HÜCRE ILETIŞIMI: TÜRLERI, ÖNEMI, ÖRNEKLERI - BIYOLOJI - 2025

Hücresel iletişim da hücreler arası iletişim adlandırılan, hücre-dışı sinyal molekülleri iletimidir. Bu moleküller, sinyal üreten bir hücreden başlar ve hedef hücredeki reseptörlere bağlanarak spesifik bir yanıt üretir.

Sinyal molekülü, küçük bir molekül (örneğin: bir amino asit), bir peptit veya bir protein olabilir. Bu nedenle kimyasal olan iletişim, tek hücreli ve çok hücreli organizmaların bir özelliğidir.

Kaynak: Pixabay.com

Bakterilerde sinyal molekülleri bakteriyel feromonlardır. Yatay gen transferi, biyolüminesans, biyofilm oluşumu, antibiyotik üretimi ve patojenik faktörler gibi işlevler için bunlar gereklidir.

Çok hücreli organizmalarda hücresel iletişim, bitişik hücreler arasında veya ayrı hücreler arasında gerçekleşebilir. İkinci durumda, sinyal molekülleri yayılmalı ve uzun mesafeler kat etmelidir. Sinyallerin işlevleri arasında gen ifadesi, morfolojisi ve hücre hareketindeki değişiklikler yer alır.

Hücre iletişimi, ektozomlar ve eksozomlar olarak adlandırılan hücre dışı veziküller (EV) tarafından da gerçekleştirilebilir. EV'lerin bazı işlevleri şunlardır: lenfositlerin ve makrofajların modülasyonu; sinaptik fonksiyonun kontrolü; kan damarlarında ve kalpte pıhtılaşma ve anjiyogenez; ve RNA değişimi.

Türler (sistemler / mekanizmalar)

Bakterilerde, yalnızca bakteri popülasyonunun yoğunluğu yüksek olduğunda ortaya çıkan davranışlardan oluşan çekirdek algılama adı verilen bir tür hücresel iletişim vardır. Çekirdek algılama, otoindüktör olarak adlandırılan yüksek konsantrasyonlarda sinyal moleküllerinin üretilmesini, salınmasını ve ardından tespit edilmesini içerir.

T. brucei gibi tek hücreli ökaryotlarda çekirdek algılama da vardır. Mayalarda cinsel davranış ve hücre farklılaşması feromon iletişimine ve çevresel değişikliklere yanıt olarak meydana gelir.

Bitkilerde ve hayvanlarda hormonlar, nörotransmiterler, büyüme faktörleri veya gazlar gibi hücre dışı sinyal moleküllerinin kullanımı, sinyal molekülünün sentezini, salınmasını, hedef hücreye taşınmasını, tespitini içeren önemli bir iletişim türüdür. sinyal ve özel yanıt.

Hayvanlarda sinyal molekülünün taşınması ile ilgili olarak, molekülün etki mesafesi iki tip sinyali belirler: 1) sırasıyla aynı hücre ve yakındaki hücreler üzerinde hareket eden otokrin ve parakrin; ve 2) uzak hedef hücreye etki eden ve kan dolaşımı ile taşınan endokrin.

Hücre dışı veziküller ile hücresel iletişim, ökaryotik organizmalarda ve Archaea'da önemli bir hücresel iletişim türüdür.

Tek hücreli ökaryotik veya bakteri popülasyonu büyüdükçe, hücrelerde bir etki üretebilen indükleyici konsantrasyonunu üreten yeterli sayıda hücreye veya çoğunluğa ulaşır. Bu bir sayım mekanizması oluşturur.

Bakterilerde üç tür çekirdek algılama sistemi bilinmektedir: biri gram negatiftir; diğeri gram pozitif; diğeri gram negatif Vibrio harveyi üzerinde.

Gram negatif bakterilerde, otoindüktör asillenmiş homoserin laktondur. Bu madde, LuxI tipi enzim tarafından sentezlenir ve hücre dışı ve hücre içi boşlukta birikerek zardan pasif olarak yayılır. Uyarıcı konsantrasyona ulaşıldığında, QS tarafından düzenlenen genlerin transkripsiyonu etkinleştirilir.

