În interiorul celulelor, liganzii se leagă de receptorii lor interni, ceea ce le permite să influențeze direct ADN-ul celulei și mașinăria producătoare de proteine. Prin transducția semnalului, receptorii din membrana celulară produc o varietate de efecte la nivelul celulei. Rezultatele căilor de semnalizare implicate în comunicarea celulară sunt extrem de variate și depind de tipul de celulă implicat, precum și de condițiile externe și interne. Ele pot include sinteza proteinelor, o modificare a metabolismului celular, diviziunea, creșterea sau chiar moartea celulei.
Expresia genelor
Unele căi de transducție a semnalului reglează transcripția ARN-ului. Altele reglează translația proteinelor din ARN mesager. Un exemplu de proteină care reglează translația este MAP-kinaza ERK. Calea MAP/ERK este un lanț de proteine celulare care transmit un semnal de la un receptor de la suprafața celulei către ADN-ul din nucleu. ERK este activat printr-o cascadă de fosforilare atunci când factorul de creștere epidermic (EGF) se leagă de receptorul său. După fosforilare, ERK pătrunde în nucleu și activează o protein-kinază, care, la rândul său, reglează translația proteinelor.
Un alt mecanism de reglare a genelor implică PKC, care este o proteină ce funcționează ca un inhibitor. Un inhibitor este o moleculă care se leagă de o proteină și previne ori reduce funcția acesteia. În acest caz, inhibitorul este proteina denumită Ik-B, care se leagă de proteina reglatoare NF-kB (simbolul k reprezintă litera grecească kappa). Atunci când Ik-B este legată de NF-kB, complexul nu poate pătrunde în nucleul celulei, dar atunci când Ik-B este fosforilată de PKC, proteina nu se mai poate lega de NF-kB, iar acesta din urmă (un factor de transcripție) poate pătrunde în nucleu și iniția transcripția. Așadar, în acest exemplu, efectul fosforilării este acela de a inactiva un inhibitor și de a activa astfel procesul de transcripție.
Comunicarea celulară: propagarea semnalului
În timpul transducției semnalului, o serie de proteine-releu din interiorul citoplasmei celulei-țintă activează proteinele-țintă [...]
Intensificarea metabolismului celular
Rezultatul altei căi de semnalizare afectează celulele musculare. Activarea receptorilor beta-adrenergici din celulele musculare de către adrenalină duce la creșterea cantității de APM ciclic (AMPc) din interiorul celulei. Cunoscută și sub denumirea de epinefrină, adrenalina este un hormon produs de glandele suprarenale care pregătește corpul pentru urgențele pe termen scurt.
AMPc activează PKA (protein-kinaza A), care apoi fosforilează două enzime. Prima enzimă promovează degradarea glicogenului prin activarea kinazei glicogen-fosforilazei (GPK), care apoi activează glicogen-fosforilaza (GP) ce catabolizează glicogenul până la monomerii de glucoză. Fosforilarea celei de a doua enzime, glicogen-sintaza (GS), inhibă abilitatea sa de a forma glicogen din glucoză.
În acest fel, o celulă musculară își obține glucoza prin degradarea glicogenului și inhibarea încorporării glucozei în glicogen, deci evitând astfel cicluri inutile de degradare și sinteză a glicogenului. Apoi glucoza este disponibilă pentru celula musculară în cazul unui influx brusc de adrenalină (reflexul „luptă sau fugi”).
Creșterea celulară
Căile de semnalizare celulară joacă un rol major și în diviziunea celulară. În mod normal, celulele nu se divid decât atunci când stimulate de semnale provenite de la alte celule. Lignazii care promovează creșterea celulară sunt denumiți factori de creștere. Majoritatea factorilor de creștere se leagă de receptori de pe suprafața celulelor ce sunt legați de tirozin-kinaze.
