Επικοινωνία από κύτταρο σε κύτταρο:Πώς και γιατί τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους;

Τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας χημικές ουσίες που ονομάζονται μόρια σηματοδότησης. Το κύτταρο εκκρίνει αυτά τα μόρια έξω. Άλλα κύτταρα ανιχνεύουν την παρουσία του μορίου σηματοδότησης μέσω των υποδοχέων που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Μόλις ανιχνευθεί το σηματοδοτικό μόριο, τα κύτταρα θα κάνουν αλλαγές.

Εάν έχετε συμμετάσχει ποτέ σε ένα ομαδικό έργο, γνωρίζετε ότι η επικοινωνία είναι υψίστης σημασίας. Λοιπόν, η ζωή ξεκίνησε το δικό της ομαδικό έργο πριν από 600 εκατομμύρια χρόνια, όταν πιστεύεται ότι εξελίχθηκε η πρώτη πολυκυτταρική μορφή ζωής.

Με αυτή τη μετάβαση ήρθαν πολλές προκλήσεις. Τα μέλη αυτού του ομαδικού έργου, τα κύτταρα, έπρεπε να επικοινωνούν και να συντονιστούν μεταξύ τους. Τώρα πρέπει να ειδοποιήσουν το υπόλοιπο σώμα εάν χρειάζονται κάτι, για παράδειγμα, επιπλέον ζάχαρη ή την προσοχή του ανοσοποιητικού συστήματος σε περίπτωση μόλυνσης. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί έπρεπε επίσης να δημιουργήσουν αποτελεσματικές οδούς μεταφοράς (π.χ. αιμοφόρα αγγεία) για τη γρήγορη κατανομή των απαιτούμενων πόρων.

Επομένως, όλα τα κύτταρα σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό πρέπει να συνεργαστούν σε αυτό το έργο που ονομάζεται «επιβίωση» και η αποτελεσματική επικοινωνία είναι το κλειδί της επιτυχίας τους. Πώς είναι όμως αυτό δυνατό; Τα κύτταρα δεν έχουν «κινητά» τηλέφωνα για να μιλήσουν μεταξύ τους, ούτε έχουν φωνές ή στόματα. Ευτυχώς, δεν χρειάζονται τίποτα από αυτά!

Όλα αυτά τα επιτυγχάνουν μέσω μιας αποτελεσματικής και δυναμικής μορφής επικοινωνίας που ονομάζεται κυτταρική σηματοδότηση.

Σηματοδότηση κυψέλης:Είναι περίπλοκη

Η κυτταρική σηματοδότηση είναι η διαδικασία επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων του σώματος. Ακολουθεί μια «απλή» ακολουθία τριών βημάτων.

Ας φανταστούμε ότι το κύτταρο Α θέλει να στείλει ένα μήνυμα στο κύτταρο Β. Το κύτταρο Α εκκρίνει μόρια που μεταφέρουν αυτό το μήνυμα ή το σήμα. Αυτά τα μόρια είναι γνωστά ως μόρια σηματοδότησης και λειτουργούν σαν ταχυδρόμος ή αγγελιοφόρος. Τα μόρια σηματοδότησης μπορεί να είναι λιπίδια, πρωτεΐνες ή ακόμα και αέρια.

Ακολουθία σηματοδότησης κυψέλης (Πιστωτική φωτογραφία :VectorMine/Shutterstock)

Τώρα, για να λάβει το μήνυμα, το Κύτταρο Β χρειάζεται έναν υποδοχέα. Ένας υποδοχέας είναι μια πρωτεΐνη που μπορεί να συνδεθεί με ένα σηματοδοτικό μόριο. Βρίσκονται είτε στην επιφάνεια του κυττάρου για να συνδεθούν με εξωτερικά μόρια είτε μπορεί να είναι κυτταροπλασματικοί υποδοχείς που συνδέονται με μόρια σηματοδότησης εντός του κυττάρου.

Κάθε υποδοχέας είναι μοναδικός για ένα συγκεκριμένο μόριο σηματοδότησης και μόνο ένα κύτταρο που έχει τον υποδοχέα για ένα μόριο σηματοδότησης θα μπορεί να λάβει το μήνυμά του. Όταν το σηματοδοτικό μόριο από το Κύτταρο Α δεσμεύεται στον υποδοχέα του στο Κύτταρο Β, το πρώτο μέρος της κυτταρικής σηματοδότησης έχει ολοκληρωθεί.