Gram negatif bakterilerde, otoindükleyiciler, hücre dışı boşluğa gönderilen ve burada membran proteinleriyle birlikte etkileşime giren modifiye edilmiş peptitlerdir. DNA'ya bağlanan ve hedef genlerin transkripsiyonunu kontrol eden proteinleri aktive eden bir fosforilasyon kaskadı meydana gelir.

Vibrio harveyi, HAI-1 ve A1-2 olarak adlandırılan iki otoindüktör üretir. HAI-1, asillenmiş lakton homoserindir, ancak sentezi LuxI'ye bağlı değildir. A1-2, furanosil borat diesterdir. Her iki madde de diğer gram-negatif bakterilere benzer bir fosforilasyon kaskadı yoluyla etki eder. Bu tür QS, biyolüminesansı kontrol eder.

Kimyasal iletişim

Sinyal molekülünün veya ligandın reseptör proteinine spesifik bağlanması, spesifik bir hücresel yanıt üretir. Her hücre türünün belirli reseptör türleri vardır. Her ne kadar belirli bir reseptör tipi, farklı hücre tiplerinde de bulunabilir ve aynı liganda farklı tepkiler verebilir.

Sinyal molekülünün doğası, hücreye girmek için kullanılacak yolu belirler. Örneğin, steroidler gibi hidrofobik hormonlar, lipid çift tabakası boyunca yayılır ve spesifik genlerin ekspresyonunu düzenleyen kompleksler oluşturmak için reseptörlere bağlanır.

Nitrik oksit ve karbon monoksit gibi gazlar, membrandan yayılır ve genellikle siklik GMP üreten guanilil siklazı aktive eder. Sinyal moleküllerinin çoğu hidrofiliktir.

Reseptörleri hücre yüzeyinde bulunur. Reseptörler, hedef hücrenin davranışını değiştiren sinyal çeviricileri olarak işlev görür.

Hücre yüzeyi reseptörleri aşağıdakilere bölünür: a) G proteinine bağlı reseptörler; b) tirosin kinaz gibi enzim aktivitesine sahip reseptörler; ve c) iyon kanalı reseptörleri.

G proteinine bağlı reseptörlerin özellikleri

G proteinine bağlı reseptörler tüm ökaryotlarda bulunur. Genel olarak, bunlar, N-terminal bölgesi hücre dışına doğru ve C-terminal bölgesi hücre içine doğru olacak şekilde, zarı geçen yedi bölgeye sahip reseptörlerdir. Bu reseptörler, sinyalleri çeviren bir G proteini ile birleşir.

Ligand reseptöre bağlandığında, G proteini aktive olur. Bu da bir sinyal amplifikatörü olarak işlev gören siklik adenozin monofosfat (cAMP), araşidonik asit, diaçilgliserol veya inositol-3-fosfat olabilen ikinci bir hücre içi haberci üreten bir efektör enzimi aktive eder. ilk.

Protein G'nin üç alt birimi vardır: alfa, beta ve gama. G proteininin aktivasyonu, GDP'nin G proteininden ayrılmasını ve GTP'nin alfa alt birimine bağlanmasını içerir. G _alfa- GTP kompleksinde , beta ve gama alt birimlerinden ayrışırlar, özellikle efektör proteinlerle etkileşime girerek onları aktive ederler.

CAMP yolu, beta-adrenerjik reseptörler tarafından aktive edilebilir. CAMP, adenilil siklaz tarafından üretilir. Fosfoinositol yolu, muskarinik asetilkolin reseptörleri tarafından aktive edilir. Fosfolipaz C'yi aktive ederler. Araşidonik asit yolu histamin reseptörü tarafından aktive edilir. Fosfolipaz A2'yi aktive eder.

CAMP yolu

Ligandın reseptöre bağlanması, uyarıcı protein G (G _s GDP ye bağlı), GTP GDP değişimini ve G alfa alt-biriminin ayrılmasına neden olur _s beta ve gama alt-ünite. G _alfa- GTP kompleksi , bir adenil siklaz alanı ile birleşerek enzimi aktive eder ve ATP'den cAMP üretir.

