การสื่อสารของเซลล์: ประเภทความสำคัญตัวอย่าง - ชีววิทยา

การสื่อสารแบบเซลลูลาร์เรียกอีกอย่างว่าการสื่อสารระหว่างเซลล์คือการส่งผ่านโมเลกุลของสัญญาณนอกเซลล์ โมเลกุลเหล่านี้เริ่มต้นจากเซลล์ที่สร้างสัญญาณและจับกับตัวรับบนเซลล์เป้าหมายทำให้เกิดการตอบสนองที่เฉพาะเจาะจง

โมเลกุลของสัญญาณอาจเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก (เช่นกรดอะมิโน) เปปไทด์หรือโปรตีน ดังนั้นการสื่อสารซึ่งเป็นสารเคมีจึงเป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์

ที่มา: pixabay.com

ในแบคทีเรียโมเลกุลของสัญญาณคือฟีโรโมนของแบคทีเรีย สิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับการทำงานเช่นการถ่ายโอนยีนในแนวนอนการเรืองแสงการสร้างฟิล์มชีวภาพและการผลิตยาปฏิชีวนะและปัจจัยที่ทำให้เกิดโรค

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์การสื่อสารของเซลล์สามารถเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกันหรือระหว่างเซลล์ที่แยกจากกัน ในกรณีหลังโมเลกุลของสัญญาณจะต้องกระจายและเดินทางเป็นระยะทางไกล ในบรรดาฟังก์ชั่นของสัญญาณ ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนสัณฐานวิทยาและการเคลื่อนไหวของเซลล์

การสื่อสารของเซลล์สามารถทำได้โดยถุงนอกเซลล์ (EV) เรียกว่า ectosomes และ exosomes ฟังก์ชั่นบางอย่างของ EV ได้แก่ การมอดูเลตของลิมโฟไซต์และมาโครฟาจ การควบคุมฟังก์ชัน synaptic ในหลอดเลือดและหัวใจการแข็งตัวและการสร้างเส้นเลือด และการแลกเปลี่ยน RNA

ประเภท (ระบบ / กลไก)

ในแบคทีเรียมีการสื่อสารแบบเซลล์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า quorum sensing ซึ่งประกอบด้วยพฤติกรรมที่เกิดขึ้นเมื่อความหนาแน่นของประชากรแบคทีเรียสูงเท่านั้น การตรวจจับโควรัมเกี่ยวข้องกับการผลิตการปลดปล่อยและการตรวจจับโมเลกุลของสัญญาณที่มีความเข้มข้นสูงในภายหลังซึ่งเรียกว่า autoinducers

ในยูคาริโอตที่มีเซลล์เดียวเช่น T. brucei ยังมีการตรวจจับโควรัม ในยีสต์พฤติกรรมทางเพศและความแตกต่างของเซลล์เกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการสื่อสารของฟีโรโมนและการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม

ในพืชและสัตว์การใช้โมเลกุลของสัญญาณนอกเซลล์เช่นฮอร์โมนสารสื่อประสาทปัจจัยการเจริญเติบโตหรือก๊าซเป็นการสื่อสารที่สำคัญประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โมเลกุลของสัญญาณการปลดปล่อยการขนส่งไปยังเซลล์เป้าหมายการตรวจจับ สัญญาณและการตอบสนองเฉพาะ

ในความสัมพันธ์กับการขนส่งของโมเลกุลสัญญาณในสัตว์ระยะการกระทำของโมเลกุลจะกำหนดสัญญาณสองประเภท: 1) ออโตครีนและพาราครินซึ่งทำหน้าที่ตามลำดับบนเซลล์เดียวกันและในเซลล์ใกล้เคียง และ 2) ต่อมไร้ท่อซึ่งทำหน้าที่ในเซลล์เป้าหมายที่อยู่ห่างไกลถูกขนส่งโดยกระแสเลือด

การสื่อสารผ่านเซลล์โดยถุงนอกเซลล์เป็นการสื่อสารแบบเซลล์ที่สำคัญในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตและอาร์เคีย

เมื่อประชากรยูคาริโอตหรือแบคทีเรียเซลล์เดียวเติบโตขึ้นเซลล์หรือองค์ประชุมก็มีจำนวนเพียงพอที่จะสร้างความเข้มข้นของตัวเหนี่ยวนำที่สามารถสร้างผลกระทบในเซลล์ได้ สิ่งนี้ถือเป็นกลไกการสำรวจสำมะโนประชากร