Η σύνδεση του μορίου στον αντίστοιχο υποδοχέα του στο Κύτταρο Β ενεργοποιεί τον υποδοχέα. Αυτή η ενεργοποίηση προκαλείται από μια αλλαγή στο σχήμα του υποδοχέα. Ο ενεργός υποδοχέας του κυττάρου Β μπορεί τώρα να ξεκινήσει μια σειρά γεγονότων στα οποία το μήνυμα ενισχύεται και εξαπλώνεται σε άλλα μέρη των κυττάρων και μερικές φορές ακόμη και σε άλλα μόρια. Αυτό είναι το δεύτερο βήμα της σηματοδότησης κυττάρων, που ονομάζεται μεταβίβαση , και η διαδικασία ονομάζεται μονοπάτι μεταγωγής σήματος.

Το τρίτο και τελευταίο βήμα είναι ηαπάντηση . Το μόριο σηματοδότησης έχει πλέον παραδώσει με επιτυχία το μήνυμα του Κυττάρου Α στο Κύτταρο Β. Το Κύτταρο Β πρέπει τώρα να αποφασίσει πώς θα απαντήσει σε αυτό το μήνυμα. Η απόκριση θα συμβεί ως αποτέλεσμα της οδού μεταγωγής σήματος που ξεκινά από την ενεργοποίηση του υποδοχέα του κυττάρου Β. Για παράδειγμα, εάν το Κύτταρο Α έχει ειδοποιήσει το Κύτταρο Β για αυξημένο επίπεδο σακχάρου στο αίμα, η προκύπτουσα απόκριση θα αυξήσει την παραγωγή ινσουλίνης.

Τύποι σηματοδότησης κυψέλης

Η αλληλουχία της σηματοδότησης κυψέλης παραμένει η ίδια για τις περισσότερες κυψέλες, αλλά ανάλογα με την απόσταση που χωρίζει δύο κυψέλες που επικοινωνούν, η σηματοδότηση κυψέλης μπορεί να ταξινομηθεί σε πολλές διαφορετικές κατηγορίες.

Η κυτταρική σηματοδότηση μπορεί να ταξινομηθεί ευρέως σε ενδοκυτταρική και διακυτταρική σηματοδότηση. Η ενδοκυτταρική σηματοδότηση εμφανίζεται μέσα στο κύτταρο ως απόκριση σε εσωτερικά και εξωτερικά ερεθίσματα. Με άλλα λόγια, είναι απλά όταν ένα κύτταρο μιλά στον εαυτό του και λειτουργεί ανεξάρτητα. Από την άλλη πλευρά, η διακυτταρική σηματοδότηση είναι όπου ένα κύτταρο συνομιλεί με τα άλλα κύτταρα του σώματος. Σε πολλές περιπτώσεις, η σηματοδότηση μπορεί να περιλαμβάνει τα κύτταρα που μιλούν στον εαυτό τους και στους άλλους προκειμένου να δημιουργήσουν μια απόκριση.

Στην περίπτωση της διακυτταρικής σηματοδότησης, ο τύπος του σήματος μπορεί να ταξινομηθεί περαιτέρω με βάση τη διανυθείσα απόσταση.

Τύποι ενδοκυτταρικής σηματοδότησης (Πιστωτική φωτογραφία :CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

Αυτόκριτη σηματοδότηση: Μερικές φορές τα κύτταρα μπορούν να παράγουν μόρια σηματοδότησης που συνδέονται με υποδοχείς στη δική τους μεμβράνη. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατό τα κύτταρα να στέλνουν μηνύματα στον εαυτό τους! Αν και ακούγεται περίεργο, η αυτοκρινή σηματοδότηση είναι απαραίτητη κατά την ανάπτυξη, καθώς διασφαλίζει τη σωστή κυτταρική διαίρεση και τη διατήρηση της κυτταρικής ταυτότητας. Σκεφτείτε το σαν να ορίζετε υπενθυμίσεις και να γράφετε σημειώσεις στον εαυτό σας. μπορεί να φαίνεται περίεργο, αλλά μερικές φορές είναι απαραίτητο.

Σηματοδότηση άμεσης επαφής: Μερικά κύτταρα βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο και βρίσκονται σε άμεση επαφή. Τέτοια κελιά έχουν διόδους που τα συνδέουν. Για παράδειγμα, οι ενώσεις κενού στα ζωικά κύτταρα και τα πλασμοδάσματα στα φυτικά κύτταρα είναι τέτοιες διόδους που συνδέουν γειτονικά κύτταρα. Τα μόρια σηματοδότησης μπορούν εύκολα να περάσουν από αυτές τις διόδους. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει σε μια ομάδα κελιών να ανταποκρίνεται σε ένα σήμα που λαμβάνεται από ένα μόνο κελί.

