Механизмы и пути передачи сигнала
Передача сигнала — это совокупность молекулярных процессов, посредством которых клетка преобразует внеклеточный стимул, такой как гормон, фактор роста или нейромедиатор, в специфический внутриклеточный ответ. Эта область охватывает основные механизмы и пути, посредством которых сигналы воспринимаются на поверхности клетки, передаются и усиливаются внутри клетки, а также преобразуются в изменения метаболизма, экспрессии генов, движения или клеточной судьбы.
Definition
Передача сигнала — это процесс, посредством которого внеклеточный или внутриклеточный сигнал обнаруживается рецептором и распространяется через ряд молекулярных событий, часто включающих вторичные мессенджеры и обратимые модификации белков, для получения регулируемого клеточного ответа.
Scope
Эта область знакомит читателя с повторяющимися компонентами клеточной сигнализации: рецепторами, вторичными мессенджерами, обратимым фосфорилированием белков киназами и фосфатазами, гетеротримерными и малыми ГТФазами, а также каскадами протеинкиназ. Она рассматривает их как биохимические и молекулярные темы и ссылается на подробные тематические статьи (вторичные мессенджеры, фосфорилирование белков и киназы, сигнализация рецепторов, сопряженных с G-белками, каскады МАР-киназ и кальциевая сигнализация), а не служит клиническим руководством.
Sub-topics
Core questions
- Как клетка обнаруживает специфический сигнал среди множества конкурирующих стимулов?
- Как сигнал усиливается, передается и в конечном итоге выключается?
- Как общие сигнальные компоненты приводят к различным, контекстно-специфическим результатам?
Key concepts
- Рецептор
- Лиганд и первичный мессенджер
- Вторичный мессенджер
- Обратимое фосфорилирование белков
- Усиление сигнала
- Сигнальный каскад и сеть
- Прекращение сигнала и десенсибилизация
Mechanisms
Большинство путей начинаются, когда лиганд связывается с рецептором, либо на поверхности клетки (для гидрофильных сигналов), либо внутриклеточно (для мембранопроницаемых сигналов). Активированные рецепторы запускают последующие события посредством небольшого набора консервативных стратегий: генерация диффундирующих вторичных мессенджеров, таких как циклический АМФ, инозитолтрифосфат, диацилглицерол и ионы кальция; обратимое фосфорилирование целевых белков киназами, противодействующее фосфатазам; и конформационное переключение ГТФ-связывающих белков между активным и неактивным состояниями. Эти этапы усиливают исходный сигнал и позволяют интегрировать его в разветвленные сети, так что одни и те же компоненты могут давать разные результаты в зависимости от клеточного контекста.
Clinical relevance
Поскольку сигнальные пути регулируют пролиферацию, дифференцировку и выживание, их дисрегуляция лежит в основе многих заболеваний, и несколько классов лекарств действуют на сигнальные компоненты, такие как рецепторы и киназы. Эта область описывает механизмы на справочном уровне для поддержки понимания этой литературы; она не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.
Evidence & guidelines
Знания в этой области получены в результате биохимических, структурных и молекулярно-генетических исследований, а не клинических испытаний, поэтому подтверждающая литература состоит из первичных исследований и авторитетных обзоров и учебников, а не клинических рекомендаций.
History
Современная концепция передачи сигнала возникла во второй половине двадцатого века: открытие циклического АМФ Сазерлендом ввело идею вторичного мессенджера, Кребс и Фишер установили обратимое фосфорилирование как регуляторный механизм, а Родбелл и Гилман идентифицировали G-белки как трансдукторы. Работа Берриджа и Ирвина по инозитолтрифосфату расширила концепцию вторичных мессенджеров, а крупномасштабные исследования, такие как каталогизация кинома человека, позднее поместили эти механизмы в геномный контекст.
Key figures
- Martin Rodbell
- Alfred G. Gilman
- Edwin Krebs
- Edmond Fischer
- Michael Berridge
- Tony Hunter
Related topics
Seminal works
- berridge-1984
- manning-2002
- weng-1999
Frequently asked questions
- В чем разница между первичным и вторичным мессенджером?
- Первичный мессенджер — это внеклеточный сигнал, такой как гормон, который достигает клетки, тогда как вторичный мессенджер — это небольшая внутриклеточная молекула (например, циклический АМФ или кальций), генерируемая в ответ на активацию рецептора, которая передает и усиливает сигнал внутри клетки.
- Почему клетки используют многоступенчатые каскады, а не один шаг?
- Многоступенчатые каскады позволяют усиливать, интегрировать несколько входных сигналов и строго контролировать, где и когда происходит ответ, так что слабый или кратковременный стимул может вызвать большой, регулируемый и обратимый клеточный ответ.