Jelátvitel (jelátvitel, transzdukció, jelzés , jelzés, angol jelátvitel ) - a molekuláris biológiában a "jelátvitel" kifejezés minden olyan folyamatra utal, amelynek során egy sejt egyfajta jelet vagy ingert egy másikká alakít át.
Összetett többsejtű élőlények létezése a sejtjeikben lezajló biokémiai folyamatok koordinációja miatt lehetséges. Az ilyen koordináció alapja a sejtközi kommunikáció és az egyes cellákon belüli jelátvitel. Ez együtt lehetővé teszi az egyik sejt számára, hogy irányítsa a többiek viselkedését.
A legtöbb esetben a sejten belüli jelátvitel szekvenciális biokémiai reakciók láncolata, amelyeket enzimek hajtanak végre , és amelyek közül néhányat másodlagos hírvivők aktiválnak . Az ilyen folyamatok általában gyorsak: időtartamuk ezredmásodperc nagyságrendű az ioncsatornák esetében, percek a protein-kinázok és lipid-mediált kinázok aktiválódása esetén . Bizonyos esetekben azonban órákba, sőt napokba is telhet ( génexpresszió esetén ) a jel vételétől a válaszadásig . A jelátviteli utak vagy jelátviteli utak gyakran jelkaszkádokként ( eng. signal cascade ) szerveződnek: a jelátvitelben részt vevő fehérjemolekulák és egyéb anyagok száma minden következő szakaszban növekszik, ahogy eltávolodik az eredeti ingertől. Így még egy viszonylag gyenge inger is jelentős választ válthat ki. Ezt a jelenséget jelerősítésnek nevezik . Az eredeti en:Signal Transduction kifejezés 1974-ben jelent meg először referált folyóiratokban, majd 1979-ben egy cikk címében.
A jelátviteli rendszer zavarai rák , autoimmun betegségek és cukorbetegség kialakulásához vezethetnek . A sejten belüli jelátviteli mechanizmusok megértése e betegségek kezelésének kidolgozásához, sőt mesterséges szövetek létrehozásához is vezethet [1] .
Az elsődleges közvetítők kémiai vegyületek vagy fizikai tényezők ( a fény, hang, külső hőmérséklet kvantum , mechanikai hatások - nyomás, rezgés, nyírás és mások), amelyek aktiválhatják a jelátviteli mechanizmust a sejtben. A fogadó sejthez képest az elsődleges hírvivők extracelluláris jelek. Meg kell jegyezni, hogy a sejten belül bőségesen, de az intercelluláris térben általában nagyon alacsony koncentrációban jelen lévő molekulák (például ATP vagy glutamát [2] [3] ) is működhetnek extracelluláris ingerként. A funkcióktól függően az elsődleges közvetítők több csoportra oszthatók:
Az elsődleges hírvivőktől érkező jel sejt általi fogadását speciális receptorfehérjék biztosítják , amelyek elsődleges hírvivői ligandumok . A receptor működésének biztosításához a fehérje molekuláknak számos követelménynek kell megfelelniük:
A sejtreceptorok a következő osztályokba sorolhatók:
A membránreceptorok felismerik a nagy (pl. inzulin) vagy hidrofil (pl. adrenalin) jelzőmolekulákat, amelyek önmagukban nem tudnak bejutni a sejtbe. A kis hidrofób jelátviteli molekulák (például trijód -tironin , szteroid hormonok , CO, NO) diffúzió útján képesek bejutni a sejtbe . Az ilyen hormonok receptorai általában oldható citoplazmatikus vagy nukleáris fehérjék. A ligandum receptorhoz való kötődése után az eseményről szóló információ továbbadódik a lánc mentén, és elsődleges és másodlagos sejtválasz kialakulásához vezet [2] .
Ha egy külső jelmolekula hat a sejtmembrán receptoraira és aktiválja azokat, akkor az utóbbiak a kapott információt továbbítják a membrán fehérjekomponenseinek rendszerébe, amelyet jelátviteli kaszkádnak neveznek . A jelátviteli kaszkád membránfehérjéi a következőkre oszthatók:
Így működnek a G-fehérjéhez kapcsolt receptorok . Más receptorok (ioncsatornák, protein kináz aktivitású receptorok) maguk is multiplikátorként szolgálnak.
A másodlagos hírvivők olyan kis molekulatömegű anyagok, amelyek a jelátviteli lánc egyik komponensének enzimaktivitása következtében képződnek vagy szabadulnak fel, és hozzájárulnak annak további átviteléhez és erősítéséhez [ 2] . A másodlagos hírvivőket a következő tulajdonságok jellemzik: kis molekulatömegűek és nagy sebességgel diffundálnak a citoplazmában ; gyorsan hasadnak és gyorsan eltávolítják a citoplazmából. A másodlagos közvetítők közé tartoznak:
Néha harmadlagos hírvivők is képződnek a sejtben . Így a Ca 2+ ionok általában másodlagos hírvivőként működnek, de az inozitol-trifoszfát (második hírvivő) segítségével a jelátvitel során az EPR -ből annak közreműködésével felszabaduló Ca 2+ ionok harmadlagos közvetítőként szolgálnak.
A jelátvitel körülbelül a következő sémát feltételezi:
Néha egy receptor aktiválása külső inger hatására azonnal sejtválaszhoz vezet. Például amikor a GABA neurotranszmitter aktiválja a receptorát, amely egy neuron felszínén lévő ioncsatorna része , a csatorna elkezdi átengedni a kloridionokat, ami az egész sejt membránpotenciáljának megváltozásához vezet. Más esetekben a receptor aktiválása csak olyan események láncolatát indítja el, amelyek többé-kevésbé hosszú mediátorláncon keresztül szabályozó ingert továbbítanak a sejten belül. Az ilyen láncot jelútnak nevezzük .
A Notch jelzési útvonal viszonylag rövid. Ennek a receptornak az aktiválása lehetővé teszi a proteáz számára, hogy lehasítsa azt, majd a fehérje egy része bejuthat a sejtmagba, és transzkripciós szabályozóként működhet . Ennek eredményeként a sejt más fehérjéket kezd szintetizálni, és megváltoztatja viselkedését. Egy összetettebb jelátviteli útvonalat indítanak el a növekedési faktorok. Egyes receptoraik kinázok , és aktiválásukkor magukat és más fehérjéket foszforilálnak, ezáltal megváltoztatják a fehérje-fehérje kölcsönhatás képességét. Például az epidermális növekedési faktor a receptorához kötődve aktiválja annak autokatalitikus foszforilációját. A foszforilált receptor képes megkötni a GRB2 adapter fehérjét, amely jelet továbbít a következő hírvivőnek. Ez tovább vezethet a Ras-MAPK/ERK jelátviteli útvonal aktiválásához . Ebben a MAPK/ERK kináz (mitogen-aktivált protein kináz) tovább tudja aktiválni a C-myc transzkripciós faktort , és számos, a sejtciklust befolyásoló gén működését megváltoztathatja.