزمینه مولکولی تشخیص میدهد؟
- چگونه یک رویداد اتصال در سطح به سیتوپلاسم و هسته منتقل میشود؟
- چگونه سیگنالها تقویت میشوند اما همچنان خاص باقی میمانند؟
- چگونه آبشارهای سیگنالدهی خاموش و بازنشانی میشوند؟
Key concepts
- اتصال لیگاند-گیرنده و ویژگی
- گیرندههای جفتشونده با پروتئین G
- گیرندههای تیروزین کیناز
- گیرندههای درونسلولی (هستهای)
- آبشارهای پروتئین کیناز
- سیگنالدهی MAP کیناز
- تقویت، یکپارچهسازی و خاتمه سیگنال
Key theories
- فسفریلاسیون برگشتپذیر پروتئین به عنوان یک سوئیچ سیگنالدهی
- پروتئین کینازها گروههای فسفات را اضافه میکنند و فسفاتازها آنها را حذف میکنند، و به عنوان سوئیچهای متضاد عمل میکنند که پروتئینهای سیگنالدهنده را روشن و خاموش میکنند؛ این تغییر کووالانسی برگشتپذیر یک مکانیسم مرکزی برای انتشار و تنظیم سیگنالها است.
- سوئیچهای مولکولی GTPase
- پروتئینهای G هتروتریمری و کوچک بین حالتهای فعال متصل به GTP و غیرفعال متصل به GDP چرخه میکنند، با تنظیمکنندههایی که فعالسازی را ترویج میکنند یا هیدرولیز GTP را تسریع میبخشند، و کنترل روشن/خاموش زمانبندی شدهای را برای سیگنالدهی پاییندستی فراهم میکنند.
Mechanisms
یک مولکول سیگنالدهنده با ویژگی بالا به یک گیرنده متصل میشود. گیرندههای سطح سلول به دستههای اصلی تقسیم میشوند: گیرندههای جفتشونده با پروتئین G، پروتئینهای G هتروتریمری را فعال میکنند که به عنوان سوئیچهای مولکولی عمل میکنند؛ گیرندههای تیروزین کیناز دیمریزه شده و خودفسفریله میشوند تا اثرگذارهای پاییندستی را جذب کنند؛ و سیگنالهای لیپوفیلیک از غشاء عبور میکنند تا به گیرندههای درونسلولی برسند که بر بیان ژن تأثیر میگذارند. در پاییندست، سیگنالها عمدتاً توسط فسفریلاسیون برگشتپذیر پروتئین منتشر میشوند، که در آن کینازها و فسفاتازها پروتئینهای هدف را روشن و خاموش میکنند، و توسط GTPaseهای کوچک که بین حالتهای متصل به GTP و GDP چرخه میکنند. آبشارهای چندلایه مانند مسیرهای MAP کیناز سیگنالها را تقویت و هدایت میکنند، در حالی که همین ساختار امکان یکپارچهسازی ورودیهای متعدد را فراهم میکند. درونیسازی گیرنده توسط اندوسیتوز، سیگنالدهی را به ترافیک متصل میکند و به خاتمه یا تغییر مسیر پاسخ کمک میکند. خاتمه — از طریق فعالیت فسفاتاز، هیدرولیز GTP، و تنظیم کاهشی گیرنده — سیستم را برای سیگنال بعدی بازنشانی میکند.
Clinical relevance
انتقال سیگنال نحوه پاسخ سلولها به هورمونها، فاکتورهای رشد، و انتقالدهندههای عصبی را کنترل میکند، و سیگنالدهی تغییریافته برای درک بسیاری از فرآیندهای بیماریزا حیاتی است، به همین دلیل گیرندهها و آنزیمهای سیگنالدهنده به طور گستردهای به عنوان اهداف دارویی مورد مطالعه قرار میگیرند. این مدخل مکانیسمهای سیگنالدهی را برای مرجع توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
مفهوم گیرنده و کشف cAMP به عنوان پیامرسان ثانویه در اواسط قرن بیستم، این موضوع را تثبیت کرد که سیگنالهای سطحی در داخل سلول منتقل میشوند. دهههای بعدی خانوادههای اصلی گیرندهها، نقش پروتئینهای G و سوئیچهای GTPase، و جایگاه مرکزی فسفریلاسیون برگشتپذیر پروتئین را روشن ساختند، با آبشارهای کیناز مانند مسیرهای MAP کیناز که به چارچوبهای سازماندهنده تبدیل شدند. کارهای اخیرتر سیگنالدهی را با ترافیک غشایی یکپارچه کرده و نشان دادند که اندوسیتوز مدت و مکان سیگنالها را شکل میدهد.
Key figures
- Tony Hunter
- Elliott M. Ross
- Mark von Zastrow
Related topics
Seminal works
- hunter-1995
- ross-wilkie-2000
Frequently asked questions
- گیرنده در سیگنالدهی سلولی چیست؟
- گیرنده پروتئینی است که به طور خاص به یک مولکول سیگنالدهنده متصل میشود و پس از اتصال، یک پاسخ درونسلولی را آغاز میکند؛ گیرندهها ممکن است در غشای پلاسمایی یا درون سلول قرار گیرند، بسته به اینکه آیا سیگنال میتواند از غشاء عبور کند یا خیر.
- چگونه سیگنالها در داخل سلول تقویت میشوند؟
- هر گیرنده فعال شده میتواند مولکولهای پاییندستی زیادی را تحریک کند، و آبشارهای کیناز چندلایه و پیامرسانهای ثانویه اثر را چند برابر میکنند، بنابراین تعداد کمی از رویدادهای اتصال میتوانند یک پاسخ سلولی بزرگ تولید کنند.