Hücre Sinyalizasyonu

Hücre Sinyalizasyonu

Tek başına yaşayamayan hücreler, çevresinden bilgi almaya ve bu bilgiyi işlemeye ihtiyaç duyarlar yani iletişim halindedir. Önemli biyolojik bilgilerin iletimini gerçekleştirmek için çeşitli sinyal mekanizmaları geliştirmişlerdir. Hücrelerin iletişimi, bir organizmanın hayatta kalabilmesi için oldukça önemlidir (1).

Hücreler birbirleriyle nasıl iletişim kurar? 

Hücreler, reseptör olarak bilinen molekülleri kullanarak çevreleriyle etkileşime girer. Reseptör, sinyal molekülünün bağlanabildiği bir moleküldür ve hücre zarının yüzeyinde bulunur. Sinyal molekülleri -ligand- genellikle bağlandıkları reseptörlerden daha küçüktür. Ligandlar ve reseptörler arasında bir uyum mevcuttur (2). Sinyal molekülünün bağlanması genellikle reseptörde konformasyonel bir değişikliğe sebep olur. Bu değişiklik, reseptörü aktive edebilir.

Hücre sinyalizasyonu, hücre içinde meydana gelen hücre içi sinyalizasyonu ve bir hücrenin başka bir hücre ile iletişim kurduğu, hücreler arası sinyalizasyonu içerir (3). 

Hücre sinyalizasyonunun 3 aşaması vardır ve şu şekildedir (Şekil 1): 

  • Sinyali Alma: Hedef hücrenin, hücre dışından gelen bir sinyal molekülünü algılaması ve sinyal molekülünün bir reseptör proteinine bağlanması sonucunda gerçekleşir.
  • Sinyal Aktarımı: Sinyali, hücresel bir tepkiye neden olabilecek bir biçime dönüştürür. Reseptör, sinyal molekülünün bağlanmasıyla ile aktive olur. Bu, reseptörün şeklini değiştireceği anlamına gelir.
  • Cevap: Sinyal, bir hücresel cevaba sebep olur.
Şekil 1: Sinyal alma, sinyal aktarımı ve cevap diyagramı (11)

Bir hücreden diğerine giden sinyaller için mesafe önemlidir. Hücre dışı sinyal molekülleri kısa veya uzun mesafelerde hareket edebilir.

4 adet sinyal iletim mekanizması vardır. 

Parakrin Sinyal İletimi

Bir hücreden salınan sinyal moleküllerinin yakın çevredeki hücreleri etkilemesidir. Parakrin sinyal iletiminde kullanılan sinyal molekülleri, protein yapıdaki büyüme faktörleridir (4).  Bu büyüme faktörlerinin çoğu kısa mesafede hareket eder(Şekil 2). Parakrin sinyal proteinleri; Fibroblast büyüme faktörünü (FGF) ve Reseptör Tirozin Kinazı (RTK), TGF- β ailesi üyelerini, Wnt proteinlerini, Hedgehog (Hh) proteinlerini, kemokinleri aktive eden diğer proteinleri içermektedir (5).

Şekil 2: Parakrin sinyal iletimi (12)

Sinaptik Sinyal İletimi 

Sinaptik sinyal iletiminde iletişim oldukça hızlıdır. Diğer sinir hücrelerinden ya da çevreden gelen uyarılarla etkinleşen nöron (presinaptik nöron), akson boyunca elektriksel uyarılar iletir. Veziküller içindeki nörotransmitter -kimyasal taşıyıcılar- sinaps boşluğuna salınır. Sinaps boşluğu, sinir hücresi ile postsinaptik nöron arasındaki boşluktur (Şekil 3). Sinaps boşluğuna salınan nörotransmitter, hedef hücrenin reseptörüne bağlanır ve bu hücrede yanıt başlar. Sinir hücresi bir sinyal aldığında, bu sinyalin aksiyon potansiyeli presinaptik terminaldeki kalsiyum iyon kanallarını açar. Bu, pozitif yüklü kalsiyum iyonlarının terminale girmesine ve pozitif yüklü bir gerilim yaratmasına izin verir (6).