CAMP, cAMP'ye bağımlı protein kinazın düzenleyici alt birimlerine bağlanır. Hücresel tepkileri düzenleyen proteinleri fosforile eden katalitik alt birimleri serbest bırakır. Bu yol, fosfodiesterazlar ve protein fosfatazlar olmak üzere iki tür enzim tarafından düzenlenir.

Fosfoinositol yolu

Ligandın reseptöre bağlanması , fosfolipaz C'yi (PLC) aktive eden G proteinini ( _Gq ) aktive eder. Bu enzim, fosfatidil inositol 1,4,5-bifosfatı (PIP ₂ ) iki ikinci haberciye, inositol 1,4,5-trifosfat (IP ₃ ) ve diaçilgliserol (DAG) olarak parçalar.

IP ₃ sitoplazmaya yayılır ve endoplazmik retikulumdaki reseptörlere bağlanarak Ca ⁺ 2'nin içeriden salınmasına neden olur . DAG, membranda kalır ve protein kinaz C'yi (PKC) aktive eder. Bazı PKC izoformları Ca ⁺² gerektirir .

Araşidonik asit yolu

Ligandın reseptöre bağlanması, fosfolipaz activate G proteininin, beta ve gama alt-birimlerini neden ₂ (PLA ₂ ). Bu enzim plazma membranında fosfatidilinositol (PI) hidrolize ederek, 5 ve 12-lipoksigenaz ve siklooksijenaz gibi farklı yollarla metabolize edilen araşidonik asidi serbest bırakır.

Reseptör tirozin kinazın özellikleri

Reseptör tirozin kinaz (RTK), hücre dışı düzenleyici alanlara ve hücre içi katalitik alanlara sahiptir. G proteinine bağlı reseptörden farklı olarak, reseptör tirozin kinazın polipeptit zinciri, plazma membranını yalnızca bir kez geçer.

Bir hormon veya büyüme faktörü olan ligandın düzenleyici alana bağlanması, iki reseptör alt biriminin birleşmesine neden olur. Bu, reseptörün bir tirozin kalıntısı üzerinde otofosforilasyonuna ve protein fosforilasyon kaskadlarının aktivasyonuna izin verir.

Reseptör tirozin kinazın (RTK) fosforile tirozin kalıntıları, aktive edilmiş reseptörü sinyal iletim yolunun bileşenlerine bağlayan adaptör proteinleriyle etkileşime girer. Adaptör proteinler, multiprotein sinyalleşme kompleksleri oluşturmaya yarar.

RTK, aşağıdakiler gibi farklı peptitlere bağlanır: epidermal büyüme faktörü; fibroblast büyüme faktörleri; beyin büyüme faktörleri; sinir büyüme faktörü; ve insülin.

Alıcıların genel özellikleri

Yüzey reseptörlerinin aktivasyonu, iki tip protein kinazı aktive ederek protein fosforilasyonunda değişiklikler üretir: tirosin kinaz ve serin ve treonin kinazlar.

Serin ve treonin kinazlar şunlardır: cAMP'ye bağlı protein kinaz; cGMP'ye bağlı protein kinaz; protein kinaz C; ve Ca ⁺² / Calmodulin bağımlı protein . Bu protein kinazlarda, cAMP'ye bağımlı kinaz haricinde, katalitik ve düzenleyici alan aynı polipeptit zinciri üzerinde bulunur.

İkinci haberci, bu serin ve treonin kinazlara bağlanarak onları aktive eder.

İyon kanalları olan reseptörlerin özellikleri

İyon kanalı reseptörleri aşağıdaki özelliklere sahiptir: a) iyonları iletirler; b) belirli iyonları tanıyın ve seçin; c) kimyasal, elektriksel veya mekanik sinyallere yanıt olarak açılır ve kapanır.

İyon kanalı reseptörleri bir monomer olabilir veya polipeptit zincirinin bölgeleri plazma membranını geçen heteroligomerler veya homoligomerler olabilir. Üç iyon kanalı ailesi vardır: a) ligand geçit kanalları; b) boşluk bağlantı kanalları; ve c) Na ⁺ -bağımlı voltaj kanalları .