ระบบการตรวจจับโควรัมสามประเภทเป็นที่รู้จักในแบคทีเรียชนิดหนึ่งคือแกรมลบ อีกอันในแกรมบวก และอีกอันในวิบริโอฮาร์วีย์แกรมลบ

ในแบคทีเรียแกรมลบ autoinducer คือ acylated homoserine lactone สารนี้ถูกสังเคราะห์โดยเอนไซม์ประเภท LuxI และแพร่กระจายผ่านเมมเบรนแบบพาสซีฟโดยสะสมอยู่ในพื้นที่นอกเซลล์และภายในเซลล์ เมื่อถึงระดับความเข้มข้นที่กระตุ้นการถอดความของยีนที่ควบคุมโดย QS จะเปิดใช้งาน

ในแบคทีเรียแกรมลบ autoinducers คือเปปไทด์ดัดแปลงซึ่งจะถูกส่งออกไปยังอวกาศนอกเซลล์ซึ่งพวกมันทำปฏิกิริยาร่วมกับโปรตีนเมมเบรน น้ำตกฟอสโฟรีเลชันเกิดขึ้นซึ่งกระตุ้นการทำงานของโปรตีนซึ่งจับกับดีเอ็นเอและควบคุมการถอดความของยีนเป้าหมาย

Vibrio harveyi ผลิต autoinducers สองตัวซึ่งกำหนดให้ HAI-1 และ A1-2 HAI-1 เป็นโฮโมซีรีนแลคโตนอะซิลเลต แต่การสังเคราะห์ไม่ขึ้นอยู่กับ LuxI A1-2 คือฟิราโนซิลโบเรตไดส์เตอร์ สารทั้งสองทำหน้าที่ผ่านน้ำตกฟอสโฟรีเลชันคล้ายกับแบคทีเรียแกรมลบอื่น ๆ คำพูดคำจาประเภทนี้จะควบคุมการเรืองแสง

การสื่อสารทางเคมี

การจับเฉพาะของโมเลกุลของสัญญาณหรือลิแกนด์กับโปรตีนตัวรับทำให้เกิดการตอบสนองของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจง เซลล์แต่ละชนิดมีตัวรับบางประเภท แม้ว่าตัวรับบางประเภทสามารถพบได้ในเซลล์ประเภทต่างๆและสร้างการตอบสนองที่แตกต่างกันไปยังลิแกนด์เดียวกัน

ลักษณะของโมเลกุลของสัญญาณจะกำหนดเส้นทางที่จะใช้ในการเข้าสู่เซลล์ ตัวอย่างเช่นฮอร์โมนที่ไม่ชอบน้ำเช่นสเตียรอยด์จะแพร่ผ่าน lipid bilayer และจับกับตัวรับเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่ควบคุมการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจง

ก๊าซเช่นไนตริกออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์จะแพร่กระจายผ่านเมมเบรนและโดยทั่วไปจะเปิดใช้งาน guanylyl cyclase ที่ผลิต GMP เป็นวงจร โมเลกุลของสัญญาณส่วนใหญ่เป็นพวกชอบน้ำ

ตัวรับของมันอยู่ที่ผิวเซลล์ ตัวรับทำหน้าที่เป็นตัวแปลสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของเซลล์เป้าหมาย

ตัวรับที่ผิวเซลล์แบ่งออกเป็นก) โปรตีน G ตัวรับคู่; b) ตัวรับที่มีกิจกรรมของเอนไซม์เช่นไทโรซีนไคเนส และ c) ตัวรับช่องไอออน

ลักษณะของตัวรับโปรตีน G

ตัวรับโปรตีน G พบได้ในยูคาริโอตทั้งหมด โดยทั่วไปแล้วพวกมันเป็นตัวรับที่มีเจ็ดโดเมนที่ข้ามเมมเบรนโดยมีบริเวณขั้ว N ไปทางด้านนอกของเซลล์และขั้ว C ไปทางด้านในของเซลล์ ตัวรับเหล่านี้เชื่อมโยงกับโปรตีน G ที่แปลสัญญาณ

