Tipi di comunicazione cellulare, importanza, esempi

IL Comunicazione cellulare, Chiamato anche comunicazione intercellulare, è costituito dalla trasmissione di molecole di segnale extracellulare. Queste molecole iniziano da un segnale che generano cellule e si legano ai recettori delle cellule bianche, producendo una risposta specifica.

La molecola di segnale può essere una piccola molecola (esempio: un aminoacido), un peptide o una proteina. Pertanto, la comunicazione, che è chimica, è una caratteristica degli organismi unicellulari e multicellulari.

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Nei batteri, le molecole di segnale sono feromoni batterici. Questi sono necessari per funzioni come il trasferimento orizzontale di geni, bioluminescenza, formazione di biofilm e produzione di antibiotici e fattori patogeni.

Negli organismi multicellulari, la comunicazione cellulare può avvenire tra cellule adiacenti o tra cellule che sono separate. In quest'ultimo caso, le molecole del segnale devono essere diffuse e trasportate per lunghe distanze. Tra le funzioni dei segnali ci sono i cambiamenti nell'espressione genica, nella morfologia e nel movimento cellulare.

La comunicazione cellulare può anche essere effettuata attraverso vescicole extracellulari (VE), chiamate ectosomi ed esosomi. Alcune funzioni VE sono: modulazione di linfociti e macrofagi; Controllo della funzione sinaptica; nei vasi sanguigni e nel cuore, coagulazione e angiogenesi; e scambio RNA.

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Tipi (sistemi/meccanismi)

Nei batteri, esiste un tipo di comunicazione cellulare che viene chiamato Quorum Sensing, che consiste in comportamenti che si verificano solo quando la densità della popolazione batterica è alta. Lui Quorum Sensing Implica la produzione, il rilascio e la successiva rilevazione di alte concentrazioni di molecole di segnale, chiamate autoinduttori.

In eucarioti unicellulari, come T. Brucei, c'è anche Quorum Sensing. Nei lieviti, il comportamento sessuale e la differenziazione cellulare si verificano in risposta alla comunicazione da parte di feromoni e cambiamenti ambientali.

Nelle piante e animali, l'uso di molecole di segnale extracellulare, come ormoni, neurotrasmettitori, fattori di crescita o gas, è un importante tipo di comunicazione che implica la sintesi della molecola del segnale, il suo rilascio, il suo trasporto sul cellulare bianco, il rilevamento di il segnale e la risposta specifici.

In relazione al trasporto del segnale della molecola negli animali, la distanza di azione della molecola determina due tipi di segnali: 1) autocrini e paracrine, che agiscono, rispettivamente, sulla stessa cellula e sulle cellule vicine; e 2) endocrino, che agisce su un cellulare bianco distante, trasportato dal flusso sanguigno.

La comunicazione cellulare attraverso le vescicole extracellulari è un importante tipo di comunicazione cellulare negli organismi eucariotici e negli archea.

Quorum Sensing (QS)

Man mano che la popolazione eucariotica batterica o unicellulare cresce, raggiunge il numero di cellule sufficienti, o cellule di quorum, che produce la concentrazione induttore in grado di produrre un effetto sulle cellule. Ciò costituisce un meccanismo per il trasporto di censimento.

Sono noti tre tipi di sistemi Quorum Sensing nei batteri: uno in gram-negativo; un altro in gram-positivo; e un altro nel grammo negativo Vibrio Harveyi.

Nei batteri Gram-negativi, l'autoductor è il lattone acilati di lattone. Questa sostanza è sintetizzata dall'enzima di tipo Luxxi e si diffonde passivamente attraverso la membrana, accumulando nello spazio extracellulare e intracellulare. Quando viene raggiunta la concentrazione stimolante, viene attivata la trascrizione dei geni regolati da QS.

Nei batteri Gram-negativi, gli autoinduttori sono peptidi modificati, che vengono esportati nello spazio extracellulare, dove interagiscono insieme alle proteine ​​della membrana. C'è una cascata di fosforilazione che attiva le proteine, che si legano al DNA e controllano la trascrizione dei geni bianchi.

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Vibrio Harveyi produce due autoinduttori, chiamati HAI-1 e A1-2. HAI-1 è l'omoserina di lattone acyled, ma la sua sintesi non dipende dal luxi. A1-2 è furanosil boraato diete. Entrambe le sostanze agiscono attraverso una cascata di fosforilazione simile a quella di altri batteri Gram-negativi. Questo tipo di QS controlla la bioluminescenza.

Comunicazione chimica

L'unione specifica della molecola di segnale, o legatura, alla proteina ricevente produce una risposta cellulare specifica. Ogni tipo di cellula ha alcuni tipi di recettori. Sebbene un certo tipo di ricevitore possa essere trovato anche in diversi tipi di celle e produrre risposte diverse allo stesso collegamento.

