หลักการของการส่งสัญญาณของเซลล์

ในการส่งสัญญาณของเซลล์ในเส้นทางที่หลากหลาย มีหลักการร่วมกันดังนี้: สัญญาณ, ตัวรับ, การถ่ายทอด, การตอบสนอง, และกลไกที่รับรองความจำเพาะเจาะจงและการหยุดทำงาน

Definition

หลักการของการส่งสัญญาณของเซลล์คือกฎทั่วไปที่ควบคุมการสื่อสารของเซลล์: โมเลกุลส่งสัญญาณจับกับตัวรับ ซึ่งจะถ่ายทอดสัญญาณไปสู่การตอบสนองภายในเซลล์ที่ถูกขยาย บูรณาการ และในที่สุดก็ยุติลง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมตรรกะทั่วไปของการสื่อสารระหว่างเซลล์ รวมถึงรูปแบบการส่งสัญญาณตามระยะทาง บทบาทของตัวรับและลิแกนด์ แนวคิดของการขยายสัญญาณและปฏิกิริยาย้อนกลับ และวิธีที่เซลล์บรรลุความจำเพาะเจาะจง การบูรณาการ การปรับตัว และการยุติสัญญาณ

Core questions

• รูปแบบหลักของการส่งสัญญาณตามระยะทางระหว่างเซลล์มีอะไรบ้าง?
• โมเลกุลส่งสัญญาณเพียงตัวเดียวสร้างการตอบสนองขนาดใหญ่ได้อย่างไร?
• เซลล์บรรลุความจำเพาะเจาะจงได้อย่างไรเมื่อเส้นทางสัญญาณหลายเส้นทางใช้ส่วนประกอบร่วมกัน?
• การตอบสนองของสัญญาณถูกยุติและปรับเปลี่ยนไปตามกาลเวลาได้อย่างไร?

Key theories

ตรรกะของตัวรับ–ตัวถ่ายทอด–ตัวกระตุ้น

เส้นทางการส่งสัญญาณถูกจัดระเบียบโดยตัวรับที่จับกับลิแกนด์ซึ่งกระตุ้นโปรตีนถ่ายทอดภายในเซลล์ ซึ่งจะออกฤทธิ์กับตัวกระตุ้น โดยมีการขยายสัญญาณ ปฏิกิริยาย้อนกลับ และการยุติสัญญาณที่กำหนดรูปแบบการตอบสนอง

Mechanisms

เซลล์ส่งสัญญาณในระยะทางที่แตกต่างกัน: สัญญาณแบบต่อมไร้ท่อ (endocrine signals) เดินทางผ่านกระแสเลือด สัญญาณแบบพาราคริน (paracrine signals) ออกฤทธิ์กับเซลล์ข้างเคียง สัญญาณแบบออโตคริน (autocrine signals) ออกฤทธิ์กับเซลล์ที่หลั่งสาร และสัญญาณแบบอาศัยการสัมผัส (contact-dependent signals) ต้องอาศัยการสัมผัสโดยตรงของเยื่อหุ้มเซลล์ สัญญาณจะถูกรับโดยตัวรับ ถ่ายทอดผ่านโมเลกุลถ่ายทอด และขยายสัญญาณเพื่อให้ตัวรับที่จับกับสารเพียงไม่กี่ตัวสามารถสร้างผลกระทบที่ใหญ่ได้ ความจำเพาะเจาะจงเกิดขึ้นจากการรวมกันของตัวรับและเส้นทางสัญญาณ รวมถึงโครงสร้างค้ำจุน (scaffolds) ในขณะที่วงจรปฏิกิริยาย้อนกลับ (feedback loops) วัฏจักร GTPase และการย่อยสลายให้เกิดการปรับตัวและการยุติสัญญาณ

Clinical relevance

หลักการเหล่านี้เป็นกรอบการทำงานที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับการตีความเส้นทางการส่งสัญญาณใดๆ และสำหรับการทำความเข้าใจว่าเซลล์ประสานพฤติกรรมในเนื้อเยื่อได้อย่างไร การนำเสนอในที่นี้เป็นการบรรยายเชิงพรรณนาและไม่เป็นการสั่งยาหรือแนะนำการรักษา

History

แนวคิดผู้ส่งสารตัวที่สอง (second-messenger concept) และการค้นพบโปรตีน G ได้สร้างตรรกะของตัวรับสู่ตัวกระตุ้น (receptor-to-effector logic) ในการส่งสัญญาณ; งานวิจัยในภายหลังเกี่ยวกับโดเมนการทำงานร่วมกันของโปรตีนแบบโมดูลาร์ (modular protein interaction domains) โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Pawson ได้อธิบายว่าสารเชิงซ้อนการส่งสัญญาณ (signaling complexes) ประกอบรวมกันด้วยความจำเพาะเจาะจงได้อย่างไร

Key figures

• Earl Sutherland
• Alfred Gilman
• Tony Pawson

Seminal works

• alberts2014
• cooper2019

Frequently asked questions

รูปแบบของการส่งสัญญาณของเซลล์มีอะไรบ้าง?

รูปแบบทั่วไปได้แก่ การส่งสัญญาณแบบต่อมไร้ท่อ (endocrine signaling) ผ่านกระแสเลือด, การส่งสัญญาณแบบพาราคริน (paracrine signaling) ไปยังเซลล์ข้างเคียง, การส่งสัญญาณแบบออโตคริน (autocrine signaling) กลับไปยังเซลล์เดียวกัน, และการส่งสัญญาณแบบอาศัยการสัมผัส (contact-dependent signaling) ที่ต้องอาศัยการสัมผัสโดยตรงระหว่างเซลล์

สัญญาณถูกปิดได้อย่างไร?

สัญญาณจะถูกยุติโดยการกำจัดลิแกนด์, การทำให้โมเลกุลถ่ายทอดไม่ทำงานผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การไฮโดรไลซิส GTP หรือการกำจัดหมู่ฟอสเฟต (dephosphorylation), และการย่อยสลายหรือการนำตัวรับเข้าสู่เซลล์ (internalizing receptors)