Όλα τα είδη κυττάρων διαθέτουν διαθέτουν μηχανισμούς διακυτταρικής επικοινωνίας, επίσης όμως αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους και αποκρίνονται ή προσαρμόζονται σε μεταβολές αυτού. Οι μηχανισμοί επικοινωνίας αναγνωρίζουν το είδος και την ένταση των σημάτων που δέχονται και περιλαμβάνουν τη δυνατότητα άμεσης ή και μακροπρόσθεσμης τροποποίησης των κυτταρικών λειτουργιών ως απόκριση στο αρχικό σήμα.
Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι η επικοινωνία των κυττάρων στους πολυκύτταρους οργανισμούς επιτυγχάνεται: α) άμεσα, είτε με την κατευθείαν επαφή μεταξύ τους, μέσω αλληλεπίδρασης μορίων που προεξέχουν από την επιφάνειά τους, είτε με το σχηματισμό χασμοσυνδέσμων ( gap junctions) που επιτρέπουν απευθείας επικοινωνία των κυτοπλασμάτων των κυττάρων και β) έμμεσα, με ουσίες οι οποίες αποτελούν χημικούς μεσολαβητές και ονομάζονται αγγελιαφόροι ή μηνύτορες (messengers) ( πρώτους και δεύτερους αγγελιαφόρους) που εκκρίνονται από τα κύτταρα και δρουν ως σηματοδοτικά μόρια, ανάμεσά τους και οι ορμόνες.
Η επικοινωνία μέσω των σηματοδοτικών μορίων που εκκρίνονται από τα κύτταρα διαφέρει ανάλογα με την απόσταση δράσης. Έτσι, η σηματοδότηση μπορεί να διαχωρισθεί σε τοπική (παρακρινής και συναπτική) και εξ΄αποστάσεως
( ενδοκρινής ) διακυτταρική επικοινωνία. Τόσο στην τοπική όσο και στη εξ’αποστάσεως σηματοδότηση, μόνο συγκεκριμένα κύτταρα – στόχοι αποκρίνονται σε δεδομένο σηματοδοτικό μόριο.
Ο όρος πορεία μεταγωγής σήματος ( signal transduction pathway) χρησιμοποιείται κυρίως για την περιγραφή των ενδοκυττάριων βιοχημικών αντιδράσεων που ενεργοποιούνται από υποδοχείς. Οι πορείες αυτές καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό και την τελική κυτταρική απόκριση. Γενικά, η κυτταρική σηματοδότηση ακολουθεί την πορεία: σήμα →υποδοχέας→μεταγωγή (καταρράκτης ενδοκυττάριων σημάτων και ενίσχυση σήματος)→απόκριση. Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά σε μια σηματοδοτική πορεία είναι: 1) το σηματοδοτικό μόριο- πρόσδεμα (ligand) που συνήθως είναι μια ορμόνη ή ένας νευροδιαβιβαστής. 2) Ο υποδοχέας που είναι μια πρωτεΐνη στην οποία συνδέεται το πρόσδεμα. Οι υποδοχείς μπορεί να είναι ενδοκυττάριοι και μεμβρανικοί. Στους μεμβρανικούς υποδοχείς εντάσσονται οι ιοντικοί δίαυλοι , οι υποδοχείς με ενεργότητα ενζύμου και οι υποδοχείς που είναι συζευγμένοι με G πρωτεΐνες 3) Οι δεύτεροι αγγελιαφόροι (second messengers) που προκύπτουν ως αποτέλεσμα της σύνδεσης του σηματοδοτικού μορίου στον υποδοχέα. Οι δεύτεροι αγγελιαφόροι επιδρούν σε άλλες πρωτεΐνες, ένζυμα ή διαύλους ιόντων, αλλάζοντας τη δράση τους και ενεργοποιώντας στη συνέχεια έναν καταρράκτη αντιδράσεων. 4) Οι αντιστρεπτές αντιδράσεις φωσφορυλίωσης που καταλύονται από ένζυμα όπως οι κινάσες και οι GTPάσες, που χρησιμοποιούνται για την άμεση αλλαγή των ιδιοτήτων των πρωτεϊνικών στόχων.
