Ćelijska komunikacija

Ćelijska komunikacija dio je složenog sistema komunicirtanja koji upravlja osnovnim ćelijskim aktivnostima i koordinira djelovanja ćelije. Sposobnost ćelija da percipiraju i pravilno reaguju na svoja mikrosredinu osnova je razvoja, popravljanja tkiva i imunosti, kao i homeostaze normalnog tkiva. Greške u obradi ćelijskih informacija odgovorne su za bolesti kao što su kancer, autoimunost i diabetes melitus.

Tradicijske aktivnosti u biologiji fokusirane su na proučavanje pojedinih dijelova sekvenci ćelijske komunikacije. Istraživanje u strukturnoj biologiji pomaže da shvatimo osnovnu strukturu ćelijskih komunikacionih mreža i kako promjene u tim mrežama mogu uticati na prijenos i protok informacija. Takve mreže su složeni sistemi u svojoj organizaciji i mogu pokazivati veliki broj emergentnih svojstava, uključujući bistabilnost i ultrasenzibilnost. Dugi domet alosterne regulacije često je značajna komponenta ćelijske komunikacije.

Pregled

Pregled komunikacije ćelija – ćelija

Ćelije prenose i primaju signale stečene od drugih ćelija ili od okoline koja ih okružuje. Signali se prenose kroz ćeliju membranu, kako bi se podstaknuo odgovor. Signal može preći samu membranu ili može stupiti u interakciju sa receptorskim proteinima koji kontaktiraju i unutrašnjost i spoljašnost ćelije. Da bi mogao reagirati na signal, na površini ćelija mora biti prisutan ispravan receptor. Kada signal koji ulazi u ćeliju putuje kroz ćelijsku membranu, signali prelaze s proteina na protein. Signal nastavlja put do svog odredišta, bilo da je to ćelijsko jedro ili bilo koja druga struktura ili organela u ćeliji.

Kada se ovi signali prenose između proteina, oni se modificiraju, stvarajući signalni put koji može dovesti do određenog dijela ćelijee ili se razgranati i poslati signal na više dijelova ćelije.  Kako se signal kreće od svakog receptora u proteinima, može se pojačati, mijenjajući mali signal u veliki odgovor, dijeljenjem i pojačavanjem signala. Signalni put je sličan načinu na koji štafetni trkači rade zajedno. Signal se prenosi s receptora jednog proteina na receptor drugog, na isti način na koji prvi trkač predaje štafetu drugom, a ovaj slijedećem.

Kada dosegnu odredište, proteini izravnim ćelijskim odgovorom počinju mijenjati ponašanje ćelije. Ćelijaa može reagirati na niz načina, ovisno o molekulama uključenim u signalizaciju. Signal aktivira enzim koji razgrađuje veću molekulu. Signal također može usmjeriti vezikulu da se stopi s plazemskom membranom i oslobađa njen sadržaj na vanjskoj strani ćelije. Još jedan odgovor koji ćelija može imati je signal koji usmjerava molekule aktina da se slože u filament, omogućavajući ćeliji promjenu oblika. Protein-nosač daje signal jedarnoj pori gdje može ući u jedro i uključiti ili isključiti gen. Ćelije mogu asimilirati višestruke signale i svaka prikuplja značniju kombinaciju signala, na koje sve treba ćelija reagirati istovremeno, prenoseći različite signale kroz različite signalne puteve. Ćelija asimilira podatke od signala do više signalnih puteva, kako bi dobila pravi odgovor.

Primjer komunikacije između bakterija: Salmonella enteritidis koristi homoserin lakton za percepciju signala

Tipovi ćelijske komunikacije

Perineumsko tijelo (ili centralna tetiva perineuma ) je piramidna fibromuskularna masa u srednjoj liniji perineuma, na spoju između trougaourogenitalnog i analnusnog trougla. Ima ga i kod muškaraca i kod žena. Kod muškaraca se nalazi između penisnog bulbusa i anusa; kod žena se nalazi između vagine i anusa na oko 1,25

Jedan od načina na koji ćelije mogu međusobno komunicirati kroz proces koji se naziva ćelijski spoj. Ćelijski spojevi mogu se dogoditi u mnogim oblicima, ali tri glavna su pukotinske (lat. nexus; eng. gap junction),, tijesne veze i dezmosomi.

Pukotinski spojevi

Pukotinski ili gep spojevi imaju vrlo važnu ulogu u stvaranju cijevi između dvije ćelije što omogućava transport iona i vode. Spojne cijevi pomažu ćelijama da šire elektrokemijske signale od ćelije do ćelije. Elektrohemijski signali su proizvod akcijskih potencijala, koji se javljaju u neuronima i srčanim ćelijama. Bez spojeva između gepova ne bismo mogli imati srce koje kuca ili nervni sistem koji funkcionira.

Pukotinske veze služe za transport signalnih molekula između susjednih ćelija

Signali kroz tijesne veze

„Tijesni“ signali približno su ono što znači njihov radni naziv. Dvije ćelije su stisnute jedna uz drugu, izravno povezujući dvije ćelijske membrane, ali sadržaj ćelije nije povezan jer između njih nema cijevi. Ova vrsta ćelijske veze odvija se tamo gdje određene tečnosti moraju biti sadržane u datim dijelovima tijela poput crijeva, bubrega i mjehura. Ovaj spoj formira vodonepropusnu brtvu koja zabranjuje da tekućine sadržane u tim organima slobodno cirkuliraju tijelom.

