Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В биологии , клеточной сигнализации ( передачи сигналов клетки в британском английском ), или связи клетка-клетка, регулирует основные направления деятельности клеток и координирует действия нескольких клеток. [1] сигнал является объектом , который кодирует или транспортирует информацию . Биологические процессы - это сложные молекулярные взаимодействия, которые включают множество сигналов. Способность клеток воспринимать свое микроокружение и правильно реагировать на него является основой развития , восстановления тканей и иммунитета , а также нормального гомеостаза тканей.. Ошибки в сигнальных взаимодействиях и обработке клеточной информации могут вызывать такие заболевания, как рак , аутоиммунитет и диабет . [2] [3] [4] Понимая передачу сигналов клетками, клиницисты могут более эффективно лечить заболевания и, теоретически, исследователи могут создавать искусственные ткани. [5]

Все клетки принимают сигналы из своего окружения и реагируют на них. Это достигается с помощью множества сигнальных молекул, которые секретируются или экспрессируются на поверхности одной клетки и связываются с рецептором, экспрессируемым другими клетками, тем самым интегрируя и координируя функцию множества отдельных клеток, составляющих организмы. Каждая клетка запрограммирована на реакцию на определенные внеклеточные сигнальные молекулы. Внеклеточная передача сигналов обычно включает в себя следующие этапы:

  1. Синтез и высвобождение сигнальной молекулы сигнальной клеткой ;
  2. Транспортировка сигнала к целевой клетке ;
  3. Связывание сигнала определенным рецептором, приводящее к его активации ;
  4. Инициирование путей передачи сигнала. [6]

Сигнальными агентами могут быть физические агенты, такие как механическое давление, напряжение, температура и свет, или химические агенты, такие как пептиды, стероиды, терпеноиды и т.д. биосинтезированные сигнальные молекулы, такие как гормоны и ферромоны (эктогормоны). Сигнальные молекулы сильно различаются по своим физико-химическим свойствам, таким как растворимость (гидрофобная или гидрофильная). Некоторые из сигнальных молекул являются газообразными, например оксид азота. Кроме того, белки на поверхности соседних клеток также могут быть сигналами.

Синтез включает различные биосинтетические пути и происходит в определенное время и в определенном месте. Сигнальные молекулы могут высвобождаться из клетки, а иногда они вообще не высвобождаются, например, сигналы клеточной локализации и сигналы повреждения ДНК. Такие внутриклеточные сигнальные сети работают внутри клетки. Сигнальные молекулы, которые могут высвобождаться различными путями, такими как мембранная диффузия, экзоцитоз или повреждение клеток. В некоторых случаях сигнальные молекулы остаются прикрепленными к поверхности клетки, способ, который помогает в передаче сигналов юкстакрина (обсуждается ниже). Иногда сигнальные молекулы требуют активации, например, посредством протеолитического расщепления или ковалентных модификаций.

Конечный путь сигнала может быть внутриклеточным или межклеточным. Межклеточная передача сигналов также называется межклеточной связью . Это может быть короткое или большое расстояние. Основываясь на природе этого пути сигнальной молекулы от источника к клетке-мишени; сигнальные пути подразделяются на аутокринные , юкстакринные , внутрикринные , паракринные и эндокринные (обсуждаются ниже)

Рецепторы играют ключевую роль в передаче сигналов клетки. Рецепторы помогают распознавать сигнальную молекулу (лиганд). Однако некоторые рецепторные молекулы реагируют на физические факторы (напряжение, свет и т. Д.). Рецепторные молекулы обычно представляют собой белки. Рецепторы могут быть расположены на поверхности клетки или внутри клетки, например, в цитозоле, органеллах и ядре (особенно в факторах транскрипции). Обычно рецепторы клеточной поверхности связывают непроницаемые через мембраны сигнальные молекулы, но иногда они также взаимодействуют с проницаемыми через мембрану сигнальными молекулами. Ключевым этапом передачи сигнала является удаление и деградация сигнальной молекулы. Иногда рецептор также деградирует. Обратный захват нейротрансмиттера представляет собой механизм удаления сигнальных молекул, который обычно наблюдается в нервной системе и является мишенью некоторых классов психиатрических препаратов, отпускаемых по рецепту.

Связывание с лигандом вызывает изменение конформации рецептора, что приводит к дальнейшей передаче сигнала. Из-за конформационного изменения рецептор может проявлять либо ферментативную активность (называемую ферментным рецептором), либо активность открытия или закрытия ионного канала (называемую рецептором канала). Иногда сами рецепторы не содержат ферментных или канальных доменов, но связаны с ферментом или переносчиком. Некоторые рецепторы (например, ядерно-цитоплазматическое суперсемейство) имеют другой механизм. Как только они связываются с сигналом, они изменяют свои свойства связывания ДНК и клеточную локализацию в ядре.

Результат ферментативной активности рецептора обычно приводит к привлечению дополнительных молекулярных изменений, вызывая «каскад» передачи сигнала. Эти промежуточные звенья часто образуют систему вторичного обмена сообщениями.. Внутри каскада передачи сигнала могут быть ферменты и переносчики, которые работают аналогично рецепторам. Ферментативная активность включает ковалентные модификации, такие как протеолитическое расщепление, фосфорилирование / дефосфорилирование, метилирование / деметилирование, убиквитинилирование / деубиквитинилирование и т. Д. Эти изменения помогают регулировать распространение сигнала через клетку. Важным явлением, которое происходит во внутриклеточной части передачи сигналов, является усиление сигнала. Во время усиления сигнала сначала активируется несколько рецепторов. Внутриклеточный ответ приводит к активации множества вторичных мессенджеров, тем самым усиливая исходный сигнал.