La natura della molecola del segnale determina il percorso che verrà utilizzato per entrare nella cellula. Ad esempio, gli ormoni idrofobici, come gli steroidi, si diffondono attraverso il doppio strato lipidico e si legano ai recettori per formare complessi che regolano l'espressione di geni specifici.

I gas, come l'ossido nitrico e il monossido di carbonio, si diffondono attraverso la membrana e, di solito attivano il guanilil cicliso, produttore ciclico GMP. La maggior parte delle molecole di segnale sono idrofile.

I suoi recettori sono sulla superficie cellulare. I recettori agiscono come traduttori di segnale che alterano il comportamento del cellulare bianco.

I recettori della superficie cellulare sono divisi in: a) recettori accoppiati alla proteina GF; b) recettori con attività enzimatica, come la coppia di chinasi; e c) recettori del canale ionico.

Caratteristiche dei ricevitori alla proteina Conclusa G

I recettori accoppiati proteici si trovano in tutti gli eucarioti. In generale, sono destinatari con sette domini che attraversano la membrana, con la regione N-terminale per Exter cellulare. Questi recettori sono associati a una proteina G che traduce i segnali.

Quando il ligando si lega al ricevitore, la proteina G viene attivata. A sua volta attiva un enzima effettore che produce un secondo messaggero intracellulare, che può essere monofosfato ciclico adenosina (AMPC), acido arachidonico, diacilglicerolo o inositolo-3-fosfato, che funge da amplificatore del segnale iniziale iniziale.

La proteina G possiede tre subunità: alfa, beta e gamma. L'attivazione della proteina G implica la dissociazione del PIL della proteina G e l'unione del GTP alla subunità alfa. Nel g_alfa-GTP si dissocia dalle subunità beta e gamma, interagendo specificamente con le proteine ​​effettrici, attivandole.

La via AMPC può essere attivata dai recettori beta-adrenergici. AMPC è prodotto dall'adenilil ciclasi. La via del fosfoositolo è attivata dai recettori muscarinici dell'acetilcolina. Attivare la fosfolipasi c. La via dell'acido arachidonico è attivata dal recettore dell'istamina. Attiva la fosfolipasi A2.

Percorso AMPC

Il legame del ligando al ricevitore la proteina stimolante G (G_S), insieme al PIL, provoca lo scambio di PIL da parte di GTP e la dissociazione della subunità alfa di G_S delle subunità beta e gamma. Il complesso g_alfa-GTP è associato a un dominio dell'adenil ciclasa, attiva l'enzima e producendo AMPC da ATP.

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L'AMPC si unisce alle subunità regolatorie della proteina chinasi dipendente da AMPC. Rilascia subunità catalitiche, che fosforilate proteine ​​che regolano le risposte cellulari. Questa via è regolata da due tipi di enzimi, vale a dire fosfodie e proteine ​​della fosfatasi.

Percorso di fosfoinitolo

Il legame del ligando al ricevitore attiva la proteina G (G_Q), che attiva la fosfolipasi C (PLC). Questo enzima rompe il fosfatidil inositolo 1,4,5-bifosfato (PIP₂) In due secondi messaggeri, inositolo 1,4,5-trifosfato (IP₃) e diacilglicerolo (DAG).

L'IP₃ si diffonde nel citoplasma e unisce i recettori del reticolo endoplasmatico, causando il rilascio di CA⁺² dall'interno. Il DAG rimane nella membrana e attiva la proteina Cinase C (PKC). Alcune isoforme PKC hanno bisogno di CA⁺².

Percorso dell'acido araquidonico

Il legame del ligando al ricevitore provoca le subunità beta e gamma della proteina G per attivare la fosfolipasi₂ (PLA₂). Questo enzima idrolizza il fosfatidilinositolo (PI) nella membrana plasmatica, rilasciando acido arachidonico, che è metabolizzato da percorsi diversi, come 5 e 12-lipxigenasi e cicloxigenasi.

Caratteristiche del recettore della tirosina chinasi

I recettori della tirosina chinasi (RTK) hanno domini regolatori extracellulari e domini catalitici intracellulari. A differenza del ricevitore accoppiato dalla proteina GF, la catena polipeptidica dei recettori della tirosina chinasi attraversa la membrana plasmatica solo una volta.

L'Unione dei ligandi, che è un ormone o un fattore di crescita, per il dominio regolatorio provoca l'associazione delle due subunità del ricevitore. Ciò consente l'autofosfato del ricevitore in un residuo di tirosina e l'attivazione delle cascate di fosforilazione proteica.

