Druhí poslové , neboli „ druzí poslové “, jsou intracelulární signální molekuly uvolněné v reakci na stimulaci receptoru a způsobující aktivaci primárních efektorových proteinů . Ty zase vedou k aktivaci sekundárních efektorových proteinů. To spouští kaskádu fyziologických změn, které mohou být důležité pro zajištění tak důležitých fyziologických procesů, jako je růst, vývoj a diferenciace buněk, aktivace buněčného dělení , transkripce nebo naopak inhibice transkripce genů , biosyntéza proteinů, sekrece hormonů , neurotransmiterů nebo cytokinů . podle typu buňky změna bioelektrické aktivity buňky, migrace buněk, zajištění jejich přežití nebo naopak indukce apoptózy . Druhé posly jsou iniciační prvky v různých intracelulárních signalizačních kaskádách. V důsledku toho všeho hrají sekundární poslové v životě buňky velmi důležitou roli a hrubé narušení práce kteréhokoli ze systémů sekundárních poslů má na buňku nepříznivý vliv (např. k jeho nádorové transformaci nebo naopak k apoptóze).
Druhými posly jsou typicky malé neproteinové molekuly. Důležité příklady molekul druhého posla (avšak bez omezení na ně) zahrnují cyklický AMP , cyklický GMP , inositoltrifosfát , diacylglycerol , vápník , oxid dusnatý (II) . Buňka uvolňuje (nebo naopak snižuje uvolňování) určité druhé posly v reakci na působení extracelulárních signálních molekul – tzv. „primárních signálních molekul“ nebo „primárních poslů“. Primárními signály mohou být například hormony (peptid, monoamin a další), neurotransmitery, cytokiny atd. Protože primárními posly jsou obvykle vysoce hydrofilní molekuly (jako adrenalin nebo serotonin ), nebo spíše velké molekuly polypeptidů (jako oxytocin a inzulín ), nemohou procházet fosfolipidovou dvojvrstvou buněčné membrány, aby přímo zahájily kaskádu intracelulárních fyziologických změn. Toto funkční omezení donutilo buňky osvojit si mechanismy transmembránového přenosu extracelulárních signálů do buňky na základě existence řetězce „receptor extracelulárního signálu -> primární efektor -> sekundární posel (sekundární posel) -> sekundární efektor -> další signalizace kaskády“. Důležitou vlastností zabudovanou do tohoto systému přenosu signálu je, že v každé fázi přenosu signálu do buňky primární signál prochází mnohonásobným zesílením, amplifikací (jedna molekula primárního signálu a tedy aktivace jednoho primárního efektoru vede k uvolnění mnoho molekul druhého posla, jako je cAMP, a mnoho molekul multispecifických a multicyklických sekundárních efektorů, jako je protein kináza A , aktivovaných za účasti tohoto druhého posla, vede k fosforylaci, a tedy k inhibici nebo aktivaci rovnoměrného posla. větší rozmanitost různých proteinů). [1] [2] Dalším příkladem je signál Ras . GTP se váže na MAP kinázu , což vede k alosterické aktivaci řady proliferačních a mitotických indukčních faktorů, jako jsou Myc a CREB .
Earl Sutherland jako první objevil systém druhého posla, za což obdržel v roce 1971 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu . Earl Sutherland poznamenal, že adrenalin stimuluje játra k tvorbě glukózy z glykogenu (proces zvaný glykogenolýza ), k tomu však nedochází přímo působením adrenalinu na buňku, ale zprostředkováním cAMP (tj. působením adrenalinu). samotný na buňce nestačí k nastartování procesu glukoneogeneze - k tomu musí nejprve proběhnout řada intracelulárních dějů, a aby k nim došlo, musí být v buňce splněna řada předpokladů pro zahájení kaskády přenosu signálu zejména musí být dostupná, neblokovaná adenylátcykláza). Sutherland ukázal, že adrenalin nejprve způsobí zvýšení koncentrace intracelulárního cAMP a teprve poté (v důsledku spuštění kaskády intracelulárních dějů) tvorbu glukózy z glykogenu. Podařilo se mu také prokázat, že pokud je blokována adenylátcykláza a tím je zabráněno zvýšení intracelulární koncentrace cAMP způsobené adrenalinem, pak adrenalin nemá žádný účinek (nezpůsobuje tvorbu glukózy z glykogenu). [3] Mechanismus později podrobně prozkoumali [4] [5] Martin Rodbell a Alfred Gilman, kteří za něj v roce 1994 také obdrželi Nobelovu cenu za medicínu a fyziologii .
Druhé posly mohou být syntetizovány a aktivovány různými enzymy , jako jsou cyklázy ( adenylátcykláza , guanylátcykláza ), které syntetizují cyklické nukleotidy cAMP a cGMP , nebo syntáza oxidu dusnatého , která syntetizuje oxid dusnatý (II) , nebo fosfolipáza C , syntetizuje diacylglycerol a inositoltrifosfát , nebo otevřením nebo uzavřením iontových kanálů buňky, které umožňují vstup těchto iontů do buňky nebo výstup z buňky, jak k tomu dochází při signalizaci pomocí iontů vápníku . Tyto malé molekuly druhých poslů se vážou na sekundární efektorové proteiny, zejména aktivují proteinkinázy, otevírají a uzavírají iontové kanály atd., což zase spouští další intracelulární signální kaskádu až k efektorům N. řádu.
