A sejtkommunikáció határozza meg a sejtek alapvető tevékenységeit és szabályozza a sejtek összehangolt működését.
A biológiai folyamatok összetett molekuláris kölcsönhatások, amelyek nagyban támaszkodnak a jelek használatára. Az egyedfejlődésnek, a szövetgyógyulásnak, az immunitásnak és a szövet homeosztázisának alapvető feltétele, hogy a sejtek képesek legyenek jelek segítségével a mikrokörnyezetüket megfelelően érzékelni és arra helyes választ adni. A jelekkel kapcsolatos kölcsönhatásokban és a sejtek információfeldolgozásában előforduló hibák akár betegségeket is okozhatnak, például autoimmun betegségeket, cukorbetegséget, rákot.
Tudományos irodalomban a jelátvitel kifejezés Az első tudományos irodalom, amely specifikusan a jelátvitel kifejezést tartalmazta, 1972-ben jelent meg a MEDLINE adatbázisában. Az 1980-as évek végén, 1990-es évek kezdetén jelentek meg nagy számban azok a tanulmányok, tudományos cikkek, amelyek kifejezetten a jelátviteli folyamatokkal foglalkoztak. A jelátvitel (signal transduction) elnevezés a „transduce” szóból származik, aminek jelentése: „átvezet”.
Kémiai jelátvivők Kémiai jelátvivők azok a molekulák, amelyek kizárólagos funkciója az információátadás, amelyek csak akkor kerülnek ki a sejtből vagy sejten belül, ha az üzenetre szükség van.
Jelút A jelút a jelátvitel útja, a jelfogótól a végrehajtó molekuláig tartó biokémiai folyamat, amely információ átadását eredményezi.https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms?cdrid=561720Az orvosi élettan tankönyve Attila, Fonyó (2011) Medicina Könyvkiadó Zrt. A biológiában a jelátvitel során a sejten kívüli jelátviteli molekulák membránreceptorokat aktiválnak, amelyek a sejten belüli jelátviteli molekulákat válasz adására serkentik.A sejtbiológia alapjai Pálfia Zsolt Dr. Kristóf Zoltán Szerzői jog © 2013 Eötvös Loránd TudományegyetemImmunológia írta Erdei Anna, Sármay Gabriella és Prechl József Publication date 2012-09-01 Szerzői jog © 2012-09-01 Anna, Erdei; Gabriella, Sármay; József, Prechl; Szerzők A jelátvitelen alapul a külső és belső környezet sejtszintű érzékelése is, amely biztosítja a homeosztázist, a belső környezet állandóságát. A kémiai jelátvitel a sejtek közötti információ kémiai úton történő transzportja. Az egyik sejt (jeladó) által kibocsátott molekula egy másik sejt (jelfogó) számára információt hordoz, az illető sejt felfogja ezt és működésében változássá alakítja át.
A jelút több biokémiai folyamatból áll. A jeladó jelmolekulával üzen, ezt egy receptorfehérje fogadja (jelfogó) és átszállítja a jel-receptor-komplex jelzését a sejtplazmán keresztül a sejtmagban található DNS-hez, amely a megfelelő géneket beindítja és elkezdődik a génátíródás, majd a célfehérje képződése.https://www.cellsignal.com/contents/science/cst-pathways/science-pathways A keletkezett célfehérjéktől függően alakul a biokémiai hatás. A jelút tehát többlépcsős biokémiai folyamatból áll, a jelszállító anyag létrehozása és kibocsátása, bemutatása, hogy megkösse a jelet felfogó molekula (receptor), és az elküldött jelzésre válaszoljon. A biológiai jelátvitelben megkülönböztetik a sejthez kívülről érkező és a sejtben keletkező jelek átvitelét.ONCOIMMUNOLOGY 2016, VOL. 0, NO. 0, e1082027 (15 pages) http://dx.doi.org/10.1080/2162402X.2015.1082027
Jelvonal A jelvonal egy jelátviteli szakasz, a jelútnak egy része, amely szokványos biokémiai folyamatként realizálódik, több jelútba is képes beépülni.Transzdifferenciáció és regeneratív medicina írta Balogh, Péter és Engelmann, Péter műszaki szerkesztő: Bencze, Zsolt, Csöngei, Veronika, Czulák, Szilvia felelős szerkesztő: Péter, Balogh, Péter, Engellmann, Bognár, Rita Publication date 2011 Szerzői jog © 2011 Pécsi Tudományegyetem A jelút során a molekulák egymásra hatása szokványos, enzimek gerjesztik egymást láncszerűen, egy bekapcsolt enzim gerjeszt egy másik enzimet és így tovább. A gerjesztés egy aktiválás, rendszerint foszforilálással megy végbe, jóllehet több formája is létezik, például a foszfátcsoport-elvonás a defoszforilálás. Sejtkommunikáció a jelutakon
A Földön a baktériumok kb. 3,5 milliárd évvel, míg az első többsejtű élőlények csak 1 milliárd évvel ezelőtt jelenhettek meg. Ez jelenti azt is, hogy a soksejtűség létrejötte bonyolult, összetett folyamat volt, hiszen 2,5-szer több idő kellett hozzá, mint az összes soksejtű szervezet evolúciójához. Nagyon fontos, hogy egy soksejtű szervezetben a sejtek között a szervezet egészének működését szolgáló együttműködés alakuljon ki.