Acești receptori de suprafață se numesc receptori de tirozin-kinaze (RTX), iar activarea lor inițiază o cale de semnalizare ce include proteina G denumită RAS, care activează calea MAP-kinazei descrise mai sus. Apoi MAP-kinaza stimulează expresia proteinelor ce interacționează cu alte componente celulare pentru a iniția diviziunea celulară.
Moartea celulară
Atunci când o celulă este deteriorată, inutilă sau periculoasă pentru organism, ea poate declanșa un mecanism de moarte celulară programată sau apoptoză. Apoptoza permite celulei să moară într-o manieră controlată, care previne eliberarea unor molecule potențiale periculoase din interiorul celulei. Există mai multe punct de control interne care monitorizează sănătatea unei celule; dacă sunt observate anomalii, celula poate declanșa spontan procesul de apoptoză. Cu toate acestea, în unele cazuri, cum sunt infecțiile virale sau diviziunea necontrolată cauzată de cancer, punctele de control normale eșuează.
Semnalele din exterior pot și ele declanșa apoptoza. De exemplu, majoritatea celulelor animale normale au receptori ce interacționează cu matricea extracelulară – o rețea de glicoproteine care oferă suport structural pentru celulele din organism. Legarea receptorilor celulari de matricea extracelulară inițiază o serie de semnale în interiorul celulei. Totuși, dacă celula părăsește matricea extracelulară, semnalizarea încetează, iar celulă suferă apoptoza. Acest sistem împiedică celula să călătorească prin corp și să prolifereze necontrolat, așa cum se întâmplă în cazul celulelor tumorale aflate în metastază.
Un alt exemplu de semnalizare exterioară ce duce la apoptoză apare în timpul dezvoltării celulelor T. Celulele T (limfocitele T) sunt celule imunitare care se leagă de macromoleculele sau particulele străine și le marchează pentru a fi distruse de către sistemul imunitar. În mod normal, celulele T nu vizează celulele proprii organismului (un proces care ar putea duce la boli autoimune). Pentru a dobândi capacitatea de a face diferența între „self” (propriu) și „non-self” (străin), celulele T imature trec printr-o evaluare (screening) pentru a se determina dacă ele se leagă de proteinele proprii. Dacă receptorul celulei T imature se leagă de proteine self, celula T respectivă intră în apoptoză și este înlăturată din corp.
Apoptoza este esențială, de asemenea, pentru dezvoltarea embrionară normală. De exemplu, la vertebrate, primele stadii de dezvoltare includ formarea unui țesut între degetele membrelor. Pe parcursul dezvoltării normale, aceste celule inutile trebuie eliminate, permițând separarea completă a degetelor. Un mecanism de semnalizare celulară declanșează apoptoza, care distruge celulele dintre degetele aflate în curs de dezvoltare.
Terminarea semnalizării
Semnalizarea anormală observată adesea la celulele tumorale este o dovadă că încetarea semnalului la momentul potrivit este la fel de importantă ca și declanșarea sa. O metodă de stopare a unui semnal este degradarea sau îndepărtarea ligandului, astfel încât acesta să nu mai poată ajunge la receptor. Unul dintre motivele pentru care hormonii hidrofobi, precum estrogenul și testosteronul, declanșează evenimente de durată este faptul că ei se leagă de proteine transportoare. Aceste proteine permit moleculelor insolubile să devină solubile în sânge, dar ele și protejează hormonii împotriva degradării de către enzimele circulante.
În interiorul celulei, numeroase enzime diferite inversează modificările celulare rezultate în urma semnalizării celulare. De exemplu, fosfatazele sunt enzime care îndepărtează gruparea fosfat atașată proteinelor de către kinaze, printr-un proces denumit defosforilare. AMPc este degradat la AMP de către fosfodiesterază, iar eliberarea calciului din depozite este inversată de pompele de ioni de calciu localizate în membranele externe și interne ale celulei.
Sursa: OpenStax
Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi (2018). Cell Communication, din Biology for AP® Courses. Houston, Texas, S.U.A.: OpenStax. Preluat de pe https://openstax.org/books/biology-2e/pages/9-3-response-to-the-signal