hrvatski

Signalizacija među stanicama - ključ preživljenja

Za razvoj višestaničnih organizama bilo je potrebno 2.5 biliuna godina. Razlog za tako sporu pojavu višestaničnih organizama vjerojatno leži u činjenici da se trebao razviti učinkoviti sustav prijenosa signala koji bi takvom organizmu osigurao komunikaciju između stanica kako bi se uskladila njihova aktivnost, a što bi bilo od koristi organizmu u cjelini. Međustanični signali, koje unutar podražene stanice prevode složeni mehanizmi, osiguravaju stanici da odredi svoj položaj i specifičnu ulogu u tijelu. To će pak osigurati da se pojedina stanica dijeli samo kada to njezina okolina nalaže. Važnost takve “socijalne kontrole” dolazi do izražaja ako se poremeti nadzor nad diobom, kada se stanice počnu nekontrolirano dijeliti što rezultira pojavom raka. Takvo stanje obično uzrokuje smrt višestaničnog organizma. Životinjske stanice sadrže složeni sustav proteina koji omogućuje da stanica odgovori na signale što potječu od drugih stanica. Taj sustav uključuje receptorne proteine na površini stanične membrane i u unutrašnjosti stanice, protein kinaze, protein fosfataze, proteine koji vežu GTP (gvanozin-trifosfat) i brojne unutarstanične proteine na koje djeluju signalni proteini. Stanice viših životinja komuniciraju posredstvom stotina vrsta signalnih molekula kao što su proteini, mali peptidi, amino kiseline, nukleotidi, steroidi, produkti masnih kiselina, pa čak i otopljeni plinovi kao dušični oksid ili ugljični monoksid. Signalne molekule stvaraju i luče signalizirajuće stanice procesom egzocitoze, stapanja mjehurića koji sadrže signalne molekule s plazmatskom membranom (odvaja izvanstanični od unutrastaničnog prostora) i izbacivanja molekula u izvanstanični prostor. Neke signalne molekule se luče difuzijom kroz plazmatsku membranu ili ostaju vezane uz površinu plazmatske membrane i djeluju samo na stanice koje su u dodiru sa signalizirajućom stanicom. Ciljna stanica na signal odgovara posredstvom proteina kojeg zovemo receptor. Na receptor se specifično veže signalna molekula i potiče odgovor ciljne stanice. Signalne molekule se u izvanstaničnom prostoru nalaze u vrlo niskim koncentracijama ( 10-8 M), a receptori ih vežu s visokim afinitetom. U većini slučajeva su receptori transmembranski proteini (protežu se kroz cijelu debljinu plazmatske membrane) i imaju vezno mjesto za signalnu molekulu na površini ciljne stanice. Njihovom aktivacijom se stvara kaskada unutarstaničnih signala koji mijenjaju aktivnost stanice. U nekim se slučajevima receptori nalaze u ciljnoj stanici, tako da signalna molekula mora ući u stanicu kako bi aktivirala receptor. Zato takve signalne molekule moraju biti male i hidrofobne kako bi mogle difundirati kroz plazmatsku membranu. Ciljne stanice na koje se prenosi signal su smještene u blizini ili na udaljenom mjestu od mjesta izlučivanja signalne molekule. Stoga razlikujemo nekoliko oblika prijenosa signala. Ako se signalna molekula veže za receptor smješten na stanici koja ju je izlučila govorimo o autokrinom signaliziranju. To znači da stanica mijenja svoju aktivnost posredstvom signalne molekule koju je sintetizirala i izlučila u izvanstanični prostor. Kada signalna molekula djeluje na stanice smještene u blizini signalizirajuće stanice govorimo o parakrinom signaliziranju. Kod ove vrste signaliziranja signalna molekula djeluje kao lokalni posrednik pri čemu ostaje u blizini mjesta izlučivanja, a to se postiže brzim premještanjem signalne molekule u unutrašnjost ciljne stanice ili njezinom brzom razgradnjom djelovanjem enzima u izvanstaničnom prostoru. U višestaničnim organizmima razvio se niz specijaliziranih stanica sa specifičnom ulogom u signaliziranju između udaljenih dijelova tijela. Takve su na primjer živčane stanice (neuroni) koje imaju dugačke izdanke (aksone) što se protežu do udaljenih ciljnih stanica. Neuron šalje električni signal duž aksona do njegovog završetka na kojem se luči signalna molekula (neurotransmiter). Mjesto dodira neurona i ciljne stanice nazivamo kemijskom sinapsom koja je oblikovana tako da se neurotransmiter brzo i specifično prenosi do membrane ciljne stanice. Taj proces nazivamo sinaptičko signaliziranje. Druga vrsta specijaliziranih stanica, koje nadziru ponašanje organizma u cjelini, su