Παρακρινή σηματοδότηση: Αυτή η μορφή επικοινωνίας λαμβάνει χώρα μεταξύ κελιών που βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο, αλλά δεν είναι συνδεδεμένα. Σε αυτή την περίπτωση, τα κύτταρα μιλούν μέσω της διάχυσης χημικών μορίων σηματοδότησης σε μικρές αποστάσεις. Η συναπτική σηματοδότηση μεταξύ νευρώνων (εγκεφαλικά κύτταρα) είναι ένα παράδειγμα παρακρινής σηματοδότησης. Οι νευρώνες απελευθερώνουν μόρια σηματοδότησης που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές στο κενό μεταξύ τους και του επόμενου νευρώνα. Αυτό το κενό είναι γνωστό ως σύναψη. Ως εκ τούτου, η συναπτική σηματοδότηση επιτρέπει στον εγκέφαλο και το κεντρικό νευρικό μας σύστημα να συνεργάζονται στέλνοντας μηνύματα σε πολλούς νευρώνες.

Synaptic Signaling (Photo Credit :CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

Ενδοκρινική σηματοδότηση: Αυτή είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται από κύτταρα που βρίσκονται πολύ μακριά το ένα από το άλλο. Όπως ένα πακέτο που αποστέλλεται διεθνώς, τα μόρια σηματοδότησης μπορεί να ταξιδέψουν μέσω της κυκλοφορίας του αίματος για να φτάσουν στο κύτταρο-στόχο. Τέτοια μόρια ονομάζονται ορμόνες. Για παράδειγμα, η ορμόνη αδρεναλίνη, που απελευθερώνεται από τα επινεφρίδια που υπάρχουν στην κορυφή των νεφρών, είναι η ορμόνη της μάχης ή της φυγής. Η αδρεναλίνη απελευθερώνεται υπό το στρες και είναι υπεύθυνη για την αύξηση του καρδιακού ρυθμού και της αρτηριακής πίεσης, την ανακατανομή του αίματος στους μύες, την αύξηση της παραγωγής γλυκόζης και πολλά άλλα. Ως εκ τούτου, αυτή η ορμόνη ταξιδεύει σε όλο το σώμα από τα επινεφρίδια μέσω της κυκλοφορίας του αίματος στους καρδιακούς μύες για να αυξήσει την άντληση, καθώς και στο ήπαρ για την παραγωγή γλυκόζης.

Η σημασία της σηματοδότησης κυψέλης

Η επικοινωνία μεταξύ των πολλών κυττάρων του σώματος μας δίνει τη δυνατότητα να ανταποκριθούμε και να προσαρμοστούμε στο συνεχώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον μας. Από αναπτυξιακή άποψη, η κυτταρική σηματοδότηση διασφαλίζει ότι όλα τα όργανα και οι ιστοί του σώματος βρίσκονται στην ίδια σελίδα. Δηλαδή, εγγυάται ότι πράγματα όπως η λειτουργία, το μέγεθος, η θέση και ο αριθμός των κυττάρων διατηρούνται υπό έλεγχο. Με αυτόν τον τρόπο, κύτταρα διαφορετικών εξειδικευμένων ιστών διατηρούν τις ταυτότητες και τις λειτουργίες τους. Για παράδειγμα, τα καρδιακά κύτταρα υπάρχουν μόνο στην καρδιά και τα ηπατικά κύτταρα βρίσκονται μόνο στο ήπαρ και αμφότερα εκτελούν τον αντίστοιχο εξειδικευμένο ρόλο τους.

Σύνοψη των μονοπατιών σηματοδότησης μόνο στο μικροπεριβάλλον νευρικών βλαστοκυττάρων (Πιστωτική φωτογραφία :Creative Commons Attribution/Wikimedia Commons)

Ο ρόλος της κυτταρικής σηματοδότησης δεν τελειώνει μετά το στάδιο της ανάπτυξης. Απαιτείται να προειδοποιήσει το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος για οποιαδήποτε εισβολή βακτηρίων ή ιών. Με άλλα λόγια, η σηματοδότηση κυψέλης δεν είναι δουλειά 9 έως 5. Βοηθά το σώμα να εγκλιματιστεί και αυτά τα εξαιρετικά πολύπλοκα μονοπάτια σηματοδότησης είναι εξαιρετικά σημαντικά για την ευημερία κάποιου. Οι ερευνητές έχουν συνδέσει πολλές ασθένειες όπως ο καρκίνος, η επιληψία, η σκλήρυνση κατά πλάκας και η νόσος του Αλτσχάιμερ με ελαττώματα στις οδούς σηματοδότησης.

Κάνετε το καλύτερο για να διατηρείτε τα κύτταρά σας «συνομιλημένα» διατηρώντας έναν υγιεινό τρόπο ζωής και μια διατροφή γεμάτη πρωτεΐνες, βιταμίνες, μέταλλα αντιοξειδωτικά και υγιή λίπη!