Truyền tín hiệu và các thụ thể

Truyền tín hiệu là tập hợp các quá trình mà một tế bào phát hiện tín hiệu bên ngoài và chuyển đổi nó thành phản ứng nội bào. Một phân tử tín hiệu liên kết với một thụ thể — trên bề mặt tế bào hoặc bên trong tế bào — khởi đầu một chuỗi các sự kiện phân tử truyền, khuếch đại và tích hợp thông tin trước khi tế bào phản ứng. Các thụ thể là điểm khởi đầu của sự chuyển đổi này, mang lại cho tế bào tính đặc hiệu để phản ứng với các tín hiệu cụ thể.

Definition

Truyền tín hiệu là quá trình chuyển đổi một kích thích ngoại bào hoặc nội bào, được phát hiện bởi một thụ thể đặc hiệu, thành một chuỗi các sự kiện sinh hóa nội bào tạo ra phản ứng của tế bào.

Scope

Mục này bao gồm các lớp thụ thể chính (thụ thể cặp đôi với protein G, thụ thể tyrosine kinase và thụ thể nội bào), các thành phần chuyển tiếp tín hiệu (protein G, protein kinase và phosphatase, và GTPase nhỏ), cùng với các nguyên tắc khuếch đại, tích hợp và chấm dứt tín hiệu. Nó xem xét truyền tín hiệu như một chủ đề tham khảo trong sinh học tế bào và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào một thụ thể phân biệt tín hiệu của nó với nền phân tử?
• Làm thế nào một sự kiện liên kết trên bề mặt được truyền vào tế bào chất và nhân?
• Làm thế nào các tín hiệu được khuếch đại nhưng vẫn giữ được tính đặc hiệu?
• Làm thế nào các chuỗi thác tín hiệu được tắt và đặt lại?

Key concepts

• Liên kết ligand-thụ thể và tính đặc hiệu
• Thụ thể cặp đôi với protein G
• Thụ thể tyrosine kinase
• Thụ thể nội bào (nhân)
• Chuỗi thác protein kinase
• Truyền tín hiệu MAP kinase
• Khuếch đại, tích hợp và chấm dứt tín hiệu

Key theories

Phosphoryl hóa protein thuận nghịch như một công tắc tín hiệu

Protein kinase thêm và phosphatase loại bỏ các nhóm phosphate, hoạt động như các công tắc đối lập bật và tắt các protein tín hiệu; sự biến đổi cộng hóa trị thuận nghịch này là một cơ chế trung tâm để truyền và điều hòa tín hiệu.

Công tắc phân tử GTPase

Các protein G dị tam phân và nhỏ luân chuyển giữa trạng thái hoạt động liên kết GTP và trạng thái không hoạt động liên kết GDP, với các yếu tố điều hòa thúc đẩy kích hoạt hoặc tăng tốc thủy phân GTP, cung cấp kiểm soát bật/tắt tín hiệu hạ nguồn theo thời gian.

Mechanisms

Một phân tử tín hiệu liên kết với thụ thể với tính đặc hiệu cao. Các thụ thể trên bề mặt tế bào thuộc các lớp chính: thụ thể cặp đôi với protein G kích hoạt các protein G dị tam phân hoạt động như các công tắc phân tử; thụ thể tyrosine kinase dime hóa và tự phosphoryl hóa để tuyển mộ các yếu tố tác động hạ nguồn; và các tín hiệu ưa lipid đi qua màng để tiếp cận các thụ thể nội bào tác động lên biểu hiện gen. Ở hạ nguồn, tín hiệu được truyền đi chủ yếu bằng quá trình phosphoryl hóa protein thuận nghịch, trong đó kinase và phosphatase bật và tắt các protein đích, và bởi các GTPase nhỏ luân chuyển giữa trạng thái liên kết GTP và GDP. Các chuỗi thác nhiều tầng như con đường MAP kinase khuếch đại và định tuyến tín hiệu, trong khi cùng một kiến trúc cho phép tích hợp nhiều đầu vào. Nội hóa thụ thể bằng quá trình nội bào liên kết tín hiệu với vận chuyển và giúp chấm dứt hoặc chuyển hướng phản ứng. Sự chấm dứt — thông qua hoạt động của phosphatase, thủy phân GTP và điều hòa giảm thụ thể — đặt lại hệ thống cho tín hiệu tiếp theo.

Clinical relevance

Truyền tín hiệu điều chỉnh cách tế bào phản ứng với hormone, yếu tố tăng trưởng và chất dẫn truyền thần kinh, và tín hiệu bị thay đổi là trung tâm để hiểu nhiều quá trình bệnh lý, đó là lý do tại sao các thụ thể và enzyme truyền tín hiệu được nghiên cứu rộng rãi như các mục tiêu thuốc. Mục này mô tả các cơ chế truyền tín hiệu để tham khảo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Khái niệm thụ thể và sự khám phá cyclic AMP như một chất truyền tin thứ hai vào giữa thế kỷ XX đã xác lập rằng các tín hiệu bề mặt được truyền vào bên trong tế bào. Các thập kỷ tiếp theo đã làm rõ các họ thụ thể chính, vai trò của protein G và các công tắc GTPase, và vị trí trung tâm của quá trình phosphoryl hóa protein thuận nghịch, với các chuỗi thác kinase như con đường MAP kinase trở thành các khung tổ chức. Công trình gần đây hơn đã tích hợp tín hiệu với vận chuyển màng, cho thấy rằng quá trình nội bào định hình thời gian và vị trí của tín hiệu.

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

Thụ thể trong truyền tín hiệu tế bào là gì?

Thụ thể là một protein liên kết đặc hiệu với một phân tử tín hiệu và, khi liên kết, khởi đầu một phản ứng nội bào; các thụ thể có thể nằm trong màng plasma hoặc bên trong tế bào tùy thuộc vào việc tín hiệu có thể đi qua màng hay không.

Tín hiệu được khuếch đại bên trong tế bào như thế nào?

Mỗi thụ thể được kích hoạt có thể kích hoạt nhiều phân tử hạ nguồn, và các chuỗi thác kinase nhiều tầng cùng các chất truyền tin thứ hai nhân lên hiệu ứng, do đó một số lượng nhỏ các sự kiện liên kết có thể tạo ra một phản ứng tế bào lớn.