endokrine stanice. One izlučuju signalne molekule, hormone, u krv putem koje se signal prenosi do ciljnih stanica smještenih na udaljenim mjestima u tijelu. To je endokrino signaliziranje. U svim opisanim oblicima signaliziranja za prijenos signala se mogu koristiti iste signalne molekule, a razlika između pojedinih oblika signaliziranja leži u brzini i selektivnosti kojom se signali prenose do ciljnih stanica. Tako je endokrino signaliziranje sporo, za razliku od sinaptičkog signaliziranja koje je brzo. Stanice viših životinja su programirane tako da ovise o nizu specifičnih signala kako bi preživjele. Različite vrste stanica trebaju različiti niz signala za preživljavanje, a smještene su na različitim mjestima u tijelu. Signalne molekule djeluju na stanice u različitim kombinacijama. To višestaničnim organizmima omogućuje nadzor nad aktivnošću stanica na specifične načine upotrebom određenog broja signalnih molekula u milijunima različitih kombinacija. Kako će ciljna stanica reagirati na signalnu molekulu ovisi o tome koje receptore ima na svojoj površini, a to određuje koje će signalne molekule djelovati na nju. Pored toga, odgovor ciljne stanice na neki signal ovisi i o unutarstaničnom mehanizmu putem kojeg stanica integrira i tumači signale koje prima. Vezanjem signalne molekue za receptor na površini ciljne stanice dolazi do pretvaranja izvanstaničnog signala koji se prenosi putem receptora u unutarstanični signal, a ovaj uzrokuje promjenu aktivnosti ciljne stanice. U tom slijedu promjena, vezanje signalne molekule za receptor dovodi do aktivacije receptora. To se očituje promjenom oblika receptora s unutrašnje strane membrane uz koju je smješten protein na koji djeluje receptor. Ovaj protein zovemo regulacijski G-protein. On je građen od tri polipeptidna lanca (niz aminokiselina koje čine jedan lanac). Njegova je osobina da veže GTP pa otuda i potječe naziv G-protein. Vezanjem GTP-a za G-protein dolazi do njegove aktivacije, a to dovodi do aktivacije unutarstaničnog enzima tako što se za njega veže fosfatna skupina iz ATP-a (adenozin-trifosfat, molekula koja u stanici služi kao izvor energije). Tako aktivirani enzim stvara mali unutarstanični posrednik (drugi glasnik) preko kojega se signal prenosi do određenog unutarstaničnog proteina kojem se mijenja oblik, a time i njegova aktivnost. Promjenom aktivnosti unutarstaničnih proteina mijenja se ukupna aktivnost ciljne stanice. Unutarstanični posrednici koji nastaju na opisani način su ciklički adenozin-monofosfat (cAMP) i inozitol-trisfosfat (IP3) koji dovodi do otpuštanja Ca2+ iz endoplazmatske mrežice. cAMP nastaje iz ATP-a djelovanjem enzima adenilil ciklaze. Hormon koji djeluje vezanjem za receptor što aktivira adenilil ciklazu je, na primjer, adrenalin. On djeluje u srcu povećavajući srčanu frekvenciju i snagu kontrakcije srca. IP3 nastaje iz fosfatidil inozitol-difosfata (PIP2) djelovanjem enzima fosfolipaze C-. Aktivaciju fosfolipaze C- uzrokuje acetilkolin vezanjem za specifični receptor na ciljnoj stanici. Na taj će način u glatkom mišiću doći do kontrakcije. Na opisane se načine signali prenose u unutrašnjost stanica različitih tkiva u tijelu. Svaka ciljna stanica u tijelu ima karakterističan niz ciljnih proteina čija aktivnost je regulirana opisanim načinima, što omogućuje pojedinoj stanici da na svojstven način odgovori na izvanstanične signale. Skladna aktivnost svih stanica u tijelu kao odgovor na složene kombinacije izvanstaničnih signala, što dolaze do njih, osigurava preživljavanje višestaničnog organizma. Narušavanje prijenosa signala između stanica onemogućiti će skladnu aktivnost stanica u tijelu, a to će rezultirati pojavom bolesti. Proučavanje mehanizama prijenosa signala između stanica i u unutrašnjost stanica kroz plazmatsku membranu osigurava nam razumijevanje tih mehanizama u zdravim stanicama. To nam može poslužiti kao osnova za razumijevanje nastanka bolesti. Nepravilnosti u prijenosu signala mogu uzrokovati nekontroliranu diobu stanica kao što je to slučaj kod pojave raka. Stoga, poznavanje mehanizama prijenosa signala nam može pomoći u pronalaženju učinkovite terapije i uspješnom liječenju raka, ali i drugih bolesti.

signalne molekule; signaliziranje; regulacijski G-protein; c-AMP; inozitol-trisfosfat

nije evidentirano