МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Механизмы адаптации путей передачи сигнала клетки

• Чувствительность путей передачи сигналов регулируется таким образом, который позволяет изменять ответ клетки при изменении силы сигнала в широких пределах

• Во всех путях передачи сигналов эта функция регулируется с помощью механизмов обратной связи

• Большинство систем передачи сигналов содержат много адаптивных циклов обратной связи, которые управляют сигналами различной силы и продолжительности

Универсальным свойством систем внутриклеточной передачи сигналов является их адаптируемость к входному сигналу. Клетка постоянно регулирует свою чувствительность к сигналам с тем, чтобы поддерживать у себя способность улавливать изменения входного сигнала. Обычно, когда в клетку поступает новый сигнал, в ней начинается процесс десенсибилизации, который заглушает ее ответ до размеров нового плато, лежащего ниже пика начального ответа.

При удалении сигнала, состояние десенсибилизации сохраняется, и чувствительность клетки медленно возвращается к обычному уровню. Аналогичным образом, удаление тонического сигнала может привести к гиперчувствительности сигнальной системы.

Адаптируемость сигнальных систем представляет собой один из лучших примеров биологического гомеостаза. Эта адаптируемость оказывается впечатляющей. Обычно клетки способны регулировать свою чувствительность к физиологическим сигналам более чем в 100-кратном диапазоне, и зрительная реакция у млекопитающих может адаптироваться к изменению интенсивности источника света в 107 раз.

Такая невероятная способность позволяет фоторецепторной клетке реагировать только на один фотон и дает возможность читать как в сумерках, так и при ярком солнечном свете. Способность к адаптации характерна для бактерий, растений, грибов и животных. Многие процессы адаптации достаточно консервативны с точки зрения эволюции, хотя наиболее сложные адаптационные механизмы существуют у животных. Общим адаптационным механизмом является цикл отрицательной обратной связи, который отбирает определенный биохимический сигнал и контролирует процесс адаптации.

Адаптация меняется в зависимости от интенсивности и продолжительности входного сигнала. Вероятно, более сильный или продолжительный входной сигнал вызывает выраженные адаптивные изменения, и часто продолжительную адаптацию. Подобным образом клетки могут модулировать адаптацию, поскольку она определяется последовательными независимыми механизмами, каждый из которых обладает собственной чувствительностью и кинетическими параметрами.

Прекрасным примером адаптивного механизма является G-белок. На рисунке ниже показано, что самым ранним этапом в цепи процессов адаптации служит фосфорилирование рецептора, которое катализируется киназой рецептора, сопряженной с G-белком (GRK). Киназа избирательно узнает активную конформацию комплекса лиганд-рецептор. Фосфорилирование блокирует способность рецептора активировать G-белок, а также усиливает связывание аррестина, белка, который еще больше блокирует активацию. Более того, связывание аррестина делает рецепторы чувствительными к эндоцитозу, в результате чего они удаляются с поверхности клеток. Эндоцитоз также служит первым шагом на пути протеолиза рецепторов.

Наряду с этими прямыми эффектами, многие гены рецепторов регулируют свою транскрипцию по механизму обратной связи так, что сигнал, исходящий от рецептора, приводит к снижению его экспрессии.

Таким образом, стимуляция вызывает множество адаптивных процессов, которые происходят либо сразу же (фосфорилирование, связывание аррестина), либо наступление их задерживается (регуляция транскрипции) и которые носят обратимый и необратимый характер. Этот набор адаптивных реакций существует для многих рецепторов, сопряженных с G-белками, и многие клетки могут использовать весь набор с тем, чтобы контролировать выход сигнала с одного рецептора. При этом скорость и степень адаптации, а также ее обратимость выбираются в соответствии с программой развития клетки.

В клетке адаптивные процессы могут изменяться в количественном и качественном отношении при изменении точек приложения действия механизмов обратной связи, которые расположены на пути передачи сигнала. В линейной цепи событий передачи сигналов изменения этих точек приводят к изменениям кинетики или степени адаптации. В разветвленной системе изменения этих точек определяют, является ли адаптация уникальной к одному входному сигналу или развивается по отношению к нескольким близким входным сигналам.

Если при активации рецептора происходит его прямая десенсибилизация или она запускается каким-то дальнейшим событием на неразветвленном пути, то изменяться будут только те сигналы, которые генерируются этим рецептором. Адаптация, селективная в отношении определенного рецептора, называется гомологичной адаптацией.

Наоборот, контроль с помощью обратной связи может затрагивать конвергентные пути, отдаленные от нескольких рецепторов. Таким образом, регулируется активность как инициирующего, так и и других рецепторов. При такой гетерологичной адаптации в данной контрольной точке регулируются все возможные входные сигналы. Общим примером служит фосфорилирование рецепторов, сопряженных с G-белком под действием или протеинкиназы А, или протеинкиназы С. Эти киназы активируются цАМФ или Са2+ плюс липид диацилглицерин соответственно. Так же как GRK, киназы ослабляют активность рецептора и способствуют связыванию аррестина.

Реакция клетки на входящий сигнал может меняться в зависимости от состояния ее геомеостаза. В данном случае под гомеостазом понимают фазу цикла, метаболический статус и другие аспекты физиологического состояния клетки. Опять-таки все адаптивные процессы могут проявляться в большей или меньшей степени в разных клетках, для различных внутриклеточных процессов, или в различные периоды их существования.

Примеры адаптации в путях передачи сигнала клетки
Наверху: при получении сигнала чувствительность путей его передачи регулируется таким образом,
чтобы клетка могла приспособиться к новому уровню входного сигнала.
Таким образом, после начальной стимуляции, ответ клетки становится более слабым. Если для восстановления системы не прошло достаточно времени,
второй подобный сигнал вызовет слабый ответ.
Внизу: для некоторых адаптационных механизмов обратная связь эффективна только по отношению к рецептору, который активируется, и не влияет на параллельные пути передачи сигналов.
Такие механизмы называются гомологичными.
Слева: агониста рецептора R1 может инициировать одно из двух событий обратной связи, которые приводят к десенсибилизации R1.
В остальных случаях получение клеткой сигнала будет также вызывать десенсибилизацию параллельных или близких систем их передачи.
Справа: агонист а инициирует десенсибилизацию R1 и R2. Ответ на агонист b, который связывается с R2, также десенсибилизирован.
Такая гетерологичная десенсибилизация представляет собой обычное явление.
Адаптация клетки после получения сигнала
При получении клеткой сигнала в ней запускаются многочисленные процессы адаптации.
Как правило, их компоненты существуют в клетке. Обычно они запускаются в определенной последовательности, в соответствии с продолжительностью и интенсивностью сигнала.
Для GPCR известно, по крайней мере, пять механизмов десенсибилизации; другие механизмы действуют на уровне G-белка и эффекторов.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Формы сигнальных белков клетки"

Оглавление темы "Внутриклеточные системы передачи сигнала":
  1. Строение и функции рецепторов клетки
  2. Рецепторы как катализаторы и амплификаторы
  3. Механизм изменения конформации рецептора лигандом
  4. Механизм дивергенции и конвергенции внутриклеточных сигналов
  5. Внутриклеточные сигналы как биохимические логические цепи
  6. Пути передачи сигнала каркасных структур клетки
  7. Модульные домены в передаче сигнала клетки
  8. Механизмы адаптации путей передачи сигнала клетки
  9. Формы сигнальных белков клетки
  10. Механизмы контроля реакций активации и инактивации сигнальными белками
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.