Semnalizarea celulara

Evolutia de la organisme unicelulare la pluricelulare a durat peste 1 milion de ani datorita supraspecializarii metodelor de comunicare intercelulara. Aceste metode de comunicare sunt necesare pentru asigurarea contextului social celular si evitarea tulburarilor de genul multiplicarilor necontrolate (cancer).

Comunicarea prin semnale intercelulare implica 6 etape:

1. sinteza moleculelor semnal
2. eliberarea moleculelor semnal de catre celula care semnalizeaza
3. transportul semnalului catre celulele tinta
4. detectarea semnalului de catre o proteina receptoare specifica
5. o modificare a metabolismului celular sau a expresiei genice la nivelul celulei tinta, fenomene induse de catre complexul receptor-molecula semnal
6. indepartarea sau inactivarea moleculei semnal si terminarea raspunsului celulei tinta

In ceea ce priveste semnalizarea ca fenomen ea implica: celule, receptori liganzi (molecule semnal).

Celulele pot emite semnale ce vor fi receptionate de alte celule (semnalizare intercelulara) sau chiar de catre celulele ce emit aceste semnale (autosemnalizare).

Receptorii sunt macromolecule glicoproteice care pot lega reversibil si prin complementaritate o molecula semnal (ligand). Pot fi situati la suprafata celulei sau in interiorul ei.

Liganzii sunt de o imensa diversitate. Celulele comunica, schimband sute de tipuri de semnale incluzand proteine, peptide mici, aminoacizi, nucleotide, steroizi, retinoizi, derivati de acizi grasi si chiar gaze solubile ca NO si CO. De obicei semnalele sunt emise de o celula prin exocitoza.

Semnalizarea poate avea loc intre celule situate la distanta sau intre celule aflate in contact direct.

Intre 2 celule situate la distanta semnalizarea poate fi de tip paracrin, endocrin sau neurocrin.

Semnalele emise si captate de aceeasi celula realizeaza modul de semnalizare autocrin. De asemenea, 2 celule se pot afla in contact direct, permanent (comunica prin intermediul jonctiunilor 'gap') sau temporar (celulele sistemului imun).

Modul de semnalizare paracrin se dezvolta intre celule situate in imediata apropiere a celulei emitatoare de semnal. Semnalizarea se face prin mediatori locali care au o durata de viata scurta, fiind preluati de celulele receptoare, de matricea extracelulara sau degradati enzimatic in mediul extracelular.

Modul de semnalizare sinaptic este descris la nivelul neuronilor care comunica intre ei sau cu celulele efectoare prin intermediul sinapselor (in cazul de fata chimice - deoarece exista si sinapse electrice) unde se produce descarcarea unor mediatori sintetizati de neuroni si transportati pe calea axonala pana la nivelul sinapsei.

Modul de semnalizare endocrin este un sistem de semnalizare care determina toate celulele unui organism sa se comporte ca un tot.

Semnalele emise de celulele endocrine (grupate in glande endocrine sau relativ disperse in cadrul sistemului APUD - amine precursor uptake and decarboxylation) sunt numite hormoni; acestia sunt eliberati in fluxul sangvin care ii transporta catre tesuturile tinta, deci catre celulele dotate cu receptori specifici, unde vor actiona specific, determinand un raspuns celular.

Intre modurile de semnalizare endocrin si neurocrin exista diferente clare, evidentiate in figura de mai jos

Modul de semnalizare autocrin reprezinta o modalitate de autosemnalizare in care semnalele emise de o celula sunt captate de aceeasi celula.

Un bun exemplu il constituie celulele care au ales o anumita cale de diferentiere, ele emitand semnale pe care le si receptioneaza, confirmand si intarind decizia directiei evolutive. Semnalizarea autocrina pare a avea o mare importanta in diferentierea celulara timpurie (perioadele embriogenezei) cand un grup de celule identice au un comportament social, raspunzand la acelasi stimul in timp ce o celula izolata nu. Un tip de molecula semnal in semnalizarea autocrina sunt eicosanoizii. Eicosanoizii sunt derivati de acizi grasi sintetizati in plasmalema, eliberati in mediul extracelular unde isi exercita actiunile si apoi sunt rapid degradati enzimatic. Eicosanoizii deriva din acidul arahidonic (desprins de fosfolipaza A₂ din membrana) si au o mare varietate de actiuni biologice intre care: contractia fibrelor musculare netede, agregarea plachetara participand la mecanismele durerii si inflamatiei locale.

Intricarea dintre sistemele de reglare paracrin si autocrin este evidenta.

Tipuri de reactii de raspuns - in functie de timpul de raspuns:

Reactii de ordinul milisecundelor (in cazul neurotransmitatorilor);

Reactii de ordinul secundelor (daca receptorii sunt situati la nivelul plasmalemei);

Reactii de ordinul orelor/zilelor, daca receptorii sunt situati intracitoplasma-tic sau intranuclear.

Tipuri de reactii de raspuns - in functie de modalitatea de raspuns:

Modificare a metabolismului celulei tinta (de exemplu cresterea glicogenolizei in momentul in care celula hepatica primeste un semnal de tipul moleculei de adrenalina).

O modificare de potential la nivelul membranei celulare prin activarea sau inactivarea unor canale ionice (ex. generarea potentialului de actiune).

O modificarea a expresiei genice: in special procese de transcriptie - la nivelul nucleului (acest tip de raspuns se produce mai lent si dureaza mai mult)

Tipuri de molecule semnal

A. Semnale care traverseaza plasmalema

compusi hidrofobi, liposolubili (hormoni steroidieni, tiroidieni, retinoizi, vitamina D)

molecule hidrofile suficient de mici sau non-polare (CO, NO).

B. Semnale care nu traverseaza plasmalema - necesita lantul receptor-traductor-amplificator - compusi hidrofilici, insolubili in medii lipidice.

Iar in imaginea de mai jos se poate observa o comparatie intre cele doua moduri de semnalizare la distanta, cu receptori la suprafata si receptori intracelulari: