Ćelijska komunikacija

Ćelijska komunikacija je deo kompleksnog sistema komunikacije koji rukovodi osnovnim ćelijskim aktivnostima i koordiniše ćelijske akcije.^[1][2] Sposobnost ćelija da spoznaju i korektno odgovore na stimuluse iz njihove mikrosredine je osnova razvića, izgradnje i oporavka tkiva, imuniteta, kao i homeostaze tkiva. Greške u ćelijskoj obradi signala su odgovorne za oboljenja kao što su rak, autoimunske bolesti ili šećerna bolest. Poboljšano razumevanje ćelijske komunikacije jedan je od preuslova za razvoj efektivnih tretmana bolesti.

Kompleksna ćelijska zajednica.

Tradicionalna istraživanja u biologiji imala su fokus na studiranje individualnih delova ćelijskih signalnih puteva. Sistemsko biološka istraživanja poboljšavaju razumevanje osnovnih elemenata i strukture ćelijskih komunikacionih mreža, kao i uticaja koji promene tih mreža mogu imati na prenos i protok informacija. Ove mreže su organizaciono kompleksni sistemi koji mogu posedovati brojne osobine, uključujući bistabilnost i ultra-senzitivnost. Analiza ćelijskih komunikacionih mreža zahteva kombinaciju eksperimentalnih i teorijskih pristupa koji obuhvataju razvoj i analizu simulacija i modelovanja.

Komunikacija kod jednoćelijskih i multićelijskih organizama

Promer komunikacije između bakterija. Salmonella enteritidis koristi acil-homoserin lakton za Kvorum očitavanje (Inter-bakterijska komunikacija)

Ćelijska komunikacija je bila najekstenzivnije istraživana u kontekstu ljudskih bolesti, i prenosa signala između ćelija jednog organizma. Međutim, ćelijska komunikacije se može takođe javiti između ćelija dva različita organizma. Kod mnogih sisara, rane embrionske ćelije komuniciraju sa ćelijama matericea.^[3] U ljudskom gastrointestinalnom traktu, bakterije izmenjuju signale jedna s drugom i sa ljudskim epitelijumom i ćelijama imunskog sistema.^[4] Kod kvasca Saccharomyces cerevisiae u toku parenja, neke ćelije šalju peptidne signale (faktore paranja feromone) u svoje okruženje. Ovi peptidi se mogu vezati za receptore na ćelijskoj površini drugih ćelija kvasca i podstaknuti ih da se pripreme za parenje.^[5]

Tipovi signala

Notch-posredovani signal između susednih ćelija.

Ćelije komunicaraju jedna s drugom putem direktnog kontakta (jukstakrina signalizacija), preko kratkih razdaljina (parakrina signalizacija), i preko velikih razdaljina i/ili razmera (endokrina signalizacija).^[6]

Deo ćelija-sa-ćelijom komunikacije zahteva direktan kontakt. Neke ćelije mogu da formiraju sastave koji povezuju njihovu citoplazmu sa citoplazmom susednih ćelija. U srčanom mišiću, sastavi između susednih ćelija omogućavaju propagaciju akcionog potencijala iz regiona srčanog pejsmejkera da se proširi i koordinirano uzrokuje kontrakciju srca.

Notch signalizacioni mehanizam je primer jukstakrine signalizacije (isto poznate kao kontakt-zavisna signalizacija) u kome dve susedne ćelije moraju da ostvare fizički kontakt da bi komunicirale. Ovaj zahtev za direktnim kontaktom omogućava veoma preciznu kontrolu ćelijske diferencijacije u toku embrionskog razvoja. Kod crva Caenorhabditis elegans, dve ćelije razvijajućeg gonada imaju jednake šanse da se terminalno diferenciraju, i postanu materične prekusor ćelije, koje nastavljaju da se dele. Izbor ćelije koja će nastaviti da se deli je kontrolisan konkurencijom signala na ćelijskoj površini. Jedna ćelija se desi da proizvede više proteina na ćelijskoj površini koji aktivira Notch receptor na susednog ćeliji. To aktivira povratnu petlju, ili sistem, koji redukuje Notch izražavanje u ćeliji koja će se diferencirati, i povećava Notch na površini ćelije koja nastavlja kao stem ćelija.^[7]

Mnogi ćelijski signali se prenose molekulima koje oslobađa jedna ćelija, i koji se premeštaju da bi ostvarili kontakt sa drugom ćelijom. Endokrini signali se zovu hormoni. Hormone proizvode endokrine ćelije, i oni putuju kroz krv da bi dosegli sve delove tela. Specifičnost signalizacije može biti kontrolisana ako samo neke ćelije mogu da prepoznaju specifičan hormon. Parakrini signali su ograničeni samo na ćelije u blizini emitujuće ćelije. Neurotransmiteri predstavljaju jedan primer. Neki signalni molekuli mogu da funkcionišu kao hormoni i neurotransmiteri. Na primer, epinefrin i norepinefrin mogu da funkcionišu kao hormoni kad su oslobođeni iz adrenalne žlezde i kad su transportovani u srce putem krvi. Norepinefrin mogu takođe da proizvode neuroni, i u tom slučaju on funkcionoše kao neurotransmitor u mozgu.^[8] Estrogen može biti oslobođen iz jajnika i funkcionisati kao hormon, ili može dejstvovati lokalno putem parakrine ili autokrine signalizacije.^[9] Aktivni oblici kiseonika i azot oksida mogu isto dejstvovati kao celularni prenosioci poruka. Ovaj proces se naziva redoks signalizacija.