Системная биология изучает базовую структуру сетей передачи сигналов клеток и то, как изменения в этих сетях могут влиять на передачу и поток информации ( преобразование сигналов ). Такие сети представляют собой сложные системы по своей организации и могут проявлять ряд новых свойств , включая бистабильность и сверхчувствительность. Анализ сетей передачи сигналов клеток требует сочетания экспериментальных и теоретических подходов, включая разработку и анализ симуляций и моделирования . [7] [8] Дальняя allostery часто является важным компонентом клеточных сигнальных событий. [9]


Между отдельными организмами одного вида [ править ]

Рисунок 1. Пример передачи сигналов между бактериями. Salmonella enteritidis использует N-ацилгомосериновый лактон для определения кворума (см .: Межбактериальная коммуникация )

Передача клеточных сигналов наиболее широко изучалась в контексте заболеваний человека и передачи сигналов между клетками одного организма. Однако передача сигналов может также происходить между клетками двух разных особей одного и того же вида. У многих млекопитающих клетки ранних эмбрионов обмениваются сигналами с клетками матки . [10] В человеческом желудочно - кишечном тракте , бактерии обмениваются сигналы друг с другом и с человеческими эпителиальными и системными иммунными клетками. [11] Для дрожжей Saccharomyces cerevisiae во время спаривания некоторые клетки посылают пептид.сигнал ( феромоны фактора спаривания ) в окружающую среду. Пептид фактора спаривания может связываться с рецептором клеточной поверхности на других клетках дрожжей и побуждать их готовиться к спариванию. [12]

Классификация [ править ]

Передача клеточных сигналов может быть классифицирована как механическая или биохимическая в зависимости от типа сигнала. Механические сигналы - это силы, действующие на клетку, и силы, создаваемые клеткой. Эти силы могут ощущаться клетками и реагировать на них. [13] Биохимические сигналы - это биохимические молекулы, такие как белки, липиды, ионы и газы. Эти сигналы можно разделить на категории в зависимости от расстояния между сигнальными и отвечающими ячейками. Передача сигналов внутри, между ячейками и между ними подразделяется на следующие классификации:

  • Внутрикринные сигналы производятся клеткой-мишенью, которая остается внутри клетки-мишени.
  • Аутокринные сигналы производятся клеткой-мишенью, секретируются и воздействуют на саму клетку-мишень через рецепторы. Иногда аутокринные клетки могут нацеливаться на клетки поблизости, если они того же типа, что и излучающая клетка. Примером этого являются иммунные клетки .
  • Сигналы джакстакрина нацелены на соседние (соприкасающиеся) клетки. Эти сигналы передаются вдоль клеточных мембран через белковые или липидные компоненты, встроенные в мембрану, и способны воздействовать либо на излучающую клетку, либо на непосредственно соседние клетки.
  • Паракринные сигналы клеткам-мишеням в непосредственной близости от излучающей клетки. Примером могут служить нейротрансмиттеры .
  • Эндокринные сигналы нацелены на отдаленные клетки. Эндокринные клетки производят гормоны, которые проходят через кровь и достигают всех частей тела.
Рисунок 2. Notch-опосредованный юкстакриновый сигнал между соседними клетками.

Клетки общаются друг с другом посредством прямого контакта ( юкстакринная передача сигналов ), на небольших расстояниях ( паракринная передача сигналов ) или на больших расстояниях и / или в масштабах ( эндокринная передача сигналов ).

Некоторое общение ячейка требует прямого контакта ячейка-ячейка . Некоторые клетки могут образовывать щелевые соединения, которые соединяют их цитоплазму с цитоплазмой соседних клеток. В сердечной мышце щелевые контакты между соседними клетками позволяют распространяться потенциалу действия из области кардиостимулятора сердца, чтобы распространяться и координировать сокращение сердца.

Механизм передачи сигналов notch является примером передачи сигналов juxtacrine (также известной как контактно-зависимая передача сигналов), в которой две соседние клетки должны вступать в физический контакт, чтобы общаться. Это требование прямого контакта позволяет очень точно контролировать дифференцировку клеток во время эмбрионального развития. У червя Caenorhabditis elegans две клетки развивающейся гонады имеют равные шансы окончательно дифференцироваться или стать маточной клеткой-предшественником, которая продолжает делиться. Выбор того, какая клетка продолжает делиться, контролируется конкуренцией сигналов клеточной поверхности. Одна клетка будет производить больше белка клеточной поверхности, который активирует рецептор Notch.на соседнюю ячейку. Это активирует петлю или систему обратной связи , которая снижает экспрессию Notch в клетке, которая будет дифференцироваться, и которая увеличивает Notch на поверхности клетки, которая продолжает работать как стволовая клетка . [14]

Многие клеточные сигналы передаются молекулами, которые высвобождаются одной клеткой и движутся, чтобы войти в контакт с другой клеткой. Эндокринные сигналы называются гормонами . Гормоны вырабатываются эндокринными клетками, и они проходят через кровь, чтобы достичь всех частей тела. Специфичность передачи сигналов можно контролировать, если только некоторые клетки могут реагировать на определенный гормон. Паракринные сигналы, такие как ретиноевая кислота, нацелены только на клетки, находящиеся поблизости от излучающей клетки. [15] Нейротрансмиттеры представляют собой еще один пример паракринного сигнала. Некоторые сигнальные молекулы могут функционировать и как гормон, и как нейротрансмиттер. Например, адреналин иНорэпинефрин может действовать как гормон, когда высвобождается из надпочечников и транспортируется к сердцу через кровоток. Норэпинефрин также может вырабатываться нейронами, которые функционируют как нейротрансмиттер в головном мозге. [16] Эстроген может выделяться яичниками и действовать как гормон или действовать локально через паракринную или аутокринную передачу сигналов. [17] Активные виды кислорода и оксида азота также могут действовать как клеточные посредники. Этот процесс получил название редокс-сигнализации .

В многоклеточных организмах [ править ]

В многоклеточном организме передача сигналов между клетками происходит либо через выброс во внеклеточное пространство , разделенный на паракринную передачу сигналов (на короткие расстояния) и эндокринную передачу сигналов (на большие расстояния), либо путем прямого контакта, известного как юкстакринная передача сигналов . [18] Аутокринная передача сигналов - это особый случай паракринной передачи сигналов, когда секретирующая клетка обладает способностью отвечать на секретируемую сигнальную молекулу. [19] Синаптическая передача сигналов - это особый случай паракринной передачи сигналов (для химических синапсов ) или юкстакринных сигналов (для электрических синапсов ) между нейронами.и клетки-мишени. Сигнальные молекулы взаимодействуют с клеткой-мишенью в качестве лиганда для рецепторов клеточной поверхности и / или путем проникновения в клетку через ее мембрану или эндоцитоза для внутрикринной передачи сигналов. Обычно это приводит к активации вторичных мессенджеров , что приводит к различным физиологическим эффектам.

