Přenos signálu (přenos signálu, transdukce, signalizace , signalizace, angl. signální transdukce ) - v molekulární biologii termín "přenos signálu" označuje jakýkoli proces, kterým buňka převádí jeden typ signálu nebo podnětu na jiný.
Existence složitých mnohobuněčných organismů je možná díky koordinaci biochemických procesů probíhajících v jejich buňkách. Základem takové koordinace je mezibuněčná komunikace a přenos signálů v rámci jednotlivých buněk. Společně to umožňuje jedné buňce řídit chování ostatních.
Ve většině případů je přenos signálu v buňce řetězem sekvenčních biochemických reakcí prováděných enzymy , z nichž některé jsou aktivovány druhými posly . Takové procesy jsou obvykle rychlé: jejich trvání se pohybuje v řádu milisekund v případě iontových kanálů a minut v případě aktivace proteinkináz a lipidem zprostředkovaných kináz . V některých případech však může trvat hodiny nebo dokonce dny (v případě genové exprese ) od přijetí signálu k reakci na něj . Dráhy přenosu signálu nebo signální dráhy jsou často organizovány jako signální kaskády ( angl. signal cascade ): počet molekul proteinu a dalších látek zapojených do přenosu signálu se zvyšuje v každém následujícím stadiu, jak se vzdaluje od původního podnětu. Tedy i relativně slabý podnět může vyvolat významnou odezvu. Tento jev se nazývá zesílení signálu . Původní termín en:Signal transduction se poprvé objevil v recenzovaných časopisech v roce 1974 a objevil se v názvu článku v roce 1979.
Poruchy v signalizačním systému mohou vést k rozvoji rakoviny , autoimunitních onemocnění a cukrovky . Pochopení mechanismů přenosu signálu v buňce by mohlo vést k vývoji léčby těchto onemocnění a dokonce k vytvoření umělých tkání [1] .
Primárními mediátory jsou chemické sloučeniny nebo fyzikální faktory ( kvantum světla, zvuku, vnější teploty, mechanické vlivy - tlak, vibrace, smyk a další), které mohou aktivovat mechanismus přenosu signálu v buňce. Ve vztahu k přijímající buňce jsou primárními posly extracelulární signály. Je třeba poznamenat, že molekuly, které jsou v buňce hojně přítomny, ale v mezibuněčném prostoru jsou běžně přítomny ve velmi nízkých koncentracích (například ATP nebo glutamát [2] [3] ), mohou také působit jako extracelulární stimuly. V závislosti na funkcích lze primární zprostředkovatele rozdělit do několika skupin:
Příjem signálu od primárních poslů buňkou zajišťují speciální receptorové proteiny , pro které jsou primárními posly ligandy . Pro zajištění funkce receptoru musí proteinové molekuly splňovat řadu požadavků:
Buněčné receptory jsou rozděleny do následujících tříd:
Membránové receptory rozpoznávají velké (např. inzulín) nebo hydrofilní (např. adrenalin) signální molekuly, které nemohou samy vstoupit do buňky. Malé hydrofobní signální molekuly (například trijodtyronin , steroidní hormony , CO, NO) jsou schopny vstoupit do buňky difúzí . Receptory pro takové hormony jsou obvykle rozpustné cytoplazmatické nebo jaderné proteiny. Po navázání ligandu na receptor se informace o tomto ději přenáší dále po řetězci a vede ke vzniku primární a sekundární buněčné odpovědi [2] .
Pokud vnější signální molekula působí na receptory buněčné membrány a aktivuje je, pak tyto přenášejí přijatou informaci do systému proteinových složek membrány, tzv. signální transdukční kaskáda . Membránové proteiny kaskády přenosu signálu se dělí na:
Takto fungují receptory spojené s G-proteinem . Ostatní receptory (iontové kanály, receptory s proteinkinázovou aktivitou) samy slouží jako multiplikátory.
Druhé posly jsou nízkomolekulární látky, které vznikají nebo se uvolňují v důsledku enzymatické aktivity jedné ze složek řetězce přenosu signálu a přispívají k jeho dalšímu přenosu a zesílení [2] . Sekundární poslové se vyznačují následujícími vlastnostmi: mají malou molekulovou hmotnost a difundují vysokou rychlostí v cytoplazmě ; se rychle štěpí a rychle odstraňují z cytoplazmy. Mezi sekundární zprostředkovatele patří:
Někdy se v buňce tvoří i terciální poslové . Ca 2+ ionty tedy obvykle působí jako druhý posel, ale při přenosu signálu pomocí inositoltrifosfátu (druhého posla) slouží ionty Ca 2+ uvolněné za jeho účasti z EPR jako terciární mediátor.
Přenos signálu předpokládá přibližně následující schéma:
Někdy aktivace receptoru vnějším podnětem okamžitě vede k buněčné odpovědi. Například, když neurotransmiter GABA aktivuje svůj receptor, který je součástí iontového kanálu na povrchu neuronu, kanál začne propouštět chloridové ionty, což vede ke změně membránového potenciálu celé buňky. V jiných případech aktivace receptoru pouze zahájí řetězec událostí, které přenášejí regulační podnět uvnitř buňky prostřednictvím více či méně dlouhého řetězce mediátorů. Takový řetězec se nazývá signálová cesta .
Signální dráha Notch je relativně krátká. Aktivace tohoto receptoru umožňuje proteáze jej štěpit, část proteinu pak může vstoupit do buněčného jádra a působit jako regulátor transkripce . V důsledku toho buňka začne syntetizovat další proteiny a změní své chování. Složitější signální dráha je iniciována růstovými faktory. Některé z jejich receptorů jsou kinázy a po aktivaci fosforylují sebe a další proteiny, čímž mění schopnost interakce protein-protein. Například epidermální růstový faktor tím, že se naváže na svůj receptor , aktivuje svou autokatalytickou fosforylaci. Fosforylovaný receptor může vázat GRB2 adaptorový protein, který přenáší signál k dalšímu messengeru. To může dále vést k aktivaci signální dráhy Ras-MAPK/ERK . V něm může MAPK/ERK kináza (mitogenem aktivovaná proteinkináza) dále aktivovat transkripční faktor C-myc a pozměnit fungování řady genů, které ovlivňují buněčný cyklus.