Komunikacija biljnih ćelija

Ćelije biljaka komuniciraju preko plazmodezmi, specijalnih kanala, odnosno pukotina ćelijskog zida. Plazmodezme su sačinjene iz plazmodezmalne plazmine menbrane (koja je produžetak ćelijske membrane), citoplazmatičnog prstena (produžetak citoplazme) i dezmotubula (gusto zbijen fosfolipidni dvosloj prekriven vlaknima aktina i miozina koji je povezan sa endoplazmatičnim retikulumom). Plazmodezmina menbrana štiti ćeliju od gubitka tečnosti citoplazme i od patogena, i predstavlja mesto vezivanja hidrofobnih delova proteina. Iako manji molekuli mogu lako proći kroz citoplazmatični prsten, nekada se na njemu nalaze proteini koji omogućavaju kontrakciju i zatvaranje plazmodezmi. Na kraju, dezmotubuli plazmodezme obezbeđuju transport lipida i polipeptida, a uz utrošak molekula ATP mogu da povećaju prečnik plazmodezme propuštajući krupnije molekule.

Komunikacija životinjskih ćelija

Među ćelijama životinja razvili su se sistemi komunikacije putem adhezivnih molekula.^[2] Novija istraživanja su pokazala da i biljne ćelije poseduju neke adhezivne molekule za vezivanje ćelijskih zidova. Što se životinjske ćelije tiče, možemo reći da one međusobno komuniciraju na dva načina:

• ostvarivanjem adhezije preko ćelijskih adhezivnih molekula membrane
• primanjem i slanjem signala putem sekretovanih „signalnih molekula”

Izvori

1. Friedrich Marks, Ursula Klingmüller, Karin Müller-Decker (2008). Cellular Signal Processing: An Introduction to the Molecular Mechanisms of Signal Transduction (1st izd.). New York: Garland Science. ISBN 0815342152.
2. Witzany, Guenther (2010). Biocommunication and Natural Genome Editing. Springer. ISBN 9789048133185.
3. Mohamed OA, Jonnaert M, Labelle-Dumais C, Kuroda K, Clarke HJ, Dufort D (June 2005). „Uterine Wnt/beta-catenin signaling is required for implantation”. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 102 (24): 8579–84. DOI:10.1073/pnas.0500612102. PMC 1150820. PMID 15930138.
4. Clarke MB, Sperandio V (June 2005). „Events at the host-microbial interface of the gastrointestinal tract III. Cell-to-cell signaling among microbial flora, host, and pathogens: there is a whole lot of talking going on”. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 288 (6): G1105–9. DOI:10.1152/ajpgi.00572.2004. PMID 15890712.^{[mrtav link]}
5. Lin JC, Duell K, Konopka JB (March 2004). „A microdomain formed by the extracellular ends of the transmembrane domains promotes activation of the G protein-coupled alpha-factor receptor”. Mol Cell Biol 24 (5): 2041–51. DOI:10.1128/MCB.24.5.2041-2051.2004. PMC 350546. PMID 14966283.
6. Mire-Sluis, Anthony R.; Thorpe, Robin, ur. (1998). Cytokines (Handbook of Immunopharmacology). Boston: Academic Press. ISBN 0-12-498340-5.
7. Greenwald I (June 1998). „LIN-12/Notch signaling: lessons from worms and flies”. Genes Dev 12 (12): 1751–62. DOI:10.1101/gad.12.12.1751. PMID 9637676.
8. Cartford MC, Samec A, Fister M, Bickford PC (2004). „Cerebellar norepinephrine modulates learning of delay classical eyeblink conditioning: evidence for post-synaptic signaling via PKA”. Learn Mem 11 (6): 732–7. DOI:10.1101/lm.83104. PMC 534701. PMID 15537737.
9. Jesmin S, Mowa CN, Sakuma I, et al. (October 2004). „Aromatase is abundantly expressed by neonatal rat penis but downregulated in adulthood”. J Mol Endocrinol 33 (2): 343–59. DOI:10.1677/jme.1.01548. PMID 15525594.

Literatura

• Witzany, Guenther (2010). Biocommunication and Natural Genome Editing. Springer. ISBN 9789048133185.

Spoljašnje veze

• Signaling Gateway Arhivirano 2013-02-12 na Wayback Machine-u Pregled nedavnog istraživanja i baza podataka ćelijske komunikacije Arhivirano 2013-02-12 na Wayback Machine-u.
• MeSH Intercellular+Signaling+Peptides+and+Proteins
• MeSH Cell+Communication
• ESIGNET Arhivirano 2019-01-25 na Wayback Machine-u