Конкретная молекула обычно используется в различных режимах передачи сигналов, и поэтому классификация по способам передачи сигналов невозможна. По крайней мере, три важных класса сигнальных молекул широко признаны, хотя и не являются исчерпывающими и с неточными границами, поскольку такое членство не является исключительным и зависит от контекста:

  • Гормоны являются основными сигнальными молекулами эндокринной системы , хотя они часто регулируют секрецию друг друга посредством локальной передачи сигналов (например, островка клеток Лангерганса ), и большинство из них также экспрессируются в тканях для локальных целей (например, ангиотензин ) или, если это не удается, структурно родственные молекулы являются (например, PTHrP ).
  • Нейротрансмиттеры - это сигнальные молекулы нервной системы , включая нейропептиды и нейромодуляторы . Нейротрансмиттеры, такие как катехоламины , также секретируются эндокринной системой в системный кровоток.
  • Цитокины представляют собой сигнальные молекулы иммунной системы с первичной паракринной или юкстакринной ролью, хотя во время значительных иммунных реакций они могут иметь сильное присутствие в кровообращении с системным эффектом (изменяя метаболизм железа или температуру тела ). Факторы роста можно рассматривать как цитокины или другой класс.

Сигнальные молекулы могут принадлежать к нескольким химическим классам: липиды , фосфолипиды , аминокислоты , моноамины , белки , гликопротеины или газы . Сигнальные молекулы, связывающие поверхностные рецепторы, обычно большие и гидрофильные (например, TRH , вазопрессин , ацетилхолин ), тогда как молекулы , входящие в клетку, обычно маленькие и гидрофобные (например, глюкокортикоиды , гормоны щитовидной железы , холекальциферол , ретиноевая кислота), но важные исключения из них многочисленны, и одна и та же молекула может действовать как через поверхностный рецептор, так и внутрикринным образом, оказывая различное воздействие. [19] При внутрикринной передаче сигналов, оказавшись внутри клетки, сигнальная молекула может связываться с внутриклеточными рецепторами , другими элементами или стимулировать активность ферментов (например, газы). Внутрикринное действие пептидных гормонов остается предметом дискуссий. [20]

Сероводород в небольших количествах вырабатывается некоторыми клетками человеческого тела и выполняет ряд биологических сигнальных функций. В настоящее время известно, что только два других таких газа действуют как сигнальные молекулы в организме человека: оксид азота и оксид углерода . [21]

В растениях [ править ]

Передача сигналов в растениях осуществляется через гормоны растений , фитохромы , криптохромы и т. Д.

Важными семействами растительных гормонов являются ауксин, цитокинин, гиббереллин, этилин, жасмоновая кислота, салициловая кислота, стриголактоны, полиамины, оксид азота, пептидные гормоны и т. Д. Также сообщалось о транслокации РНК [22]

Сигнальные рецепторы [ править ]

Принцип работы трансмембранного рецептора

Клетки получают информацию от своих соседей через класс белков, известных как рецепторы . Рецепторы могут связываться с некоторыми молекулами (лигандами) или могут взаимодействовать с физическими агентами, такими как свет, механическая температура, давление и т. Д. Некоторые рецепторы связаны с мембраной, а некоторые рецепторы являются цитозольными. Большое количество цитозольных рецепторов принадлежит к ядерно-цитоплазматическому суперсемейству.

Некоторые важные трансмембранные рецепторы напряжение закрытых ионных каналов , лиганд ионных каналов , спирали рецепторов семь или GPCRs , два компонент рецепторов , рецепторы цитокин , рецептор тирозинкиназы , тирозин - киназы связан с рецептором, рецептор Серин треонин киназа , рецептор тирозин - фосфатазы , рецептор гуанилатциклазы , Рецептор, связанный с сфингомилиназой, интегрин , селектин , кадгерин и т. Д. [23]

Notch - это белок клеточной поверхности, который действует как рецептор. У животных есть небольшой набор генов, которые кодируют сигнальные белки, которые специфически взаимодействуют с рецепторами Notch и стимулируют ответ в клетках, которые экспрессируют Notch на своей поверхности. Молекулы, которые активируют (или, в некоторых случаях, ингибируют) рецепторы, можно классифицировать как гормоны, нейротрансмиттеры , цитокины и факторы роста , обычно называемые лигандами рецепторов . Известно, что взаимодействия рецептора лиганда, такие как взаимодействие рецептора Notch, являются основными взаимодействиями, ответственными за механизмы передачи сигналов и коммуникации клеток. [24]

Как показано на рисунке 2 (вверху; слева), notch действует как рецептор для лигандов, которые экспрессируются на соседних клетках. Некоторые рецепторы являются белками клеточной поверхности, а другие находятся внутри клеток. Так , например, эстроген является гидрофобной молекулой , которая может проходить через липидный бислой из мембран . Как часть эндокринной системы , внутриклеточные рецепторы эстрогена из различных типов клеток могут активироваться эстрогеном, продуцируемым в яичниках .