Dezmozomski ćelijski spojevi

Dezmosomski ćelijski spojevi fizički drže ćelije na okupu, ali im ne dopuštaju da prolaze između sebe kao u spoju. Dezmozomski spojevi povezuju ćelije supstancom poput niti koje se također povezuju s citoskeletom, pomažući u strukturnoj potpori ćelije. Ovi tipovi spojeva nalaze se u dijelovima tijela koji su podvrgnuti velikom stresu, zahtijevaju veliku fleksibilnost i pomjeranje, poput epiderme i crijeva. Dezmosomi sadrže molekule kadherina koji su ujedno i receptori signala. Kadherin jedne ćelije djeluje kao receptor za kadherin u susjednoj i ima ulogu u inhibiciji.

Kada ćelije imaju prekid komunikacije

Prekid ćelijske komunikacije rezultira mnogim oblicima bolesti, a različite vrste tih prekida uzrokuju različite bolesti. Multipla skleroza (MS) je nastaje kada se signal izgubi i ne dosegne cilj. Kod MS zaštitno omotavanje nervnih ćelija koje se nalazi u mozgu i kičmenoj moždini uništava se, što uziče na nervne ćelije tako da više ne mogu slati signale iz jednog dijela mozga u drugi, što rezultira gubitkom funkcija poput kretanja. Kada ciljni receptor u potpunosti ignorira signal, na kraju izaziva bolesti tipa 1 i tip 2 diabetes mellitus. Kod dijabetesa tipa 1 ne može se proizvesti signal insulina, dok sau kod dijabetesa tipa 2 ćelije izgubile sposobnost reagiranja na signale, što rezultira abnormalno visokim i opasnim razinama šećera u krvi. Moždani udar rezultira stvaranjem previše signala, pri čemu umiruće moždane ćelijee oslobađaju veliku količinu glutamata, ubijajući zdrave moždane ćelije, što dovodi do širenja oštećenja mozga. Glutamat je molekula koja je odgovorna za mnoge funkcije u mozgu, kada se proizvodi u niskim koncentracijama, ali kada se proizvodi prekomjerno, izuzetno je toksičan. Ekscitotoksitacija je širenje visoko koncentriranog glutamina koji ubija zdrave moždane ćelije koje nisu pogođene moždanim udarom. Višestruki kvarovi u ćelijskoj komunikaciji rezultiraju nekontroliranim rastom ćelija. Kada se dogodi jedan prekid, ćelija dobija sposobnost rasta i dijeljenja, bez signala koji je upućuje da to čini. Ćelija ima sposobnost da aktivira sekvencu samorazgradnje (RNAi) za kontrolu nereguliranog rasta ćelije, ali kada se dogodi višestruki kvar, ćelija gubi sposobnost samouništenja i dijeli sse nekontrolisano mutira i stvara tumor. Daljnja ćelijska komunikacija uzrokuje rast krvnih ćelija unutar tumora, što ga čini većim, dok jače signaliziranje omogućava kancerskim ćelijama da se šire tijelom.

Interferencija RNK

Glavni članak: Interferencija RNK

U ćelijama je DNK smještena u jedru, odakle nikad ne izlazi. Unutar jedra transkribira genetičku informaciju , a transkript postaje iRNK. RNK (ribonukleinska kiselina) napušta jedro da slobodno pluta po citoplazmi i sadrži uputstva DNK koja su vitalna za kodiranje, dekodiranje, regulaciju i ekspresiju gena. Ribosomi tada preuzimaju RNK poruku i pretvaraju je u proteine koji grade ćelije. Kada u ćeliju uđe virus i ubaci svoj DNK kôd u jedro, on se transkribira i oslobađa u ćeliju da bi se u ribosomu stvorio protein po njegovom kodu. Tako se javljaju virusne infekcije. Tada ćelija eksplodira prekomjernom proizvodnjom virusa, puštajući ih u tijelo da zaraze i sve ostale ćelije koje pronađu. Teoretizira se da su kroz evoluciju ćelije razvile odbrambeni sistem nazvan interferencija RNK (RNKi), kako bi zaustavile proizvodnju proteina koji imaju sumnjive virusne poruke RNK. Oni ne uništavaju samo sumnjive, nego i ispravne poruke, kako bi zaustavili svu proizvodnju na bazi te poruke. Ovo je mehanizam samouništenja ćelije i svaka od njih, biljna i životinjska imaju RNKi: način da se isključi proizvodnja određenog gena unutar proteina.

Terapija pomoću RNKi

RNKi terapija sada se testira u liječenju karcinoma. Naučnici pokušavaju iskoristiti sposobnost RNKi da uništi genetički kod koji se izražava kao ćelija kancera.

Komunikacija kod raka

Kancerske ćelije će komunicirati većinom kroz uske veze, a proteini koji tvore te spojeve poznati su kao koneksini. Pokazalo se da ovi koneksini potiskuju ćelije raka, ali ovo suzbijanje nije jedino što koneksini olakšavaju. Koneksini mogu također pospješiti napredovanje tumora; stoga ih ovo čini samo uslovnim supresorima tumora. Međutim, ovaj odnos koji povezuje ćelije omogućava širenje lijekova mnogo učinkovitijim sistemom, jer male molekule mogu proći kroz spojeve i brže i efikasnije šire lijek. Ideja da se povećanjem ćelijska komunikacija, ili preciznije, koneksina, za suzbijanje tumora izazvala je duge, trajne rasprave koje potkrepljuju činjenicu da u mnogim gtipovima karcinoma, uključujući rak jetre, nedostaje ćelijska komunikacija koja karakterizira normalne ćelije.

Dopunska literatura

• "The Inside Story of Cell Communication". learn.genetics.utah.edu. Retrieved 2018-10-20.
• "When Cell Communication Goes Wrong". learn.genetics.utah.edu. Retrieved 2018-10-24.