เมื่อลิแกนด์จับกับตัวรับโปรตีน G จะทำงาน สิ่งนี้จะเปิดใช้งานเอนไซม์เอฟเฟกต์ที่สร้างสารภายในเซลล์ตัวที่สองซึ่งอาจเป็นวงจรอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (แคมป์) กรดอะราคิโดนิกไดอะซิลกลีเซอรอลหรืออิโนซิทอล -3-phosphate ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณ แรกเริ่ม

โปรตีน G มีหน่วยย่อย 3 หน่วย ได้แก่ อัลฟ่าเบต้าและแกมมา การกระตุ้นโปรตีน G เกี่ยวข้องกับการแยก GDP ออกจากโปรตีน G และการผูก GTP กับหน่วยย่อยอัลฟา ในคอมเพล็กซ์ G _alpha -GTP พวกมันแยกตัวออกจากหน่วยย่อยเบต้าและแกมมาโดยมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนเอฟเฟกต์หรือกระตุ้นโดยเฉพาะ

ทางเดินของแคมป์สามารถเปิดใช้งานได้โดยตัวรับเบต้า - อะดรีเนอร์จิก CAMP ผลิตโดย adenylyl cyclase ทางเดินของ phosphoinositol ถูกกระตุ้นโดยตัวรับ muscarinic acetylcholine พวกมันเปิดใช้งาน phospholipase C. วิถีของกรด arachidonic ถูกกระตุ้นโดยตัวรับฮิสตามีน เปิดใช้งานฟอสโฟลิเปส A2

ทางเดินของ CAMP

การเชื่อมโยงของลิแกนด์กับตัวรับโปรตีนกระตุ้น G (G _s ) ที่ผูกกับ GDP ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยน GDP สำหรับ GTP และการแยกหน่วยย่อยอัลฟาของ G _sออกจากหน่วยย่อยเบต้าและแกมมา คอมเพล็กซ์ G _alpha -GTP เชื่อมโยงกับโดเมนของ adenyl cyclase กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์และสร้างแคมป์จาก ATP

CAMP เชื่อมโยงกับหน่วยย่อยที่กำกับดูแลของโปรตีนไคเนสที่ขึ้นกับแคมป์ ปล่อยหน่วยย่อยของตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งโปรตีนฟอสโฟรีเลตที่ควบคุมการตอบสนองของเซลล์ ทางเดินนี้ถูกควบคุมโดยเอนไซม์สองประเภท ได้แก่ ฟอสโฟดิเอสเตอเรสและโปรตีนฟอสฟาเตส

วิถีฟอสโฟโนซิทอล

การผูกลิแกนด์กับตัวรับจะเปิดใช้งานโปรตีน G (G _q ) ซึ่งเปิดใช้งาน phospholipase C (PLC) เอนไซม์นี้แบ่งฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล 1,4,5-bisphosphate (PIP ₂ ) ออกเป็นสารสองตัวที่สองคืออิโนซิทอล 1,4,5-triphosphate (IP ₃ ) และไดอะซิลกลีเซอรอล(DAG)

IP ₃แพร่กระจายเข้าสู่ไซโตพลาสซึมและจับกับตัวรับในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมทำให้เกิดการปลดปล่อย Ca ⁺²จากภายใน DAG ยังคงอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์และกระตุ้นการทำงานของโปรตีนไคเนส C (PKC) ไอโซฟอร์มบางส่วนของ PKC ต้อง Ca 2

วิถีกรดอะราคิโดนิก

การจับลิแกนด์กับตัวรับทำให้หน่วยย่อยเบต้าและแกมมาของโปรตีน G เปิดใช้งานฟอสโฟลิเปส A ₂ (PLA ₂ ) เอนไซม์นี้ไฮโดรไลซ์ phosphatidylinositol (PI) ในพลาสมาเมมเบรนปล่อยกรด arachidonic ซึ่งถูกเผาผลาญโดยทางเดินที่แตกต่างกันเช่น 5 และ 12-lipoxygenase และ cyclooxygenase

ลักษณะของตัวรับไทโรซีนไคเนส

ตัวรับไทโรซีนไคเนส (RTK) มีโดเมนกำกับดูแลภายนอกเซลล์และโดเมนตัวเร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์ ซึ่งแตกต่างจากตัวรับโปรตีน G สายโซ่พอลิเปปไทด์ของตัวรับไทโรซีนไคเนสข้ามเยื่อหุ้มพลาสมาเพียงครั้งเดียว

