Faktor Pertumbuhan dan Jalur Pensinyalan Reseptor

Faktor pertumbuhan adalah protein pensinyalan yang disekresikan yang mengikat reseptor permukaan sel dan menginstruksikan sel untuk berproliferasi, bertahan hidup, bermigrasi, atau berdiferensiasi. Dalam perkembangan, serangkaian kecil jalur yang lestari — termasuk jalur tirosin kinase reseptor yang diaktifkan oleh faktor pertumbuhan fibroblas dan lainnya, bersama dengan Wnt, Hedgehog, Notch, dan superfamili TGF-beta/BMP — menyampaikan informasi antar sel dan jaringan. Dengan menggabungkan sinyal ekstraseluler dengan perubahan ekspresi gen, jalur pensinyalan faktor pertumbuhan dan reseptor mengoordinasikan konstruksi embrio.

Definition

Faktor pertumbuhan adalah polipeptida yang disekresikan yang mengikat reseptor permukaan sel spesifik untuk mengatur proliferasi, kelangsungan hidup, migrasi, dan diferensiasi sel; jalur pensinyalan reseptor adalah relai molekuler yang membawa sinyal yang dihasilkan dari reseptor ke efektor intraseluler dan perubahan ekspresi gen.

Scope

Entri ini mencakup bagaimana faktor pertumbuhan mengikat reseptornya, jalur pensinyalan perkembangan utama dan bagaimana mereka mentransduksi sinyal ke nukleus, serta prinsip-prinsip berulang dari penggunaan kembali jalur, integrasi, dan respons yang bergantung pada konteks. Ini memperlakukan pensinyalan perkembangan sebagai topik molekuler dan bersifat referensi serta edukasi, bukan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana faktor pertumbuhan mengaktifkan reseptor permukaan selnya?
• Apa saja jalur pensinyalan utama yang digunakan selama perkembangan?
• Bagaimana sinyal ekstraseluler ditransduksi menjadi perubahan ekspresi gen?
• Mengapa jalur yang sama digunakan kembali di banyak jaringan, dan bagaimana spesifisitas dicapai?

Key concepts

• Pengikatan ligan-reseptor dan aktivasi reseptor
• Tirosin kinase reseptor dan kaskade RAS-MAPK
• Pensinyalan Wnt/beta-catenin
• Pensinyalan Hedgehog
• Notch dan pensinyalan sel-ke-sel langsung
• Pensinyalan superfamili TGF-beta/BMP
• Integrasi sinyal dan respons yang bergantung pada konteks

Key theories

Transduksi sinyal tirosin kinase reseptor

Banyak faktor pertumbuhan bekerja melalui tirosin kinase reseptor, yang dimerisasi yang diinduksi ligan memicu autofosforilasi dan perekrutan efektor intraseluler, menyampaikan sinyal melalui kaskade seperti jalur RAS-MAPK untuk mengontrol ekspresi gen dan perilaku sel.

Perangkat jalur perkembangan yang lestari

Perkembangan bergantung pada serangkaian kecil jalur pensinyalan yang lestari — tirosin kinase reseptor/FGF, Wnt, Hedgehog, Notch, dan TGF-beta/BMP — yang digunakan kembali di seluruh jaringan dan tahapan, dengan konteks seluler menentukan respons.

Mechanisms

Pensinyalan faktor pertumbuhan dimulai ketika ligan yang disekresikan mengikat reseptor permukaan sel spesifik, mengubah konformasi atau keadaan oligomerisasi reseptor. Untuk tirosin kinase reseptor, pengikatan ligan mendorong dimerisasi reseptor dan autofosforilasi, menciptakan situs pengikatan yang merekrut protein adaptor dan efektor serta meluncurkan kaskade intraseluler seperti jalur RAS-MAPK, yang mengubah ekspresi gen. Jalur perkembangan lainnya menyampaikan sinyal dengan logika yang berbeda: ligan Wnt menstabilkan beta-catenin sehingga dapat masuk ke nukleus dan mengatur transkripsi; pensinyalan Hedgehog mengontrol pemrosesan dan aktivitas faktor transkripsi GLI; Notch diaktifkan oleh kontak langsung dengan ligan pada sel tetangga, melepaskan fragmen intraseluler yang mengatur transkripsi; dan superfamili TGF-beta/BMP memberi sinyal melalui reseptor serin/treonin kinase yang mengaktifkan faktor transkripsi SMAD. Di seluruh jalur ini, perangkat molekuler yang sama digunakan kembali di jaringan yang berbeda, dan spesifisitas muncul dari konteks seluler, kombinasi sinyal, dan umpan balik yang mengintegrasikan dan mengatur waktu respons.

Clinical relevance

Jalur faktor pertumbuhan yang membangun embrio juga terlibat dalam kelainan kongenital ketika bermutasi dan dalam kanker ketika tidak diatur, dan merupakan target minat biomedis yang intens. Entri ini menjelaskan mekanisme pensinyalan untuk referensi dan edukasi dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

Evidence & guidelines

Bukti berasal dari biokimia, biologi struktural, genetika, dan biologi sel dalam sistem model yang mendefinisikan ligan, reseptor, dan kaskade hilir, disintesis dalam literatur ulasan dan buku teks daripada pedoman klinis.

History

Identifikasi faktor pertumbuhan dan reseptornya pada paruh kedua abad kedua puluh menetapkan bahwa sel berkomunikasi melalui protein yang disekresikan yang bekerja pada reseptor permukaan. Penemuan bahwa banyak reseptor tersebut adalah tirosin kinase menghubungkan sinyal ekstraseluler ke kaskade intraseluler yang terdefinisi, dan diseksi genetik perkembangan pada lalat, cacing, dan vertebrata mengungkapkan bahwa serangkaian kecil jalur yang lestari — Wnt, Hedgehog, Notch, TGF-beta/BMP, dan pensinyalan tirosin kinase reseptor — digunakan kembali di seluruh embriogenesis.

Key figures

• Joseph Schlessinger
• Mark Lemmon
• Roel Nusse
• Spyros Artavanis-Tsakonas
• Norbert Perrimon

Seminal works

• lemmon-schlessinger-2010
• perrimon-2012
• artavanis-tsakonas-1999

Frequently asked questions

Bagaimana faktor pertumbuhan di luar sel mengubah gen apa yang diekspresikan sel?

Faktor pertumbuhan mengikat reseptor permukaan, yang mengaktifkan kaskade pensinyalan intraseluler yang berakhir dengan memodifikasi faktor transkripsi, sehingga sinyal ekstraseluler diubah langkah demi langkah menjadi perubahan ekspresi gen.

Mengapa begitu sedikit jalur pensinyalan mengontrol begitu banyak peristiwa perkembangan?

Serangkaian kecil jalur yang lestari digunakan kembali di jaringan dan tahapan yang berbeda, dan sinyal yang sama dapat menghasilkan hasil yang berbeda tergantung pada konteks sel, riwayat sebelumnya, dan kombinasi sinyal yang diterimanya.