İyon kanalı reseptörlerinin bazı örnekleri, merkezi sinir sistemindeki nöromüsküler bağlantı asetilkolin reseptörleri ve iyonotropik glutamat reseptörleri, NMDA ve NMDA olmayanlardır.

Hücre dışı veziküller aracılığıyla iletişim

Hücre dışı veziküller (EV), hücre ve hücre arasında biyolojik bilgilerin (RNA, enzimler, reaktif oksijen türleri, vb.) Aktarılmasından sorumlu olan ekzomlar ve ekzozomların bir karışımıdır. Her iki vezikülün kökeni farklıdır.

Ektozomlar, plazma zarından filizlenerek üretilen ve ardından bunların ayrılması ve hücre dışı boşluğa bırakılmasıyla üretilen veziküllerdir.

İlk olarak, zar proteinlerinin ayrı alanlar halinde kümelenmesi gerçekleşir. Daha sonra protein lipit tutturucuları lümende sitozolik proteinleri ve RNA'yı biriktirir ve böylece tomurcuğu büyütür.

Ekzozomlar, çok biçimli cisimlerden (MVB) oluşan ve ekzositozla hücre dışı boşluğa salınan veziküllerdir. MVB'ler, intralüminal veziküllerin (ILV'ler) bulunduğu geç endozomlardır. MVB'ler lizozomlara kaynaşabilir ve bozunma yoluna devam edebilir veya ILVS'yi ekzositoz yoluyla eksozomlar olarak serbest bırakabilir.

EV'ler, hedef hücre ile farklı şekillerde etkileşime girer: 1) EV zarının kaybolması ve içindeki aktif faktörlerin salınması; 2) EV'ler, kaynaştıkları hedef hücrenin yüzeyiyle temas kurarak içeriklerini sitozolde serbest bırakır; ve 3) EV'ler tamamen makropinositoz ve fagositoz tarafından yakalanır.

Önem

Hücreler arası iletişimin çok çeşitli işlevleri tek başına bunun önemini gösterir. Bazı örnekler, farklı hücresel iletişim türlerinin önemini göstermektedir.

- Yetersayı algılamanın önemi. QS, bir tür içindeki virülans veya farklı tür veya cinslerin mikroorganizmaları gibi çeşitli süreçleri düzenler. Örneğin, bir Staphylococcus aureus suşu, konakçıya bulaşmak için çekirdek algılamada bir sinyal molekülü kullanır ve diğer S. aureus suşlarının bunu yapmasını engeller.

- Kimyasal iletişimin önemi. Çok hücreli organizmaların hayatta kalması ve üreme başarısı için kimyasal işaretleme gereklidir.

Örneğin, çok hücreli gelişimi düzenleyen programlanmış hücre ölümü, tüm yapıları ortadan kaldırır ve belirli dokuların gelişmesine izin verir. Bütün bunlara trofik faktörler aracılık eder.

- Elektrikli Araçların Önemi. Diyabet, iltihaplanma ve nörodejeneratif ve kardiyovasküler hastalıklarda önemli rol oynarlar. Normal hücrelerin ve kanser hücrelerinin EV'leri büyük ölçüde farklılık gösterir. EV'ler, hedef hücrelerde kanser fenotipini destekleyen veya baskılayan faktörler taşıyabilir.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., vd. 2007. Hücrenin Moleküler Biyolojisi. Garland Bilimi, New York.
2. Bassler, BL 2002. Küçük Konuşma: Bakterilerde Hücreden Hücreye İletişim. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. ve Meldolesi, J. 2015. Ektozomlar ve eksozomlar: hücre dışı veziküller arasındaki karışıklığın atılması. Hücre Biyolojisindeki Eğilimler, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH ve Jessell, T., 2000. Principles of Neural Science. McGraw-Hill ABD.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Hücresel ve moleküler biyoloji. Editoryal Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksika, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Proteobakterilerde kimyasal iletişim: hücreler arası sinyalleşme için gerekli sinyal sentazları ve reseptörlerinin biyokimyasal ve yapısal çalışmaları. Moleküler Mikrobiyoloji, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. İletişim anahtarıdır. Hücre İletişimi ve Sinyalleşme. Editör, 1-4.