ความผูกพันของลิแกนด์ซึ่งเป็นฮอร์โมนหรือปัจจัยการเจริญเติบโตกับโดเมนควบคุมทำให้หน่วยย่อยของตัวรับทั้งสองเชื่อมโยงกัน สิ่งนี้ช่วยให้เกิด autophosphorylation ของตัวรับที่เหลือไทโรซีนและกระตุ้นการลดลงของโปรตีนฟอสโฟรีเลชัน

ไทโรซีนที่ตกค้างของตัวรับไทโรซีนไคเนส (RTK) ทำปฏิกิริยากับโปรตีนอะแด็ปเตอร์ซึ่งเชื่อมโยงตัวรับที่เปิดใช้งานกับส่วนประกอบของเส้นทางการส่งสัญญาณ โปรตีนอะแดปเตอร์ทำหน้าที่สร้างคอมเพล็กซ์การส่งสัญญาณหลายโปรตีน

RTK จับกับเปปไทด์ต่าง ๆ เช่นปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ ปัจจัยการเจริญเติบโตของสมอง ปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาท และอินซูลิน

ลักษณะทั่วไปของเครื่องรับ

การกระตุ้นตัวรับพื้นผิวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนฟอสโฟรีเลชันโดยกระตุ้นไคเนสของโปรตีนสองชนิด ได้แก่ ไทโรซีนไคเนสและซีรีนและ ธ รีโอนีนไคเนส

ไคเนสของซีรีนและ ธ รีโอนีนคือโปรตีนไคเนสที่ขึ้นกับแคมป์; ไคเนสโปรตีนขึ้นอยู่กับ cGMP; โปรตีนไคเนส C; และโปรตีนขึ้นอยู่กับ Ca ⁺² / Calmodulin ในไคเนสของโปรตีนเหล่านี้ยกเว้นไคเนสที่ขึ้นกับแคมป์จะพบโดเมนของตัวเร่งปฏิกิริยาและกฎข้อบังคับบนสายโซ่โพลีเปปไทด์เดียวกัน

ผู้ส่งสารตัวที่สองจะเชื่อมโยงกับซีรีนและ ธ รีโอนีนไคเนสเหล่านี้เพื่อเปิดใช้งาน

ลักษณะของตัวรับที่เป็นช่องไอออน

ตัวรับช่องไอออนมีลักษณะดังต่อไปนี้ก) ทำไอออน; b) รับรู้และเลือกไอออนเฉพาะ c) เปิดและปิดเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณเคมีไฟฟ้าหรือทางกล

ตัวรับช่องไอออนอาจเป็นโมโนเมอร์หรืออาจเป็นเฮเทอโรลิโกเมอร์หรือโฮโมลิโกเมอร์ซึ่งบริเวณของห่วงโซ่โพลีเปปไทด์ข้ามเมมเบรนในพลาสมา ช่องไอออนมีสามตระกูล: ก) ช่องประตูลิแกนด์; b) ช่องแยกช่องว่าง; และ c) นา⁺ช่องแรงดัน -dependent

ตัวอย่างบางส่วนของตัวรับช่องไอออน ได้แก่ ตัวรับอะซิติลโคลีนทางประสาทและกล้ามเนื้อและตัวรับไอโอโนโทรปิกกลูตาเมต NMDA และไม่ใช่ NMDA ในระบบประสาทส่วนกลาง

การสื่อสารผ่านถุงนอกเซลล์

ถุงนอกเซลล์ (EV) เป็นส่วนผสมของเอคโตโซมและเอ็กโซโซมซึ่งมีหน้าที่ในการส่งข้อมูลทางชีวภาพ (RNA, เอนไซม์, ออกซิเจนที่มีปฏิกิริยา ฯลฯ ) ระหว่างเซลล์และเซลล์ ต้นกำเนิดของถุงทั้งสองแตกต่างกัน

Ectosomes เป็นถุงที่เกิดจากการแตกหน่อจากเยื่อหุ้มพลาสมาตามด้วยการแยกและปล่อยออกสู่ช่องว่างนอกเซลล์

ประการแรกการรวมกลุ่มของโปรตีนเมมเบรนเป็นโดเมนที่ไม่ต่อเนื่องเกิดขึ้น จากนั้นแองเคอโปรตีนลิพิดจะสะสมโปรตีนไซโตโซลิกและอาร์เอ็นเอในลูเมนจึงทำให้ตาเจริญเติบโต