Existují tři hlavní typy molekul druhého posla:
Intracelulární druzí poslové mají některé společné vlastnosti pro všechny z nich:
V každé buňce je několik sekundárních messengerových systémů, zejména cyklický AMP systém , fosfatidylinositolový systém (diacylglycerol a inositoltrifosfát), systém kyseliny arachidonové, systém oxidu dusnatého , vápníkový systém, cyklický GMP systém a další, všechny jsou však velmi podobné. v jejich obecné struktuře mechanismu, a to navzdory skutečnosti, že endogenní látky podílející se na realizaci jejich účinků a obecné účinky jejich aktivace mohou být velmi odlišné.
Ve většině případů vše začíná skutečností, že ten či onen extracelulární agonistický ligand se váže na specifické místo (ligand binding domain) na transmembránovém receptorovém proteinu. Vazba ligandu na toto místo receptoru vede ke změně jeho prostorové konfigurace. Tato změna prostorové konfigurace receptoru může vést ke změně jeho aktivity a ke spuštění toho či onoho primárního efektoru. Výsledkem působení primárního efektoru je syntéza a uvolnění (nebo naopak inhibice syntézy) určitých sekundárních mediátorů, tedy generování sekundárního signálu (sekundárního sdělení, ať už pozitivního sdělení - syntézy sekundárního mediátoru, nebo negativní zpráva - inhibice syntézy sekundárního mediátoru).
Například v případě receptorů spřažených s G proteinem změna v konformaci receptorového proteinu, ke které dochází, když se na něj naváže ligand, způsobí, že specifická intracelulární doména receptoru získá schopnost vázat se na G protein. G protein je pojmenován podle GDP a GTP , které je tento protein schopen vázat. G-protein je hydrofobní, je tedy spojen s vnitřní buněčnou membránou, což usnadňuje vazbu G-proteinu na transmembránové receptory. G-protein je přenašeč signálu a transformátor z receptoru do buňky; skládá se ze tří podjednotek: α, β a γ.
Když se G protein naváže na aktivovaný receptor, získá schopnost vyměnit GDP (guanosindifosfát) navázaný na jeho α-podjednotku za GTP (guanosintrifosfát). Poté, co k této výměně dojde, získá α-podjednotka G-proteinu schopnost disociovat z β- a γ-podjednotek. Všechny tři podjednotky zůstávají vázané na membránu. Poté, co se α-podjednotka disociuje od β- a γ-podjednotek a získá schopnost difundovat podél vnitřní vrstvy buněčné membrány, dojde nakonec při tomto pohybu ke srážce α-podjednotky s dalším membránovým proteinem – tzv. „primárním efektorem“. “, což je v případě G proteinu obvykle adenylátcykláza.
V důsledku této interakce α-podjednotky G-proteinu s primárním efektorem (například s adenylátcyklázou) se tak či onak mění enzymatická aktivita primárního efektorového proteinu - v závislosti na typu α. -podjednotka (inhibiční nebo stimulační). Výsledkem je, že primární efektorový protein produkuje sekundární signál, kterým je snížení nebo zvýšení produkce konkrétní látky ze substrátu její enzymatické aktivity. Pro adenylátcyklázu je substrátem ATP a konečným produktem reakce je cyklický AMP . Pro primární efektor, fosfolipázu C , je substrátem fosfatidylinositol a reakčními produkty jsou diacylglycerol a inositoltrifosfát . Pro syntázu oxidu dusnatého je substrátem L - arginin a reakčním produktem je oxid dusnatý (II) . Tyto reakční produkty jsou sekundárními posly (druhými posly), zatímco agonistický ligand receptoru se nazývá primární signál nebo primární posel. Dále druhý posel (nebo druzí poslové, pokud jich je několik) může difundovat do buněčné cytoplazmy nebo do mezimembránových prostor (v závislosti na hydrofilitě nebo lipofilitě), čímž účinně přenáší vícenásobně zesílený signál do buňky. Tito druzí poslové zase v buňce aktivují různé tzv. „sekundární efektory“ (např. v případě cAMP jde primárně o cAMP-dependentní proteinkinázu A , v případě inositoltrifosfátu primárně proteinkinázu C ; cílů pro akci může být několik nebo dokonce mnoho). A sekundární efektory spouštějí další kaskádu sestupných efektorových reakcí. Konečné účinky závisí jak na typu receptoru a G-proteinu (stimulační nebo inhibiční), tak na specifickém systému druhých poslů a sekundárních efektorů.
Současně jsou β- a γ-podjednotky G-proteinu schopny aktivovat nebo inhibovat (v závislosti na typu G-proteinu) další signální dráhy, například GIRK (přicházející jednosměrné kanály draselných iontů) nebo fosfolipázu. C nebo syntáza oxidu dusnatého. Stejný receptor je tedy schopen současně aktivovat několik systémů druhého posla a produkovat "křížovou komunikaci" se signálními cestami, které jsou považovány za charakteristické pro jiné typy receptorů.
Ionty vápníku jsou jedním z důležitých typů druhých poslů, kteří jsou zodpovědní za realizaci mnoha důležitých fyziologických funkcí, jako je svalová kontrakce, oplodnění a uvolňování neurotransmiterů. Ionty vápníku jsou normálně spojeny se speciálními proteiny a/nebo uloženy ve speciálních intracelulárních kompartmentech (zejména v hladkém endoplazmatickém retikulu), odkud mohou být rychle uvolněny během přenosu signálu. Enzym fosfolipáza C (primární efektor) produkuje druhé posly diacylglycerol a inositoltrifosfát, což vede ke zvýšení permeability kalciových iontových kanálů. Aktivní G-protein otevírá vápníkové kanály buňky, což vede k vnitřnímu proudu vápníkových iontů. Další druhý posel, rovněž produkt fosfolipázy C, diacylglycerol, aktivuje proteinkinázu C, která podporuje aktivaci adenylátcyklázy a akumulaci cAMP (další druhý posel).