Загальні принципи

Механізм передачі сигналу від рецептору всередину клітини

Передача сигналу від поверхні всередину клітини є необхідною для функціонування будь-якого організму: для дії гормонів, нейромедіаторів. просто для спілкування клітин одна з одною. Для цього природою розроблено спеціальні механізми. Таким чином, клітина спілкується з зовнішнім оточенням через велику кількість рецепторів на своїй поверхні. Всі позаклітинні сигнали отримуються зовнішньою поверхнею клітини і переносяться через мембрану з залученням трансмембранних рецепторних білків, які є інструментами в конвертації сигналу ззовні клітини у внутрішньоклітинні біохімічні події. Всередині клітини сигнал поширюється вздовж внутрішньоклітинних сигнальних шляхів, конвертується в різні біохімічні процеси (трансдукція сигналу) на різних рівнях організації клітини та підтримуються і значно ампліфікуються при досягненні пункту призначення. Принцип механізмів сигналінгу є універсаль­ний, а деталі дозволяють закодувати і розшифрувати все різно­маніття зовнішніх сигналів, що їх може отримати клітина.

Існує декілька загальних каскадів передачі сигналу. Вони склада­ються із спільних елементів:

І -рецептор, що сприймає сигнал на зовнішній поверхні клітини;

2- каскад реакцій, що призводить до фосфорилювання внутріш­ньоклітинних білків. Фосфорилювання-дефосфорилювання - універ­сальний механізм активації у еукаріотів (у прокаріотів таку функцію вико­нує метилювання);

3 - система вторинних месенджерів, що передає сигнал всере­дину клітини;

4 - активація певних генів, що відбувається внаслідок модифікацій і міграції у ядро активаційних ядерних факторів. В результаті цього клітина змінює свою генетичну програму, починає синтезувати нові білки, як то цитокіни, хемокіни, молекули клітинної адгезії, та інші поверхневі білки, проліферувати та диференціювати або навпаки включає механізм запрограмо­ваної загибелі - тобто реагує на сигнал, що надійшов з-зовні.

1. Найбільш варіабільним елементом всієї системи є рецептор. Са­ме він розпізнає специфічний сигнал. Завдяки наявності великої кіль­кості різноманітних рецепторів клітина здатна реагувати на все різно­маніття зовнішніх стимулів. Клітина може регулювати свою готовність до сприйняття сигналу шляхом варіювання рівня експресії рецептору. Так, наприклад, при активації Т лімфоцитів, як уже зазначалось, вони одночасно почина­ють синтезувати інтерлейкін-2 та рецептор до інтерлейкіну-2, тому що активована клітина повинна вміти розпізнати активаційний сигнал.

Рецептори - це, як правило, глікопротеїди, що мають позаклітинну, трансмембранну і цитоплазматичну частини. Всі рецепто­ри можна розділити на дві великі групи: ті, що мають досить довгу цитоплазматичну ділянку, що здатна сама передатисигнал від рецепто­ру (тобто має ферментативну активність), і ті, що мають коротку цитоплазматичну ділянку і для передачі сигналу потребують додатко­вих молекул, об'єднаних із самим рецептором в єдиний білковий комплекс. До першого типу рецепторів належать, наприклад, рецептори до інсуліну, фактору росту нервів, епідермального фактору росту,

до другого - антиген-специфічні рецептори Т і В лімфоцитів.

Важливим моментом для трансдукції сигналу через антиген-специфічні рецептори Т і В лімфоцитів є їх димеризація або кластеризація при взаємодії з антигеном, що приводить до активації ферментних комплексів та інших білків, асоційованих з рецептором.

2. Ферменти, які в основному асоційовані з рецепторною активацією, протеїнкінази. Це велика група ферментів, що каталізують ковалентне приєднання фосфатних груп до білків шляхом оборотного процесу, який отримав назву білкового фосфорилювання. Рецептор-асоційовані протеїнкінази в нормі неактивні, але після зв’язування ліганда з позаклітинною частиною рецептора вони активуються і передають сигнал далі, фосфорилюючи і активуючи інші сигнальні молекули всередині клітини.

У ссавців протеїнкінази фосфорилюють білки по трьом амінокислотним залишкам, а саме: тирозину, серину чи треоніну. В сигнальній трансдукції насьогодні вважають найбільш важливим тирозинове фосфорилювання.

Таким чином, процес фосфорилювання є ініаторним внутрішньоклітинним сигналом, активованим зв’язуванням ліганду з рецептором.

Тирозин (Tyr/Y) Серин (Ser/S) Треонін (Thr/T)

2. Системи месенджерів.

Необхідно зазначити, що вторинні месенджери мають ряд особливостей. По-перше, це-відносно невелика, порівняно з біополімерами Мм, оскільки треба з великою швидкістю дифундувати у цитоплазмі. По-друге, має дуже швидко розщеплюватись, а у випадку з кальцієм- відкачуватись, оскільки сигнальна система не може залишатись у ввімкненому стані тоді, коли дія сигналу вже закінчилась.