Şekil 3: Sinaps (13)

Otokrin Sinyal İletimi 

Bu sinyal iletiminde hücre, kendi salgıladığı maddeye kendi yanıt vermektedir (Şekil 4). Büyüme faktörlerinin bazıları bu şekilde hareket etmektedir. Bu sinyal iletimindeki bir anormallik kanser hücrelerinin kontrolsüzce çoğalmasına sebep olur (7). Embriyonik süreçte ve hücre farklılaşmasında önemli bir role sahiptir. Yapılan çalışmalar, otokrin sinyal iletiminin bağışıklık hücresi aktivasyonunda önemli bir kontrol noktası olduğunu göstermiştir (8).

Şekil 4: Otokrin sinyal iletimi (12)

Endokrin Sinyal İletimi

Sinyal molekülleri, sinyal hücreleri tarafından sentezlenir ve salgılanır. Sinyaller kan dolaşımında taşınabilir (Şekil 5). Bu sinyal iletim şekli, hücrenin bir hedef hücre ile uzaktan iletişim kurmasına izin verir. Buna en iyi örnek hormonlardır. Hormonlar, endokrin bezleri tarafından üretilen moleküllerdir. Büyüme, gelişme ve metabolizmayı kontrol ederler. Bazılarının yalnızca birkaç hedef hücresi varken bazıları da çok sayıda hücreyi etkilemektedir (9).

Şekil 5: Endokrin sinyal iletimi (12)

Direkt Sinyalizasyon

Hayvan hücrelerindeki gap junction ve bitki hücrelerindeki plasmodesmata, iyonların veya diğer küçük moleküllerin geçmesine izin verebilen, birbirine yakın iki hücre arasındaki bağlantılardır (10). Bir hücrenin plazma zarına bağlı proteinler, bitişik hücrelerdeki hücre yüzeyi reseptörleri ile doğrudan etkileşime girebilir.

Referanslar

1) Song, D., Yang, D., Powell, C. A., & Wang, X. (2019). Cell–cell communication: old mystery and new opportunity. Cell Biology and Toxicology. doi:10.1007/s10565-019-09470-y 

2)Shankaran, H., Resat, H., & Wiley, H. S. (2007). Cell Surface Receptors for Signal Transduction and Ligand Transport: A Design Principles Study. PLoS Computational Biology, 3(6), e101. doi:10.1371/journal.pcbi.0030101 

3) Nair, A., Chauhan, P., Saha, B., & Kubatzky, K. F. (2019). Conceptual Evolution of Cell Signaling. International Journal of Molecular Sciences, 20(13), 3292. doi:10.3390/ijms20133292

4) Junger, W. G. (2011). Immune cell regulation by autocrine purinergic signalling. Nature Reviews Immunology, 11(3), 201–212. doi:10.1038/nri2938 

5) Roy, S., & Kornberg, T. B. (2014). Paracrine signaling mediated at cell-cell contacts. BioEssays, 37(1), 25–33. doi:10.1002/bies.201400122 

6) Kennedy, M. B. (2013). Synaptic Signaling in Learning and Memory. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8(2), a016824. doi:10.1101/cshperspect.a016824 

7) Heasley, L. E. (2001). Autocrine and paracrine signaling through neuropeptide receptors in human cancer. Oncogene, 20(13), 1563–1569. doi:10.1038/sj.onc.1204183 

8) Junger, W. G. (2011). Immune cell regulation by autocrine purinergic signalling. Nature Reviews Immunology, 11(3), 201–212. doi:10.1038/nri2938 

9) 6) Johnstone, C., Hendry, C., Farley, A., & McLafferty, E. (2014). Endocrine system: part 1. Nursing Standard, 28(38), 42–49. doi:10.7748/ns.28.38.42.e7471 

10) Nielsen, M. S., Nygaard Axelsen, L., Sorgen, P. L., Verma, V., Delmar, M., & Holstein-Rathlou, N.-H. (2012). Gap Junctions. Comprehensive Physiology. doi:10.1002/cphy.c110051 

11) https://rwu.pressbooks.pub/bio103/chapter/cell-communication/

12) Molecular Cell Biology, 8th Edition

13) https://lindsaza.files.wordpress.com/2013/10/09-04-05-03.jpg

Yazar:

  • Berfu Atasever

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir