Tín hiệu phản ứng căng thẳng tế bào
Tín hiệu phản ứng căng thẳng tế bào là tập hợp các con đường phân tử được bảo tồn mà qua đó các tế bào cảm nhận sự sai lệch so với trạng thái cân bằng nội môi — chẳng hạn như thiếu oxy, tích tụ protein bị gập sai, tổn thương oxy hóa hoặc nhiệt độ tăng cao — và tạo ra các phản ứng thích nghi để bảo vệ tế bào hoặc, khi tổn thương không thể khắc phục, khiến tế bào chết. Các con đường này có chung một logic: một cảm biến phát hiện sự nhiễu loạn, một tín hiệu được truyền đi, và một chương trình phiên mã hoặc sau phiên mã được kích hoạt để khôi phục sự cân bằng.
Definition
Tín hiệu phản ứng căng thẳng tế bào đề cập đến các mạng lưới truyền tín hiệu phát hiện các yếu tố gây căng thẳng sinh lý hoặc môi trường và truyền chúng thành các chương trình bảo vệ tế bào thích nghi, từ cảm ứng phiên mã của các gen bảo vệ đến tái lập trình dịch mã và, khi sự thích nghi thất bại, cái chết tế bào được điều hòa.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc đến các hệ thống tín hiệu phản ứng căng thẳng chính được coi là các chủ đề: tín hiệu thiếu oxy thông qua các yếu tố gây thiếu oxy, phản ứng protein không gập đúng với căng thẳng lưới nội chất, căng thẳng oxy hóa và tín hiệu oxy hóa khử, và phản ứng sốc nhiệt với các chaperone phân tử của nó. Nó định hình cách mỗi hệ thống phù hợp trong truyền tín hiệu; các cơ chế chi tiết nằm trong các mục chủ đề riêng lẻ.
Sub-topics
Core questions
- Làm thế nào các tế bào phân biệt một sự nhiễu loạn có thể chịu đựng được với một sự nhiễu loạn cần một phản ứng bảo vệ hoặc cuối cùng?
- Những cảm biến và bộ chuyển đổi nào chuyển đổi một căng thẳng vật lý hoặc hóa học thành một chương trình phiên mã hoặc dịch mã xác định?
- Làm thế nào các con đường căng thẳng khác nhau chia sẻ các thành phần và hội tụ vào các số phận chung như thích nghi, lão hóa hoặc apoptosis?
Key concepts
- Cân bằng nội môi và thích nghi
- Cảm biến và bộ chuyển đổi căng thẳng
- Tái lập trình phiên mã
- Suy giảm dịch mã
- Phản ứng thích nghi so với phản ứng cuối cùng
- Sự tương tác giữa các con đường căng thẳng
Key theories
- Mạng lưới proteostasis
- Quan điểm cho rằng cân bằng nội môi protein được duy trì bởi một mạng lưới liên kết của các chaperone, cơ chế gập, vận chuyển và phân hủy, mà khả năng của nó được điều chỉnh động bởi tín hiệu phản ứng căng thẳng và sự sụp đổ của nó là nguyên nhân của nhiều bệnh thoái hóa.
- Proteome căng thẳng tối thiểu được bảo tồn
- Đề xuất, từ phân tích so sánh giữa các loài, rằng một tập hợp cốt lõi các protein và con đường phản ứng căng thẳng được bảo tồn về mặt tiến hóa và tạo thành hệ thống phòng thủ phổ quát của tế bào chống lại tổn thương đại phân tử.
Mechanisms
Trong các hệ thống phản ứng căng thẳng, một kiến trúc lặp lại xuất hiện: một cảm biến chuyên dụng giám sát một biến cân bằng nội môi cụ thể, và khi biến đó vượt quá giới hạn chịu đựng, cảm biến thay đổi trạng thái và truyền tín hiệu. Trong cảm biến oxy, các prolyl hydroxylase liên kết sự sẵn có của oxy với sự ổn định của các yếu tố gây thiếu oxy; trong lưới nội chất, các cảm biến xuyên màng phát hiện tải lượng protein không gập đúng; các cysteine nhạy cảm với oxy hóa khử chuyển đổi các loại oxy phản ứng thành sự hoạt hóa yếu tố phiên mã; và yếu tố sốc nhiệt được giải phóng để thúc đẩy biểu hiện chaperone khi các protein bị gập sai tích tụ. Các chương trình hạ nguồn thường chồng chéo, chia sẻ các chaperone, kinase và yếu tố phiên mã, cho phép một tế bào tích hợp nhiều căng thẳng thành một quyết định có cấp độ giữa việc khôi phục cân bằng nội môi và kích hoạt cái chết.
Clinical relevance
Tín hiệu phản ứng căng thẳng có liên quan đến các bệnh thiếu máu cục bộ, thoái hóa thần kinh, chuyển hóa, viêm và tân sinh, bởi vì các khối u, mô thiếu máu cục bộ và các tế bào thần kinh thoái hóa đều kích hoạt các con đường này. Lĩnh vực này được trình bày để giải thích cách các hệ thống tín hiệu này hoạt động và tại sao chúng lặp lại trong sinh học bệnh tật; nó mô tả các cơ chế và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
History
Các con đường thành phần được phát hiện độc lập trong suốt cuối thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI — phản ứng sốc nhiệt vào những năm 1960-1980, yếu tố gây thiếu oxy vào những năm 1990, và phản ứng protein không gập đúng và tín hiệu oxy hóa khử trong một khoảng thời gian tương tự — và sau đó được công nhận là các biến thể của một chủ đề chung về giám sát cân bằng nội môi. Công trình so sánh đã tổng hợp chúng thành khái niệm về một phản ứng căng thẳng tế bào được bảo tồn.
Key figures
- Gregg L. Semenza
- Peter Walter
- David Ron
- Richard I. Morimoto
Related topics
Seminal works
- kultz-2005
- balch-2008
Frequently asked questions
- Điều gì thống nhất các phản ứng căng thẳng tế bào khác nhau?
- Mỗi phản ứng tuân theo logic cảm biến-bộ chuyển đổi-bộ thực thi để phát hiện một sự rối loạn cân bằng nội môi cụ thể và kích hoạt một chương trình bảo vệ, và các con đường này chia sẻ nhiều thành phần, cho phép tế bào tích hợp một số căng thẳng thành một quyết định thích nghi hoặc cuối cùng duy nhất.
- Khi nào một phản ứng căng thẳng trở nên có hại thay vì bảo vệ?
- Khi căng thẳng nghiêm trọng hoặc kéo dài vượt quá khả năng thích nghi của con đường, cùng một tín hiệu ban đầu bảo vệ tế bào có thể chuyển sang thúc đẩy sự lão hóa hoặc cái chết tế bào được điều hòa.