Существует ряд трансмембранных рецепторов [25] [26] для малых молекул и пептидных гормонов [27], а также внутриклеточных рецепторов для стероидных гормонов, дающих клеткам способность реагировать на большое количество гормональных и фармакологических стимулов. При заболеваниях часто происходит аберрантная активация белков, которые взаимодействуют с рецепторами, что приводит к конститутивно активируемым нижестоящим сигналам. [28]

Для некоторых типов межклеточных сигнальных молекул, которые не могут проникать через гидрофобную клеточную мембрану из-за своей гидрофильной природы, рецептор-мишень экспрессируется на мембране. Когда такая сигнальная молекула активирует свой рецептор, сигнал переносится в клетку обычно посредством второго мессенджера, такого как цАМФ . [29] [30]

Взаимодействие рецептор-лиганд можно классифицировать как: [31]

  • Агонизм : это когда лиганд увеличивает активность лиганда. Агонизм демонстрируется в отсутствии любого другого конкурирующего лиганда для того же рецептора.
  • Обратный агонизм : когда рецептор является конститутивно активным, а конститутивная активность подавляется или ингибируется лигандом.
  • Антагонизм : в присутствии лиганда-агониста молекула антагониста препятствует активации рецептора лигандом.
  • Частичный агонизм : это когда лиганд проявляет агонизм, но, несмотря на увеличение дозировки лиганда, активация рецептора не достигает состояния полной активации.
  • Частичный обратный агонизм : когда рецептор является конститутивно активным, и несмотря на увеличение дозировки лиганда, активность рецептора снижается, но не становится полностью неактивным.
  • Агонизм протеина : агонисты протеина могут действовать как агонист или обратный агонист в зависимости от того, является ли рецептор уже неактивным (в состоянии покоя) или уже активным. [32]
  • Предвзятый агонизм  : когда рецептор действует более чем на один вариант следующей молекулы в цепи трансдукции; и связывание с одним агонистом благоприятствует только одному из возможных путей трансдукции.

Сигнальные пути [ править ]

. [33] [34]

Обзор путей передачи сигнала
Рисунок 3. Ключевые компоненты пути передачи сигнала ( показан путь MAPK / ERK )

В некоторых случаях активация рецептора, вызванная связыванием лиганда с рецептором, напрямую связана с ответом клетки на лиганд. Например, нейромедиатор ГАМК может активировать рецептор клеточной поверхности, который является частью ионного канала . Связывание ГАМК с рецептором ГАМК А на нейроне открывает хлорид- селективный ионный канал, который является частью рецептора. Активация рецептора ГАМК A позволяет отрицательно заряженным ионам хлорида перемещаться в нейрон, что подавляет способность нейрона создавать потенциалы действия.. Однако для многих рецепторов клеточной поверхности взаимодействия лиганд-рецептор не связаны напрямую с реакцией клетки. Активированный рецептор должен сначала взаимодействовать с другими белками внутри клетки, прежде чем будет произведен окончательный физиологический эффект лиганда на поведение клетки. Часто поведение цепочки из нескольких взаимодействующих клеточных белков изменяется после активации рецептора. Полный набор клеточных изменений, вызванных активацией рецептора, называется механизмом или путем передачи сигнала. [35]

В случае передачи сигналов, опосредованной Notch, механизм передачи сигнала может быть относительно простым. Как показано на Рисунке 2, активация Notch может вызвать изменение белка Notch протеазой . Часть белка Notch высвобождается из мембраны клеточной поверхности и участвует в регуляции генов . Исследования клеточной передачи сигналов включают изучение пространственной и временной динамики обоих рецепторов и компонентов сигнальных путей, которые активируются рецепторами в различных типах клеток. [36] [37] Новые методы масс-спектрометрического анализа отдельных клеток обещают сделать возможным изучение передачи сигналов с разрешением отдельных клеток. [38]

Более сложный путь передачи сигнала показан на рисунке 3. Этот путь включает изменения межбелковых взаимодействий внутри клетки, индуцированные внешним сигналом. Многие факторы роста связываются с рецепторами на поверхности клетки и стимулируют клетки к прохождению клеточного цикла и делению . Некоторые из этих рецепторов представляют собой киназы, которые начинают фосфорилировать себя и другие белки при связывании с лигандом. Это фосфорилирование может генерировать сайт связывания для другого белка и, таким образом, индуцировать межбелковое взаимодействие. На рисунке 3 лиганд (называемый эпидермальным фактором роста или EGF) связывается с рецептором (называемым EGFR). Это активирует фосфорилирование рецептора. Фосфорилированный рецептор связывается с адаптерным белком ( GRB2 ), который связывает сигнал с последующими процессами передачи сигналов. Например, один из путей передачи сигнала, который активируется, называется путем митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK). Компонент передачи сигнала, обозначенный как «MAPK» в пути, первоначально назывался «ERK», поэтому путь называется путем MAPK / ERK . Белок MAPK - это фермент, протеинкиназа, которая может присоединять фосфат к целевым белкам, таким как фактор транскрипции MYC.и, таким образом, изменяют транскрипцию гена и, в конечном итоге, развитие клеточного цикла. Многие клеточные белки активируются ниже рецепторов факторов роста (таких как EGFR), которые инициируют этот путь передачи сигнала. [ необходима цитата ]

Некоторые пути передачи сигналов реагируют по-разному в зависимости от количества сигналов, принимаемых клеткой. Например, белок hedgehog активирует разные гены в зависимости от количества присутствующего белка hedgehog. [ необходима цитата ]

Сложные многокомпонентные пути передачи сигналов предоставляют возможности для обратной связи, усиления сигнала и взаимодействия внутри одной клетки между несколькими сигналами и сигнальными путями. [ необходима цитата ]

Внутривидовая и межвидовая передача сигналов [ править ]

Молекулярная передача сигналов может происходить между разными организмами, как одноклеточными, так и многоклеточными. Излучающий организм производит сигнальную молекулу, выделяет ее в окружающую среду, где она диффундирует, и она ощущается или усваивается принимающим организмом. В некоторых случаях межвидовой передачи сигналов излучающий организм может фактически быть хозяином принимающего организма, или наоборот.