Az élő sejt jellemzője, hogy anyagcsere-folyamatait a környezetével folytonos kölcsönhatásban képes fenntartani. Környezetéből számos inger éri: hő, sugárzás, mechanikai, elektromos ingerek, kémiai jelek. Különösen fontosak ezek a sejten kívüli jelek a többsejtű szervezetek esetében. A sejtek közötti információáramlás biztosítja ennek köszönhetően a szervezet egészének homeosztázisát. A sejtek közötti információáramlás döntően kémiai anyagok részvételével történik. Ebben az esetben kémiai jelátvitelről, szignáltranszdukcióról beszélünk.
A kémiai kommunikáció általános elve: szabályozott biokémiai kibocsátás átvitel megkötés sejten belüli biokémiai változás
A sejtek közötti információáramlás általános jellemzői A sejt be van zárva egy lipofil („zsírkedvelő”, vagyis zsírokban könnyen oldódó) plazmamembránba, amely keresztezi az összes bejövő jel útját. Hidrofób („vizet nem kedvelő”, vagyis vízben nem oldódó) hormonok, mint például a szteroidhormonok, egyszerű diffúzióval jutnak át a sejtfelszíni akadályon, hogy hozzáférjenek a fehérjereceptorokhoz a citoplazmában vagy a sejtmagban. Bonyolultabb mechanizmusokra van szükség a vízben oldható jelmolekuláknak (pl.: hormonok, neurotranszmitterek és növekedési faktorok) esetében, amelyek nem képesek a plazmamembránon diffúzióval átjutni.
A többsejtűekben a sejtek között egy olyan információcserére alkalmas hálózatos rendszer alakult ki, amely képes arra, hogy az egész szervezet életben maradását, normális működését szolgálja a sejtek közötti koordináció, funkcionális együttműködés segítségével. A sejtek közötti információáramlás, az egyes sejtek által kapott és adott jelek rendszere határozza meg a sejtek pozícióját, funkciójukat az egyedfejlődés, majd a kifejlett élet során. Ha valami folytán kiesik az információáramlás rendszeréből egy sejt, akkor vagy elpusztul, vagy kóros elváltozásokat fog mutatni.
A sejthez kívülről érkező jelek által kiváltott információáramlás
A sejthez kívülről érkező jelek (stimulus, mediátor) által kiváltott információáramlás lépései: A sejthez kívülről érkező jelmolekula (mediátor) szintézise és felszabadulása a jelmolekulát termelő sejtből A mediátor szállítása a célsejthez Recepció A jelátalakításon alapuló folyamatok 3. lépése a recepció, a jel érzékelése. Megfelelő intenzitás vagy mennyiség esetén a sejt válaszol. A jel lehet egy foton (szem fotoreceptorai), kémiai anyag, melyet egy másik egyed bocsát ki (feromon). A jelek többsége a test belső sejtjeitől származik. A jeleket a plazmamembránon lévő receptorok érzékelik. A szteroidhormonokat a sejten belüli receptorok érzékelik. Célsejt közötti távolság alapján elkülöníthető jelátviteli folyamatok Az oldékony jelátvivő molekulák a sejten kívüli (extracelluláris) téren keresztül juttatják el az információt a különböző távolságban található célsejtekhez, így biztosítják a sejtek közötti információáramlást. Gap-junction kapcsolat, réskapcsolat
A szomszédos sejtek membránját átívelő speciális ioncsatornákon folyik az információáramlás. A gap junction alacsony ellenállású csatorna, amely egy intercelluláris (sejtek közötti) átjárót biztosít az ionok és kis molekulák áramlásához az egyik sejtből a másikba. Az ilyen közvetlen kommunikáció nagyon gyors, és különösen fontos az ingerelhető sejtekben, például a szívben. A gap junction nagy család (21 gén emberben) a connexineké (CXS), az különbözteti meg egymástól, hogy molekulatömege, amit jelez a követő szám a Cx rövidítése. Például, Cx43 a fő gap junction fehérje az asztrocitákban.