เอ็กโซโซมเป็นถุงที่ก่อตัวขึ้นจากร่างกายหลายชั้น (MVB) และถูกปล่อยออกมาโดยเอ็กโซไซโทซิสในช่องว่างนอกเซลล์ MVB เป็นเอนโดโซมตอนปลายซึ่งมีถุงน้ำในช่องปาก (ILVs) MVB สามารถหลอมรวมกับไลโซโซมและดำเนินการตามเส้นทางย่อยสลายหรือปล่อย ILVS เป็น exosomes ผ่าน exocytosis

EVs โต้ตอบกับเซลล์เป้าหมายในรูปแบบต่างๆ: 1) การหายไปของเมมเบรน EV และการปลดปล่อยปัจจัยที่ใช้งานอยู่ภายในนั้น 2) EVs สร้างการสัมผัสกับพื้นผิวของเซลล์เป้าหมายซึ่งพวกมันหลอมรวมกันปล่อยเนื้อหาในไซโตซอล และ 3) EVs ถูกจับโดย macropinocytosis และ phagocytosis ทั้งหมด

ความสำคัญ

ฟังก์ชันที่หลากหลายของการสื่อสารระหว่างเซลล์เพียงอย่างเดียวบ่งบอกถึงความสำคัญ ตัวอย่างบางส่วนแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการสื่อสารเซลลูลาร์ประเภทต่างๆ

- ความสำคัญของการตรวจจับองค์ประชุม คำพูดคำจาควบคุมกระบวนการต่างๆเช่นความรุนแรงภายในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งหรือจุลินทรีย์ต่างสายพันธุ์หรือสกุลต่างๆ ตัวอย่างเช่น Staphylococcus aureus สายพันธุ์หนึ่งใช้โมเลกุลสัญญาณในการตรวจจับโควรัมเพื่อติดเชื้อโฮสต์และยับยั้ง S. aureus สายพันธุ์อื่น ๆ ไม่ให้ทำเช่นนั้น

- ความสำคัญของการสื่อสารทางเคมี การทำเครื่องหมายทางเคมีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอดและความสำเร็จในการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ตัวอย่างเช่นการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ซึ่งควบคุมการพัฒนาหลายเซลล์จะขจัดโครงสร้างทั้งหมดและอนุญาตให้มีการพัฒนาเนื้อเยื่อเฉพาะ ทั้งหมดนี้เป็นสื่อกลางโดยปัจจัยทางโภชนาการ

- ความสำคัญของ EV มีบทบาทสำคัญในโรคเบาหวานการอักเสบและโรคเกี่ยวกับระบบประสาทและโรคหัวใจและหลอดเลือด EV ของเซลล์ปกติและเซลล์มะเร็งแตกต่างกันอย่างมาก EV สามารถมีปัจจัยที่ส่งเสริมหรือยับยั้งฟีโนไทป์ของมะเร็งในเซลล์เป้าหมาย

อ้างอิง

Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , et al. 2550. อณูชีววิทยาของเซลล์. Garland Science, นิวยอร์ก
Bassler, BL 2002 Small Talk: Cell-to-Cell Communication in Bacteria. เซลล์ 109: 421-424
Cocucci, E. และ Meldolesi, J. 2015. Ectosomes และ exosomes: ขจัดความสับสนระหว่างถุงนอกเซลล์ แนวโน้มด้านชีววิทยาของเซลล์ xx: 1–9
Kandel, E. , Schwarts, JH, และ Jessell, T. , 2000. Principles of Neural Science. McGraw-Hill สหรัฐอเมริกา
Lodish, H. , Berk, A. , Zipurski, SL, Matsudaria, P. , Baltimore, D. , Darnell, J. 2003. เซลล์และอณูชีววิทยา กองบรรณาธิการ Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo
Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004 การสื่อสารทางเคมีในโปรตีโอแบคทีเรีย: การศึกษาทางชีวเคมีและโครงสร้างของการสังเคราะห์สัญญาณและตัวรับที่จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ จุลชีววิทยาโมเลกุล, 53: 755–769
Perbal, B. 2003 การสื่อสารเป็นหัวใจสำคัญ การสื่อสารและการส่งสัญญาณของเซลล์ บทบรรณาธิการ, 1-4.

การสื่อสารของเซลล์: ประเภทความสำคัญตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025