Внутривидовая передача сигналов происходит особенно у бактерий , дрожжей , социальных насекомых , а также у многих позвоночных . Сигнальные молекулы, используемые многоклеточными организмами, часто называют феромонами . Они могут иметь такие цели, как предупреждение об опасности, указание на наличие пищи или помощь в размножении. [39] В одноклеточных организмах, таких как бактерии, передача сигналов может использоваться для «активации» сверстников из состояния покоя , повышения вирулентности , защиты от бактериофагов и т. Д. [40] In quorum sensing, который также встречается у социальных насекомых, множественность индивидуальных сигналов потенциально может создать петлю положительной обратной связи, генерируя скоординированный ответ. В этом контексте сигнальные молекулы называют аутоиндукторами . [41] [42] [43] Этот сигнальный механизм, возможно, участвовал в эволюции от одноклеточных к многоклеточным организмам. [41] [44] Бактерии также используют контактно-зависимую передачу сигналов, в частности, для ограничения своего роста. [45]

Молекулярная передача сигналов также может происходить между особями разных видов. Это особенно изучено на бактериях. [46] [47] [48] Различные виды бактерий могут координироваться для колонизации хозяина и участвовать в распознавании общего кворума. [49] Терапевтические стратегии по устранению этого феномена изучаются. [50] [51] Также считается, что взаимодействия, опосредованные сигнальными молекулами, происходят между кишечной флорой и их хозяином, как часть их комменсальных или симбиотических отношений. [51] [52] Грамотрицательные микробы распространяют везикулы наружной мембраны бактерий.для внутривидовой и межвидовой передачи сигналов в естественной среде и на границе "хозяин-патоген" .

Кроме того, межвидовая передача сигналов происходит между многоклеточными организмами. В Vespa mandarinia люди испускают запах, который направляет колонию к источнику пищи. [53]

У растений межвидовая передача сигналов особенно важна в микоризном симбиозе и симбиозе корневых клубеньков. В обоих симбиозах очень важную роль играет рецептор-подобная киназа (RLK), G-белки, MAP-киназы и Ca 2+ [54]

Вычислительные модели [ править ]

Недавним подходам к лучшему пониманию элементов перекрестного взаимодействия путей, сложного связывания лиганд-рецептор и динамики сигнальной сети способствовало использование подходов системной биологии . [55] Вычислительные модели часто стремятся собрать информацию из опубликованной литературы для создания связного набора сигнальных компонентов и связанных с ними взаимодействий. [56] Развитие вычислительных моделей позволяет более глубоко исследовать сигнальные пути клеток на глобальном уровне, манипулируя различными переменными и систематически оценивая результирующий ответ. [57]Использование аналитических моделей для изучения передачи сигналов широко применяется в областях фармакологии и открытия лекарств для оценки взаимодействий рецептор-лиганд и фармакокинетики, а также потока метаболитов в больших сетях. [7] Обычно применяемая стратегия для моделирования клеточных сигнальных механизмов заключается в использовании моделей обыкновенного дифференциального уравнения (ODE) путем выражения зависящей от времени концентрации сигнальной молекулы как функции других молекул ниже и / или выше по пути. [58] Модели ODE уже применялись для динамического анализа митоген-активированной протеинкиназы , рецептора эстрогена альфа и MTOR.сигнальные пути среди множества других. [59] [60] [61]

См. Также [ править ]

  • Адаптерный белок
  • Каркасный белок
  • Биосемиотика
  • Молекулярно-клеточное познание
  • Сотовая связь (биология)
  • Перекрестные помехи (биология)
  • Бактериальные везикулы наружной мембраны
  • Транспортировка мембранных везикул
  • Интерфейс "хозяин-патоген"
  • Путь передачи сигналов MAPK
  • Сигнальный путь Wnt
  • Сигнальный путь ежа
  • Ретиноевой кислоты
  • Путь передачи сигналов бета TGF
  • Сигнальный путь JAK-STAT
  • цАМФ-зависимый путь
  • Imd pathway
  • Сигнал локализации
  • Белковая динамика
  • Передача сигнала
  • Системная биология
  • Липидная сигнализация
  • Редокс-сигнализация
  • Cell Signaling Technology , компания по разработке и производству антител
  • Netpath - тщательно подобранный ресурс путей передачи сигналов у людей.
  • Открытый язык синтетической биологии
  • Наноразмерные сети - использование биологической сигнализации для создания специальных коммуникационных сетей in vivo
  • Солитонная модель в нейробиологии - физическая коммуникация через звуковые волны в мембранах

Ссылки [ править ]

