Kalsiyum Sinyalizasyonu
Kalsiyum sinyalizasyonu, kalsiyum iyonunu neredeyse evrensel bir hücre içi haberci olarak kullanmaktadır. Hücreler sitoplazmada çok düşük bir serbest kalsiyum dinlenme konsantrasyonunu sürdürdükleri için, plazma membranı boyunca akış veya iç depolardan salınım yoluyla oluşan kontrollü bir artış, kas kasılmasından salgılamaya, gen ekspresyonundan hücre ölümüne kadar çeşitli süreçleri düzenleyen hızlı, çok yönlü bir sinyal görevi görmektedir.
Tanım
Kalsiyum sinyalizasyonu, hücre içi serbest kalsiyum iyon konsantrasyonundaki düzenlenmiş değişikliklerin kullanılmasıdır; bu değişiklikler plazma membranı kanalları aracılığıyla akış veya hücre içi depolardan salınım yoluyla üretilmekte ve kalsiyum bağlayıcı efektör proteinler aracılığıyla hücresel süreçleri kontrol etmek amacıyla gerçekleşmektedir.
Kapsam
Bu konu, hücre içi kalsiyumun kaynaklarını ve işlenmesini, kalsiyum sinyallerini şekillendiren kanalları, pompaları ve tamponları, inositol trifosfatın ve kalsiyum bağlayıcı proteinlerin rolünü ve kalsiyum yanıtlarının uzamsal ve zamansal düzenlenmesini kapsamaktadır. Sinyal iletim mekanizmaları içinde biyokimyasal ve moleküler bir konu olarak ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Hücreler, düşük dinlenme seviyesine karşı hızlı, lokalize kalsiyum artışlarını nasıl üretmektedir?
- Aynı iyon, bu kadar çok farklı süreci kontrol etmek için nasıl kullanılmaktadır?
- Kalsiyum sinyalleri uzayda ve zamanda nasıl şekillendirilmekte ve sonra nasıl sonlandırılmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Düşük dinlenme sitozolik kalsiyum
- İnositol trifosfat (IP3) reseptörü
- Riyanodin reseptörü
- Voltaj kapılı ve depodan-işletilen kalsiyum kanalları
- Kalsiyum pompaları ve değiştiricileri
- Kalmodulin ve kalsiyum bağlayıcı proteinler
- Kalsiyum salınımları ve dalgaları
Mekanizmalar
Hücreler, sitozolik serbest kalsiyumu plazma membranı boyunca dışarı ve endoplazmik veya sarkoplazmik retikuluma pompalayarak çok düşük seviyelerde tutmaktadır. Bir sinyal, kalsiyumu ya voltaj kapılı kanallar gibi plazma membranı kanallarını açarak ya da fosfolipaz C tarafından üretilen ikinci haberciye yanıt olarak açılan inositol trifosfat reseptörleri ve riyanodin reseptörleri aracılığıyla iç depolardan salarak yükseltmektedir. Ortaya çıkan artış, kalsiyum bağlayıcı proteinler, özellikle de kalsiyum bağlandığında kalsiyum/kalmodulin bağımlı kinazlar dahil olmak üzere aşağı akış enzimlerini aktive eden kalmodulin tarafından algılanmaktadır. İç depoların tükenmesi, bu depoları yeniden doldurmak için depodan-işletilen kalsiyum girişini (store-operated calcium entry) tetikleyebilmektedir. Sinyal, salınım kanalları, tamponlar ve alım sistemlerinin etkileşimiyle geçici yükselişler, salınımlar ve yayılan dalgalar şeklinde şekillendirilmekte ve pompalar ile değiştiriciler düşük dinlenme konsantrasyonunu geri yüklediğinde sonlandırılmaktadır. Düşük arka plan ve kontrollü salınımın bu kombinasyonu, aynı iyonun birçok farklı mesajı kodlamasına olanak tanımaktadır.
Klinik önem
Kalsiyumun işlenmesi, kas ve sinir gibi uyarılabilir dokular için temel öneme sahiptir ve kalsiyum sinyalizasyonundaki bozukluklar çok sayıda hastalık sürecinde rol oynamaktadır. Bu madde, mekanizmaları referans düzeyinde tanımlamakta olup, bireysel tanı veya tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Kalsiyum sinyalizasyonuna ilişkin anlayış, klinik uygulama kılavuzlarından ziyade biyofiziksel, biyokimyasal ve görüntüleme araştırmalarına, yetkili derlemelere ve ders kitaplarına dayanmaktadır.
Tarihçe
Hücre içi kalsiyumdaki bir artışın fizyolojik yanıtları tetiklediği anlayışı, kas kasılmasının klasik çalışmalarıyla başlamış ve Berridge ile Irvine'in inositol trifosfatı iç depolardan kalsiyum salgılayan ikinci haberci olarak tanımlamasıyla genişlemiştir. Sonraki çalışmalar, ilgili kanalları, pompaları ve kalsiyum bağlayıcı proteinleri karakterize etmiş ve kalsiyum sinyallerinin zengin uzamsal ve zamansal düzenlenmesini bilginin kodlanması için bir araç olarak ortaya koymuştur.
Öne çıkan isimler
- Michael Berridge
- David Clapham
- William Catterall
- Robin Irvine
İlgili konular
Temel eserler
- berridge-2000
- berridge-1984
- clapham-2007
Sıkça sorulan sorular
- Hücreler neden dinlenme kalsiyum seviyesini bu kadar düşük tutmaktadır?
- Düşük bir dinlenme seviyesi, küçük bir akış veya salınımın bile büyük bir göreceli değişiklik üreterek hızlı, yüksek kontrastlı bir sinyal vermesi anlamına gelmektedir; ayrıca, kronik olarak yüksek kalsiyum toksik olduğundan ve hücre ölümünü tetikleyebildiğinden hücreyi korumaktadır.
- Tek bir iyon bu kadar çok farklı yanıtı nasıl kontrol edebilmektedir?
- Hücreler, kalsiyum değişikliklerinin konumunda, genliğinde, zamanlamasında ve frekansında bilgi kodlamakta ve bunları farklı kalsiyum bağlayıcı proteinlerle okumaktadır; böylece aynı iyon, bağlama bağlı olarak kasılmayı, salgılamayı, gen ekspresyonunu veya diğer sonuçları seçici olarak tetikleyebilmektedir.