Távoli jelátviteli folyamatok
Az oldékony jelátvivő-molekulák a sejten kívüli téren keresztül juttatják el az információt a különböző távolságban található célsejtekhez, így biztosítják a sejtek közötti információáramlást. A jelátviteli molekulát termelő és kiválasztó sejt és a célsejt közötti távolság alapján négyféle jelátviteli folyamat különböztethető meg: endokrin parakrin autokrin orexin Endokrin jelátvitel Nagy a távolság, a jelmolekula olykor szállítófehérjéhez kötötten, a vérárammal jut el a célsejthez. A többsejtűeknek szükségük van távolra ható jelmechanizmusokra, hogy koordinálni tudják a test működését. A belső elválasztású mirigyek hormonokat bocsátanak a vérbe. A hormonok az őket felismerő receptorokat tartalmazó sejtekhez kapcsolódnak. A szinaptikus kapcsolatok jellegzetessége a jelek távolra való küldése sejt-sejt kontaktus útján. A küldő, szinapszis előtti idegsejt közvetlenül adja át az információt a fogadó, szinapszis utáni neuronnak, azonban a fogadóneuron továbbítja a jelet a távoli célpontokhoz.
Parakrin jelátvitel Közel helyezkedik el a célsejthez a parakrin jelet termelő sejt, a célmolekula egyszerű diffúzióval jut el a célsejthez. A közeli sejtek egymásra való hatása a parakrin jelátvitel. Az immunválasz részeként a fehérvérsejtek egy patogén támadására való válaszként, sokféle citokint és kemokint termelnek más fehérvérsejtek és egyéb lokális sejtek működésének befolyásolására. A parakrin szignálok nem diffundálhatnak messzire a közeli hatás esetében. Ezeket a molekulákat gyorsan felveszik a környező sejtek, majd elbontják a sejten kívüli enzimek, vagy immobilizálódnak a sejten kívüli (extracelluláris) mátrixon. Az ellentétes élettani hatással bíró molekulák szintén gátolják a parakrin jelek távoli hatását úgy, hogy hozzákapcsolódnak a jelmolekulához, vagy annak receptorához.
Autokrin folyamat A mediátort termelő sejt és a célsejt egy és ugyanaz. A sejtek képesek kibocsátani olyan jeleket, amelyekre saját maguk válaszolnak. Az önszabályozás során a szomszéd sejteknek küldött jel a küldő sejt saját receptoraira is hat, negatív visszacsatolás útján. Az önszabályozó mechanizmus során a küldő sejt érzékeli azt, ha megfelelő számú jelmolekulát bocsátott ki a környezetébe és erre válaszul csökkenti saját aktivitását. Az adenozin egy példa az autokrin tényezőre, amely úgy működik, mint egy endogén alvásszabályozó molekula.
Orexin jelátvitel Az orexin az alvás és ébrenlét központi szabályozásában játszik fontos szerepet. Két orexin ismert (orexin-A és orexin-B), amelyek peptid neurotranszmitterek. Ezek a neurotranszmitterek a 7000 db orexin neuronban szintetizálódnak, és ebből szabadulnak fel, a neuronok a laterális hipotalamuszban találhatók. Egy prepro-orexin prekurzor peptidből szintetizálódnak, amelyek feldolgozott állapotban alkotják az orexin-A-t (egy 33 aminosavból álló peptidet) és az orexin-B-t (egy 28 aminosavból álló peptidet). Az orexin-A az OX1-receptorokon keresztül hat, amely kapcsolódik Gq/11-hez és a Gi/o-hoz is, így aktiválva a foszfolipáz C-t (PLC), az INSP3-t és a diacil-glicerolt (DAG), így gátolja a cAMP másodlagos hírvivőn keresztül megvalósuló jelátviteli útvonalat.
A receptorfehérjék jellemzői