  1. Vu TQ, de Castro RM, Qin L (14 марта 2017 г.). «Преодоление разрыва: микрофлюидные устройства для коротких и больших расстояний межклеточной коммуникации» . Лаборатория на микросхеме . 17 (6): 1009–1023. DOI : 10.1039 / c6lc01367h . PMC  5473339 . PMID  28205652 .
  2. ^ Vlahopoulos С.А., Сеп О, Hengen Н, Аган Дж, Moschovi М, Critselis Е, Адамаки М, Bacopoulou Ж, Коплэнд JA, Boldogh я, Карин М, Chrousos ГП (август 2015 г.). «Динамический аберрантный NF-κB стимулирует туморогенез: новая модель, охватывающая микросреду» . Обзоры цитокинов и факторов роста . 26 (4): 389–403. DOI : 10.1016 / j.cytogfr.2015.06.001 . PMC 4526340 . PMID 26119834 .  
  3. Ван К., Гривенников С.И., Карин М. (апрель 2013 г.). «Влияние антицитокиновой терапии при колоректальном раке и аутоиммунных заболеваниях». Анналы ревматических болезней . 72 Дополнение 2: ii100–3. DOI : 10.1136 / annrheumdis-2012-202201 . PMID 23253923 . Мы показали, что интерлейкин (IL) -6 является важным промотором опухоли при раннем раке, ассоциированном с колитом (CAC). 
  4. ^ Solinas G, Vilcu C, Neels JG, Bandyopadhyay GK, Luo JL, Naugler W, Grivennikov S, Wynshaw-Boris A, Scadeng M, Olefsky JM, Karin M (ноябрь 2007 г.). «JNK1 в гематопоэтических клетках способствует вызванному диетой воспалению и инсулинорезистентности, не влияя на ожирение». Клеточный метаболизм . 6 (5): 386–97. DOI : 10.1016 / j.cmet.2007.09.011 . PMID 17983584 . Активация JNK (в основном JNK1) в клетках-мишенях инсулина приводит к фосфорилированию субстратов рецептора инсулина (IRS) по остаткам серина и треонина, которые ингибируют передачу сигналов инсулина. 
  5. ^ Smith RJ, Koobatian MT, Shahini A, Сварц DD, Andreadis ST (май 2015). «Захват эндотелиальных клеток под током с использованием иммобилизованного фактора роста эндотелия сосудов» . Биоматериалы . 51 : 303–312. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2015.02.025 . PMC 4361797 . PMID 25771020 .  
  6. Перейти ↑ Kumar P, Mina U (2014). Жизнь науки фундаментальной и практической части я . Нью-Дели, Индия: Публикация Pathfinder.
  7. ^ a b Eungdamrong NJ, Iyengar R (июнь 2004 г.). «Моделирование сотовых сетей сигнализации» . Биология клетки . 96 (5): 355–62. DOI : 10.1016 / j.biolcel.2004.03.004 . PMC 3620715 . PMID 15207904 .  
  8. ^ Донг П., Маддали М.В., Шримани Дж. К., Тело Ф., Невинс Дж. Р., Матей-Превот Б., Ю Л. (сентябрь 2014 г.). «Разделение труда между циклинами Myc и G1 в обязательстве клеточного цикла и контроле темпа» . Nature Communications . 5 : 4750. Bibcode : 2014NatCo ... 5E4750D . DOI : 10.1038 / ncomms5750 . PMC 4164785 . PMID 25175461 .  
  9. Bu Z, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Белковая динамика и дальняя аллостерия в передаче сигналов клетки». Структура белка и заболевания . Достижения в химии белков и структурной биологии. 83 . С. 163–221. DOI : 10.1016 / B978-0-12-381262-9.00005-7 . ISBN 978-0-12-381262-9. PMID  21570668 .
  10. ^ Mohamed О.А., Jonnaert М, Лабель-Дюмэ С, Курода К, Кларк HJ, Dufort D (июнь 2005 г.). «Для имплантации требуется передача сигналов Wnt / бета-катенина в матке» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (24): 8579–84. Bibcode : 2005PNAS..102.8579M . DOI : 10.1073 / pnas.0500612102 . PMC 1150820 . PMID 15930138 .  
  11. ^ Кларк MB, Sperandio V (июнь 2005). «События на границе раздела хозяин-микроб в желудочно-кишечном тракте III. Межклеточная передача сигналов между микробной флорой, хозяином и патогенами: ведется много разговоров». Американский журнал физиологии. Физиология желудочно-кишечного тракта и печени . 288 (6): G1105–9. DOI : 10,1152 / ajpgi.00572.2004 . PMID 15890712 . 
  12. Lin JC, Duell K, Konopka JB (март 2004 г.). «Микродомен, образованный внеклеточными концами трансмембранных доменов, способствует активации рецептора альфа-фактора, связанного с G-белком» . Молекулярная и клеточная биология . 24 (5): 2041–51. DOI : 10.1128 / MCB.24.5.2041-2051.2004 . PMC 350546 . PMID 14966283 .  
  13. ^ Миллер CJ, Davidson LA (октябрь 2013 г. ). «Взаимодействие между клеточной сигнализацией и механикой в ​​процессах развития» . Природа Обзоры Генетики . 14 (10): 733–44. DOI : 10.1038 / nrg3513 . PMC 4056017 . PMID 24045690 .  
  14. Greenwald I (июнь 1998 г.). «Сигнализация LIN-12 / Notch: уроки червей и мух» . Гены и развитие . 12 (12): 1751–62. DOI : 10.1101 / gad.12.12.1751 . PMID 9637676 . 
  15. ^ Duester G (сентябрь 2008 г.). «Синтез ретиноевой кислоты и передача сигналов во время раннего органогенеза» . Cell . 134 (6): 921–31. DOI : 10.1016 / j.cell.2008.09.002 . PMC 2632951 . PMID 18805086 .  
  16. ^ Cartford MC, Самек A, Fister M, бикфордов PC (2004). «Мозжечковый норэпинефрин модулирует обучение задержки классического кондиционирования моргания: доказательства постсинаптической передачи сигналов через PKA» . Обучение и память . 11 (6): 732–7. DOI : 10,1101 / lm.83104 . PMC 534701 . PMID 15537737 .  
  17. ^ Джесмин S, Mowa CN, Sakuma я, Мацуда Н, Тогаси Н, Йошиока М, Хаттори Y, Kitabatake А (октябрь 2004 г.). «Ароматаза в изобилии экспрессируется пенисом новорожденных крыс, но снижается во взрослом возрасте» . Журнал молекулярной эндокринологии . 33 (2): 343–59. DOI : 10,1677 / jme.1.01548 . PMID 15525594 . 