Το ενδοκρινές και το νευρικό σύστημα ρυθμίζουν και ελέγχουν κατά κύριο λόγο τις λειτουργίες του οργανισμού. Τα ενδοκρινή κύτταρα οργανώνονται σε αδένες και εκκρίνουν τις ορμόνες στα εξωκυττάρια υγρά που τις περιβάλλουν. Οι ορμόνες μπαίνουν στην κυκλοφορία του αίματος και συνδέονται με κύτταρα στόχους. Η ενδοκρινής σηματοδότηση είναι σχετικά αργή. Κάθε ενδοκρινές κύτταρο εκκρίνει στο αίμα διαφορετική ορμόνη και κάθε κύτταρο που διαθέτει υποδοχείς, αποκρίνεται ανάλογα με τον τύπο του στο εξωτερικό σήμα. Τα νευρικά κύτταρα, αντίθετα, πετυχαίνουν πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες και ακρίβεια μεταδίδοντας την πληροφορία σε μεγάλες αποστάσεις με ηλεκτρικές ώσεις . Η ηλεκτρική ώση μετατρέπεται σε χημικό σήμα μόνο στη νευρική απόληξη, όπου εκκρίνεται ο νευροδιαβιβαστής. Τα χημικά αυτά σήματα δρουν είτε με παρακρινή είτε με συναπτικό μηχανισμό. Στον τελευταίο, η σηματοδότηση είναι πολύ πιο ακριβής και η επίδραση του νευροδιαβιβαστή περιορίζεται σε ένα κύτταρο-στόχο, ακόμα και αν γειτονικά κύτταρα διαθέτουν υποδοχείς για τον ίδιο νευροδιαβιβαστή. Είναι γεγονός ότι το νευρικό και το ενδοκρινικό σύστημα συνεργάζονται στενά για τη ρύθμιση και την ολοκλήρωση των λειτουργιών του οργανισμού.
Οι αισθήσεις μάς παρέχουν τη δυνατότητα ανίχνευσης ενός ποικίλου συνόλου εξωτερικών ερεθισμάτων. Πώς όμως δουλεύουν τα αισθητικά συστήματά μας και πως ανιχνεύονται τα αρχικά ερεθίσματα; Για την κατανόηση αυτών των ερωτημάτων απαραίτητη είναι η κατανόηση της λειτουργίας των σηματοδοτικών μορίων, των υποδοχέων και των νευρώνων που μεταβιβάζουν τις νευρικές ώσεις, αφού τα αισθητικά συστήματα λειτουργούν όπως οι πορείες σήματος από διάφορες ορμόνες.
Τέλος, δεδομένου ότι οι βλάβες στις πορείες σηματοδότησης μπορούν να οδηγήσουν σε καρκίνο και άλλες ασθένειες κρίνεται απαραίτητη η κατανόηση των πορειών μεταγωγής σήματος, που μπορεί να οδηγήσει σε θεωρητικώς νέες αγωγές κατά ασθενειών.
All cell types possess intercellular communication mechanisms, but also interact with their environment and respond or adapt to changes in it. The communication mechanisms recognize the type and intensity of the signals they receive and include the possibility of direct or even long-term alteration of cellular functions in response to the original signal.
In general, it can be said that cell communication in multicellular organisms is achieved: a) directly, either by direct contact with each other, through interaction of molecules protruding from their surface, or by the formation of gap junctions that allow direct communication of the cytoplasm of cells and b) indirectly, with substances that are chemical mediators and are called messengers (this includes first and second messengers) that are secreted by the cells and act as signaling molecules, including hormones.
Communication via the signaling molecules secreted by the cells varies according to the distance of those cells. Thus, signaling can be divided into local (paracrine and synaptic) and distal (endocrine) intercellular communication. In both local and distal signaling, only specific target cells respond to a given signaling molecule.
The term signal transduction pathway is mainly used to describe intracellular receptor-activated biochemical reactions. These pathways largely determine the final cellular response. In general, cellular signaling follows the pathway: signal → receptor → transduction (intracellular signal cascade and signal amplification) → response. The most important features in a signaling pathway are: 1) the ligand that is usually a hormone or a neurotransmitter. 2) The receptor that is a protein to which the ligand binds. The receptors may be intracellular or membrane-anchored. Membrane receptors include ion channels, receptors with enzyme activity, and G protein-coupled receptors. 3) Second messengers that result as a result of binding of the signal molecule to the receptor. The second messengers affect other proteins, enzymes or ion channels, changing their action and then triggering a reaction cascade. 4) Reverse phosphorylation reactions catalyzed by enzymes such as kinases and GTPases, used to directly alter the properties of protein targets.
The endocrine and nervous system primarily regulate and control the body's functions. Endocrine cells are organized into glands and secrete hormones to the extracellular fluids surrounding them. Hormones enter the bloodstream and are linked to target cells. Endocrine signaling is relatively slow. Each endocrine cell secretes different hormone into the blood, and each cell that has receptors responds according to its type to the external signal. Signaling through the nerve cells, on the contrary, can be a lot faster and precise. Nerve cells transmit the information over long distances with electrical connections. The electrical impulse is converted to a chemical signal only at the nerve end, where the neurotransmitter is secreted. These chemical signals act by either paracrine or synaptic mechanisms. In the latter, the signaling is much more accurate and the effect of the neurotransmitter is limited to a target cell, even if neighboring cells have receptors for the same neurotransmitter. It is a fact that the nervous and endocrine systems work closely together to regulate and complete the body's functions.
Our senses enable us to detect a diverse set of external stimuli. But how do our sensory systems work and how can the initial stimuli be detected? To understand these questions, it is essential to understand the function of signaling molecules, receptors and neurons that transmit nerve signals, since sensory systems function like signal pathways from various hormones. Finally, since damage to signaling pathways can lead to cancer and other diseases, it is necessary to understand the signal transduction pathways, which may theoretically lead to new disease treatments.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
