Ugrás a tartalomhoz

Sejtbiológia

Balázs Margit (2011)

Debreceni Egyetem

6. fejezet - A sejt és környezete, jelátviteli folyamatok

6. fejezet - A sejt és környezete, jelátviteli folyamatok

A sejtek közötti jelátvitel

Az élő szervezetekben a sejtek anyagcseréjét, differenciálódását és működését a sejt genetikai anyagán kívül a sejt és környezete között lejátszódó kölcsönhatások határozzák meg. Az élő sejtek proliferációjának és differenciálódásának szabályozásában alapvető szerepet játszik a sejtmembrán, mint a rajta keresztül lejátszódó különböző jelátviteli folyamatok részese. A citoplazma membránnak a sejt és környezete közötti kommunikációban betöltött „aktív” szerepe a sejt működése szempontjából legalább annyira lényeges, mint a membrán „passzív” barrierfunkciója. A különböző jelátalakító és átvivő mechanizmusok a külső jeleket belső jelekké alakítják át, melyeket ún. másodlagos hírvivők (sok esetben hírvivő rendszerek) továbbítanak a sejt belseje felé. Azoknak az intracelluláris jelátviteli rendszereknek a tanulmányozására, melyek olyan fiziológiai folyamatokat szabályoznak, mint pl. sejtek közötti kommunikáció vagy a sejtek osztódás és differenciálódása az elmúlt két évtizedben fokozott figyelem irányult. A legtöbb jelátviteli folyamat a fehérjék számos típusát érinti, beleértve specifikus sejtfelszíni receptorokat, GTP-kötő fehérjéket, másodlagos hírvivő molekulákat létrehozó enzimeket, különböző protein-kinázokat, protein-foszfatázokat és célfehérjéket. A „szignál/jelátvivő és átalakító” fehérjék igen nagymértékű heterogenitást mutatnak. Szöveti expressziójuk mértéke is jelentősen eltér, specifikus intracelluláris vagy sejtfelszíni lokalizáció jellemzi őket. A ligand – receptor kölcsönhatást számos jól ismert biokémiai változás követi (pl. membránhoz kötött és a citoszolikus kinázok, foszfatázok működése, jelátviteli folyamatokban résztvevő fehérjék átalakulása). A biokémiai változások mellett, vagy azokat megelőzően (sokszor triggerelő jelleggel) a sejtmembránon keresztül történő információ átvitelben más mechanizmusok is felléphetnek, mint pl. a membránfluiditásának és/vagy (egyes molekulákra vagy ionokra vonatkoztatva) permeabilitásának megváltozása. Ezek a változások tükröződhetnek többek között a

  • membránpotenciál rövidebb-hosszabb ideig tartó megváltozásában

  • intracelluláris Ca2+ ionkoncentráció növekedésében, ill. csökkenésében

  • membránfehérjék (melyek jelentős része receptor vagy ligandkötő funkciót töltenek be) hozzáférhetőségének, konformációs és/vagy asszociációs állapotainak módosulásában.

A sejtek közötti jelátvitel feltétele a környezetből érkező extracelluláris jelek (hírvivő molekulák, pl. hormonok, neurotranszmitterek, növekedési faktorok és más kémiai anyagok) érzékelése és továbbítása az intracelluláris tér megfelelő helyére.

6.1. ábra - Jelátvitel az extracelluláris térből az intracelluláris térbe

Jelátvitel az extracelluláris térből az intracelluláris térbe

A jelátvitel specifikusságának alapja a ligand (hírvivő molekula) – receptor kölcsönhatás, térszerkezetbeli komplementaritás

Azt a több lépcsős folyamatot, melyben a jelek/szignálok hatására a sejtválasz létrejön, jelátvitelnek (szignál transzdukciónak) nevezzük.

6.2. ábra - Extracelluláris hírvivő molekula által aktivált intracelluláris jelátviteli folyamat sematikus ábrája

Extracelluláris hírvivő molekula által aktivált intracelluláris jelátviteli folyamat sematikus ábrája

A jelátvitelben szerepet játszó molekulákat, melyek az extracelluláris jeleket érzékelik; receptoroknak nevezzük. A receptorok olyan egyedi szerkezeti sajátosságokkal rendelkező fehérje molekulák, melyek a hírvivő molekulák felismerésére és megkötésére specializálódtak. A receptorok különböző sejteken történő eltérő eloszlása biztosítja azt, hogy minden sejt a megfelelő jelekre reagáljon. A másodlagos hírvivő és effektor molekulák a jelek átalakításáért, felerősítéséről és sejtválaszra történő lefordításáért felelősek.

6.3. ábra - Jelátviteli útvonalak

Jelátviteli útvonalak

Másodlagos jelátvivők:

  • Ciklikus AMP = cAMP

  • Ciklikus GMP = cGMP

  • Inozitol triszfoszfát = IP3

  • Diacilglicerin = DAG

  • Ca2+ ion

A hírvivő molekulákon alapuló jelátvitelnek 6 fő lépése van:

  • a jeladó sejt által a jelmolekula szintézise

  • a jelmolekula megjelenése (kifejezése) a sejtmembránban, vagy kibocsátása az extracelluláris térbe

  • a hírvivő molekula transzportja a célsejthez

  • a jel felismerése és értelmezése a célsejt által, melyet a megfelelő sejtválasz követ, ez megnyilvánulhat metabolitikus folyamatok, génexpresszió megváltozásában

  • a hírvivő molekula, vagy a receptor inaktiválása, melynek eredménye a sejtválasz leállítása

(Forrás: Sejtbiológia Szerk. Szabó Gábor, fejezet szerzője: Vereb György, 423.oldal)

A fenti folyamatokon kívül a receptoroknak fontos szerepe van a külvilágból érkező jelek dekódolásában is, jelentős feladatuk a külvilági fizikai jelek/ingerek (fény, hő), különböző toxinok, gyógyszerek, bioaktív anyagok hatásainak közvetítése is. A gyógyszerkutatás egyik fontos területe a receptorok működésének tanulmányozása, melyeken keresztül a gyógyszermolekulák a bizonyos sejtműködéseket specifikusan képesek befolyásolni.

A fenti folyamatok előfordulása:

  • magasabbrendű, soksejtű élőlények sejtjei között

  • mikroorganizmusok (élesztő, nyálkagombák, egysejtűek)