  18. Перейти ↑ Gilbert SF (2000). «Жукстакриновая сигнализация» . В книжной полке NCBI (ред.). Биология развития (6. изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Assoc. ISBN 978-0878932436.
  19. ^ а б Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. и др. (2002). «Общие принципы сотовой связи» . В книжной полке NCBI (ред.). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN 978-0815332183.
  20. ^ Re R (октябрь 1999 г.). «Природа внутрикринного действия пептидных гормонов». Гипертония . 34 (4 Pt 1): 534–8. CiteSeerX 10.1.1.326.4497 . DOI : 10.1161 / 01.HYP.34.4.534 . PMID 10523322 .  
  21. Перейти ↑ Cooper GM, Hausman RE (2000). «Сигнальные молекулы и их рецепторы» . В книжной полке NCBI (ред.). Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 978-0878933006.
  22. ^ Мельник, Чарльз W; Мольнар, Аттила; Баулкомб, Дэвид К. (31 августа 2011 г.). «Межклеточное и системное движение сигналов подавления РНК» . Журнал EMBO . 30 (17): 3553–3563. DOI : 10.1038 / emboj.2011.274 . PMC 3181474 . PMID 21878996 .  
  23. ^ Клеточная биология Полларда и всех
  24. ^ Купер GM (2000). «Функции рецепторов клеточной поверхности». . Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates.
  25. ^ Domazet I, Холлеран BJ, Мартин SS, Лавины P, Ледюк R, Эшер E, Guillemette G (май 2009). «Второй трансмембранный домен рецептора ангиотензина II типа 1 человека участвует в образовании кармана связывания лиганда и подвергается интегральному поворотному движению в процессе активации рецептора» . Журнал биологической химии . 284 (18): 11922–9. DOI : 10.1074 / jbc.M808113200 . PMC 2673261 . PMID 19276075 .  
  26. Hislop JN, Henry AG, Marchese A, von Zastrow M (июль 2009 г.). «Убиквитинирование регулирует протеолитический процессинг рецепторов, связанных с G-белком, после их сортировки в лизосомы» . Журнал биологической химии . 284 (29): 19361–70. DOI : 10.1074 / jbc.M109.001644 . PMC 2740561 . PMID 19433584 .  
  27. ^ Мэн H, Zhang X, Hankenson KD, Ван MM (март 2009). «Тромбоспондин 2 усиливает передачу сигналов notch3 / jagged1» . Журнал биологической химии . 284 (12): 7866–74. DOI : 10.1074 / jbc.M803650200 . PMC 2658079 . PMID 19147503 .  
  28. ^ Copland JA, Sheffield-Moore M, Koldzic-Zivanovic N, S Джентри, Lamprou G, Tzortzatou-Stathopoulou F, Zoumpourlis V, Urban RJ, Vlahopoulos SA (июнь 2009). «Рецепторы половых стероидов в дифференцировке скелета и эпителиальной неоплазии: возможно ли тканеспецифическое вмешательство?». BioEssays . 31 (6): 629–41. DOI : 10.1002 / bies.200800138 . PMID 19382224 . 
  29. ^ Го SL, Looi Y, Шен Н, J Fang, Bodner С, Хаул М, Нг переменного тока, Screaton Р.А., Физерстоун М (июль 2009 г.). «Активация транскрипции с помощью MEIS1A в ответ на передачу сигналов протеинкиназы A требует трансдукторов регулируемого семейства CREB коактиваторов CREB» . Журнал биологической химии . 284 (28): 18904–12. DOI : 10.1074 / jbc.M109.005090 . PMC 2707216 . PMID 19473990 .  
  30. ^ Wojtal KA, Хоекстр D, ван Ijzendoorn SC (февраль 2008). «цАМФ-зависимая протеинкиназа А и динамика доменов поверхности эпителиальных клеток: движущиеся мембраны для поддержания формы» (PDF) . BioEssays . 30 (2): 146–55. DOI : 10.1002 / bies.20705 . PMID 18200529 .  
  31. ^ Принцип и методы биохимии и молекулярной биологии / под редакцией Уилсона и Уокера, издание 7
  32. ^ Kenakin, Терри (май 1997). «Протейские агонисты». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 812 (1 класс рецепторов): 116–125. DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1997.tb48151.x .
  33. ^ Клеточная биология / Поллард и др.,
  34. ^ Клетка / GM Купер
  35. ^ Dinasarapu AR, Сондерс B, Ozerlat I, Азам K, Субраманьям S (июнь 2011). "Сигнальные страницы молекулы шлюза - перспектива модели данных" . Биоинформатика . 27 (12): 1736–8. DOI : 10.1093 / биоинформатики / btr190 . PMC 3106186 . PMID 21505029 .  
  36. ^ Феррелл JE, Макледер EM (май 1998). «Биохимическая основа переключения судьбы клетки по принципу« все или ничего »в ооцитах Xenopus». Наука . 280 (5365): 895–8. DOI : 10.1126 / science.280.5365.895 . PMID 9572732 . 
  37. ^ Славы N, Кэри Дж, Линза S (апрель 2013 г. ). «Кальмодулин преобразует колебания Са2 + в дифференциальную регуляцию своих белков-мишеней» . ACS Chemical Neuroscience . 4 (4): 601–12. DOI : 10.1021 / cn300218d . PMC 3629746 . PMID 23384199 .  
  38. ^ Slavov N (январь 2020). «Открытие протеома в одиночных клетках» . Наука . 367 (6477): 512–513. DOI : 10.1126 / science.aaz6695 . PMC 7029782 . PMID 32001644 .  
  39. ^ Tirindelli R, Dibattista М, Pifferi S, Менините А (июль 2009 г.). «От феромонов к поведению». Физиологические обзоры . 89 (3): 921–56. CiteSeerX 10.1.1.460.5566 . DOI : 10.1152 / Physrev.00037.2008 . PMID 19584317 .  
  40. ^ Мукамолова Г.В., Капрельянц А.С., Янг Д.И., Янг М., Келл Д.Б. (июль 1998 г.). «Бактериальный цитокин» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (15): 8916–21. Bibcode : 1998PNAS ... 95.8916M . DOI : 10.1073 / pnas.95.15.8916 . PMC 21177 . PMID 9671779 .  
  41. ^ a b Миллер МБ, Басслер Б.Л. (1 октября 2001 г.). «Чувство кворума в бактериях». Ежегодный обзор микробиологии . 55 (1): 165–99. DOI : 10.1146 / annurev.micro.55.1.165 . PMID 11544353 . 