I residui di tirosina fosforilati del recettore della coppia (RTK) interagiscono con le proteine ​​dell'adattatore, che collegano il recettore attivato con i componenti della via di trasduzione del segnale. Adattare le proteine ​​servono per formare complessi di segnale multiproteici.

L'RTK si unisce a diversi peptidi, come: fattore di crescita epidermica; Fattori di crescita dei fibroblasti; fattori di crescita del cervello; fattore di crescita nervoso; e insulina.

Caratteristiche generali dei ricevitori

L'attivazione dei recettori di superficie produce cambiamenti nella fosforilazione delle proteine ​​attivando due tipi di proteine ​​della chinasi: trambusto e siero e treonina chinasi .

Le chinasi di serina e treonina sono: proteina di chinasi dipendente da AMPC; Proteina chinasi dipendente da GMPC; La proteina C di chinasi C; e proteina dipendente da CA⁺²/Calmodulina. In queste proteine ​​della chinasi, ad eccezione della chinasi dipendente da AMPC, il dominio catalitico e regolatore si trova nella stessa catena polipeptidica.

Il secondo messaggero si unisce a queste chinasi serine e treonine, attivandole.

Caratteristiche dei recettori che sono canali ionici

I recettori del canale ionico hanno le seguenti caratteristiche: a) conducono ioni; b) riconoscere e selezionare ioni specifici; c) si aprono e si chiudono in risposta a segnali chimici, elettrici o meccanici.

I recettori del canale ionico possono essere un monomero o essere eteroligomeri o omoligomeri, le cui regioni a catena polipeptidica attraversano la membrana plasmatica. Ci sono tre famiglie di canali ionici: a) canali Puerta del Ligando; b) canali dei sindacati; e c) canali di tensione dipendenti da Na⁺.

Alcuni esempi di recettori del canale ionico sono i recettori dell'acetilcolina della giunzione neuromuscolare e i recettori ionotropici di glutammato, NMDA e nessun NMDA, nel sistema nervoso centrale.

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Comunicazione attraverso le vescicole extracellulari

Le vescicole extracellulari (VE) sono una miscela di ectosomi ed esosomi, che sono responsabili della trasmissione di informazioni biologiche (RNA, enzimi, specie reattive di ossigeno, ecc.) Tra cellula e cellula. L'origine di entrambe le vescicole è diversa.

Gli ectosomi sono vescicole prodotte da germogli di membrana plasmatica, seguite dalla sua separazione e liberazione verso lo spazio extracellulare.

Innanzitutto, si verifica il raggruppamento delle proteine ​​della membrana in domini discreti. Quindi, le ancore lipidiche proteiche accumulano proteine ​​citosoliche e RNA nel lume, quindi l'epidemia cresce.

Gli esosomi sono vescicole che si formano da corpi multicestici (MVB) e vengono rilasciati per esocitosi allo spazio extracellulare. Gli MVB sono endosomi tardivi, all'interno dei quali ci sono vescicole intraluminali (ILV). MVB può fondere i lisosomi e continuare il percorso degradativo, o rilasciare ISS come esosomi mediante esocitosi.

Li interagiscono con il cellulare bianco in diversi modi: 1) Disensione della membrana VE e il rilascio dei fattori attivi del suo interno; 2) vedono il contatto con la superficie del cellulare bianco, che si fonde, rilasciando il loro contenuto nel citosol; e 3) VE vengono catturati interamente dalla macropinocitosi e dalla fagocitosi.

Importanza

La grande varietà di funzioni di comunicazione intercellulare indica la sua importanza da sola. Attraverso alcuni esempi, è illustrata l'importanza di diversi tipi di comunicazione cellulare.

- Importanza di Quorum Sensing. QS regola vari processi come la virulenza all'interno di una specie o microrganismi di diverse specie o generi. Ad esempio, una tensione di Staphylococcus aureus Utilizzare una molecola di segnale in Quorum Sensing Per infettare l'ospite e inibisce altri ceppi di S. aureola Per farlo.

- Importanza della comunicazione chimica. L'indicazione chimica è necessaria per la sopravvivenza e il successo riproduttivo degli organismi multicellulari.

Ad esempio, la morte cellulare programmata, che regola lo sviluppo multicellulare, elimina le strutture complete e consente lo sviluppo di tessuti specifici. Tutto ciò è mediato da fattori trofici.

- Importanza delle See. Hanno un ruolo importante nel diabete, nell'infiammazione e nelle malattie neurodegenerative e cardiovascolari. Vedono le cellule normali e le cellule tumorali differiscono parecchio. VE può trasportare fattori che promuovono o sopprimono il fenotipo del cancro nei globuli bianchi.

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