  42. ^ Капер JB, Sperandio V (июнь 2005). «Бактериальная передача сигналов от клетки к клетке в желудочно-кишечном тракте» . Инфекция и иммунитет . 73 (6): 3197–209. DOI : 10.1128 / IAI.73.6.3197-3209.2005 . PMC 1111840 . PMID 15908344 .  
  43. ^ Camilli A, Bassler BL (февраль 2006). «Бактериальные низкомолекулярные сигнальные пути» . Наука . 311 (5764): 1113–6. Bibcode : 2006Sci ... 311.1113C . DOI : 10.1126 / science.1121357 . PMC 2776824 . PMID 16497924 .  
  44. ^ Сток AM (июнь 1999). «Филогения и эволюция химической коммуникации: эндокринный подход» . Журнал молекулярной эндокринологии . 22 (3): 207–25. DOI : 10,1677 / jme.0.0220207 . PMID 10343281 . 
  45. ^ Blango MG, Мулвите MA (апрель 2009). «Бактериальные стационарные: контакт-зависимая передача сигналов в бактериальных популяциях» . Текущее мнение в микробиологии . 12 (2): 177–81. DOI : 10.1016 / j.mib.2009.01.011 . PMC 2668724 . PMID 19246237 .  
  46. ^ Shank Е.А., Kolter R (апрель 2009). «Новые разработки в микробной межвидовой сигнализации» . Текущее мнение в микробиологии . 12 (2): 205–14. DOI : 10.1016 / j.mib.2009.01.003 . PMC 2709175 . PMID 19251475 .  
  47. ^ Ryan RP, Dow JM (июль 2008). «Диффузионные сигналы и межвидовая коммуникация у бактерий» . Микробиология . 154 (Pt 7): 1845–58. DOI : 10.1099 / mic.0.2008 / 017871-0 . PMID 18599814 . 
  48. Ryan RP, Dow JM (март 2011 г.). «Связь с растущей семьей: передача сигналов диффузного сигнального фактора (DSF) в бактериях». Тенденции в микробиологии . 19 (3): 145–52. DOI : 10.1016 / j.tim.2010.12.003 . PMID 21227698 . 
  49. ^ Déziel E, F Лепин, Milot S, Он J, Mindrinos MN, Томпкинс RG, Rahme LG (февраль 2004). «Анализ 4-гидрокси-2-алкилхинолинов (HAQ) Pseudomonas aeruginosa показывает роль 4-гидрокси-2-гептилхинолина в межклеточной коммуникации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (5): 1339–44. Bibcode : 2004PNAS..101.1339D . DOI : 10.1073 / pnas.0307694100 . PMC 337054 . PMID 14739337 .  
  50. ^ Федерло MJ, Bassler BL (ноябрь 2003). «Межвидовая коммуникация у бактерий» . Журнал клинических исследований . 112 (9): 1291–9. DOI : 10.1172 / JCI20195 . PMC 228483 . PMID 14597753 .  
  51. ^ а б Сперандио V, Торрес А.Г., Джарвис Б., Натаро Дж. П., Капер Дж. Б. (июль 2003 г.). «Связь бактерий с хозяином: язык гормонов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (15): 8951–6. Bibcode : 2003PNAS..100.8951S . DOI : 10.1073 / pnas.1537100100 . PMC 166419 . PMID 12847292 .  
  52. Перейти ↑ Hooper LV, Gordon JI (май 2001 г.). «Комменсальные отношения хозяина и бактерий в кишечнике». Наука . 292 (5519): 1115–8. Bibcode : 2001Sci ... 292.1115H . DOI : 10.1126 / science.1058709 . PMID 11352068 . 
  53. ^ Schueller Т.И., Nordheim Е.В., Тейлор BJ, Жанна RL (ноябрь 2010). «Сигналы есть: основанное на гнезде, опосредованное сигналом рекрутирование углеводных ресурсов в социальной осе, основавшей рой». Die Naturwissenschaften . 97 (11): 1017–22. Bibcode : 2010NW ..... 97.1017S . DOI : 10.1007 / s00114-010-0712-9 . PMID 20821186 . 
  54. ^ Биохимия растений Хнаса Вальтера Хельдта, 3-е изд.
  55. ^ Chen RE, Thorner J (2005). «Подходы системной биологии в исследованиях клеточной сигнализации» . Геномная биология . 6 (10): 235. DOI : 10,1186 / GB-2005-6-10-235 . PMC 1257459 . PMID 16207364 .  
  56. ^ Хьюи JJ, Ли Т.К., Скрытое MW (2010). «Вычислительное моделирование сигнальных сетей млекопитающих» . Междисциплинарные обзоры Wiley: системная биология и медицина . 2 (2): 194–209. DOI : 10.1002 / wsbm.52 . PMC 3105527 . PMID 20836022 .  
  57. ^ Rangamani P, Айенгар R (2008). «Моделирование сотовых систем сигнализации» . Очерки биохимии . 45 : 83–94. DOI : 10.1042 / BSE0450083 . PMC 3270941 . PMID 18793125 .  
  58. ^ Poupon A, E Reiter (январь 2014). Вычислительные модели для расшифровки сигнальных путей клеток . Клеточная эндокринология в здоровье и болезнях 2014 . С. 269–284. DOI : 10.1016 / B978-0-12-408134-5.00017-2 . ISBN 9780124081345.
  59. ^ Kolch W, Колдер M, Gilbert D (март 2005). «Когда киназы встречаются с математикой: системная биология передачи сигналов MAPK». Письма FEBS . 579 (8): 1891–5. CiteSeerX 10.1.1.584.6262 . DOI : 10.1016 / j.febslet.2005.02.002 . PMID 15763569 .  
  60. ^ Тянь Д, Solodin Н.М., Rajbhandari Р, Бьорклунд К, Alarid ДВ, Kreeger ПК (май 2015 г.). «Кинетическая модель идентифицирует фосфорилированный рецептор эстрогена-α (ERα) как критический регулятор динамики ERα при раке груди» . Журнал FASEB . 29 (5): 2022–31. DOI : 10.1096 / fj.14-265637 . PMC 4415015 . PMID 25648997 .  
  61. ^ Сулайманов N, Клозе М, Busch Н, М Boerries (июль 2017 г.). «Понимание пути передачи сигналов mTOR с помощью математического моделирования» . Междисциплинарные обзоры Wiley: системная биология и медицина . 9 (4): e1379. DOI : 10.1002 / wsbm.1379 . PMC 5573916 . PMID 28186392 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных взаимодействия NCI-Nature Pathway : авторитетная информация о сигнальных путях в клетках человека.
  • Межклеточные + сигнальные + пептиды + и + белки в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
  • Cell + Communication в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Проект сигнальных путей : база знаний по генерированию гипотез клеточной сигнализации, построенная с использованием биокументированных архивных транскриптомных и ChIP-Seq наборов данных