Biomedicinsk Analytiker

Sveriges största site för Biomedicinska Analytiker

Cellsignalering: Vad, hur och varför?

I det här inlägget kommer jag att ta upp några grundläggande processer som har att göra med cellsignalering. Hela inlöägget handlar om vad cellsignalering är, hur det går till lite mer i detalj, varför celler signalerar, vad som sker inne i cellen och hur en signal kan stoppas. Det blir på en generell nivå, jag kommer att fördjupa mig och gå in mer i detalj i kommande inlägg. Först lite glosor som är bra att kunna:

GLOSOR

Ligand = kan också kallas för signalmolekyl, signalsubstans. En viss typ av ligand binder till en viss typ av receptor. Det gör att det skapas en reaktion i cellen. Man brukar dela in liganderna i två grupper; (1) molekyler som är för stora eller helt enkelt så hydrofila (vattenlösliga) att de inte klarar av att passera genom cellens membran utan att gå genom speciella kanaler, och (2) små molekyler som klarar av att passera genom cellmembranet. Dessa molekyler är då också, till skillnad från de i grupp ett, hydrofoba (vattenavstötande).

Reception = mottagning. Ett receptorprotein tar emot, känner igen och överför signalen till cellens inre.

Transduktion = den mottagna signalen tolkas och bearbetas.. Det händer något inne i cellen.

Respons = svar. Cellen svarar på signaleringen.

Amplifiering = ett ord som jag nämnt tidigare i samband med DNA. Amplifiering betyder ju förökning. På samma sätt som man kan öka mängden DNA genom amplifiering kan man också öka mängden signaler.

Desentisering = adaption, anpassning. justering av känsligheten för en signal. Signalen kan alltså tystas ner.

Termnering = att avbryta signalen.

RTK = tyrosinkinasrecetor. Detta är en typ av receptor som består av tre delar; på utsidan av cellen finns en del som binder till liganden. Den andra delen går genom cellens membran, och inne i cellen finns den tredje delen som aktiverar tyrosin. Tyrosinerna sitter på receptorns inre del, och dessa kommer antingen att fosfyleras eller defosfyleras beroende på vad receptorn tar emot för ligand. Just fosfylering och defosfylering kommer jag att gå igenom i ett senare inlägg.

Tyrosin = en aminosyra, förkortas Tyr.

Adhesionsreceptor = en receptorer som är beroende av kontakt för att kunna fungera. Detta är viktigt för cellens överlevnad, en cell som inte har kvar möjligheten till adhesion kommer att självdö. Cellens funktion och cytoskelettets organisations påverkas av den kontaktberoende signalering. Ett exempel på kontaktberoende signalering är den som sker via gap junctions, dessa kanaler kan både öppnas och stängas. Detta är bra när en granncell exempelvis börjar dö. Då börjar det läcka ut kalcium från den döende cellen. Kalciumet påverkar den andra cellen så att gap junction stänger, på det viset hindras celldöden från att sprida sig.

Intracellulär receptor = en recoptor som finns inne i cellen, och alltså inte vid cellmembranet. Receptorn kan finnas i cellens cytosol (cytosolisk receptor) eller i cellkärnan (kärnreceptor). Den vanligaste typen av ligander som binder till intracellulära receptorer är steroider. Steroieder är hydrofoba hormoner, de hör alltså till grupp 2 av liganderna. Några exempel på dessa hydrofoba steroider som binder till de intracellulära receptorerna är kortisol och testosteron. Men kvävemonoxid (NO) diffunderar också in över cellmembranet, det är ju en gas. Den intracellulära receptorn aktiverar proteiner inne i cellen. Både den cytosoliska receptorn och kärnreceptorn fungerar som transkriptionsfaktorer.

Varför signalerar celler? 

Celler kommunicerar, ”pratar” alltså med varandra, för att tala om för varandra hur kroppen ska bete sig. Om blodsockret ökar känner vissa celler av detta, och då kommer de att ”berätta” det vilket leder till att cellerna i bukspottkörteln börjar producera insulin. Detta kallas för cellsignalering vilket delas in i två delar; det cellen själv ”säger” och hur cellen svarar på det andra celler kommunicerar.

Hastigheten på signaleringen

Men man säger naturligtvis inte att cellerna pratar med varandra. I stället kallas det för att de signalerar, de skickar alltså signaler till varandra. Signalerna är långsamma, snabba eller mycket snabba, och beroende hur snabb en signal är blir resultatet av signalen lite olika.

  • Långsam signalering: ändrar ett genuttryck. En cell signalerar något långsamt, det leder till att genuttrycket ändras och det leder till att cellen som ändrade sitt genuttryck också börjar bilda ett enzym, exempelvis.
  • Snabb signalering: ändrar proteinuttrycket. Detta kan exempelvis ske genom fosforylering eller defosforylering, Exempelvis kan det enzym som bildades av den långsamma aktiveringen aktiveras av snabb signalering. När enzymet har blivit aktiverat kan det påverka hur ett protein uttrycks.
  • Mycket snabb signalering: öppnar jonkanalerna. Exempelvis: En por öppnas, jonerna flödar mot den lägre koncentrationen, alltså mot gradienten.

Signalering och avstånd

Jag har under termin två redan beskrivit olika typer av signalering som sker på olika avstånd; parakrin, autokrin och endokrin signalering. När det gäller autokrin och parakrin signalering, som ju är signalering på korta avstånd, är det mediatorer (tex en tillväxtfaktor) i närheten av cellerna som påverkar cellerna via RTK-receptorn. Receptorn tar alltså emot en tillväxtfaktor, cellen utför transduktion (något förändras, läs mer nedan) och respons (cellen svarar på signalen den har tagit emot, läs mer nedan), och så sker autokrin eller parakrin signalering.

När signaleringen sker på långa avstånd verkar liganderna antingen vid cellmembranet eller intracellulärt på målcellen eller båda delarna. Det beror på om molekylen som är ligand är vatten- eller fettlöslig. Hormoner brukar vara fettlösliga och gå genom membranet där de påverkar cellen intracellulärt.

Hur sker signalering? 

När man pratar om cellsignalering brukar man oftast prata om två delar; reception och transduktion. Reception innebär att cellen tar em ot en signal, medan transduktion innebär att cellen tolkar signalen och sedan utför något (ändras på något sätt) utifrån den mottagna signalen. Men en cell får flera hundra signaler riktade mot sig, hela tiden. Signalerna kommer ifrån den extracellulära matrisen, alltså ifrån cellens omgivning där det ju finns andra närliggande celler tillsammans med vätska. Trots det blir det aldrig kaos bland cellerna. Det beror på att cellerna bara svarar på vissa signaler, medan andra signaler aldrig blir mottagna. De olika signalerna tolkas dessutom på olika sätt av olika celler i olika stadier. Vi går igenom allt.

Reception (mottagning) 

Celler har receptorer. Receptorer är proteiner som sitter i cellens membran.En receptorn består av två delar: (1) den del som känner igen liganden (rekognition) och tar emot den (reception), och (2) den delen som överför signalen till cellens inre (transmission). Ett receptorprotein behövs alltså för att känna igen signalsubstansen (liganden) som är meddelandet som skickas från en cell till en annan cell. Det finns flera tusen varianter på receptorer, men varje cell har ett begränsat antal receptorer. Oftast är det bara en viss typ av receptorer som aktiverar en viss typ av cell. På det sättet kan cellerna bara påverkas på vissa sätt. Det är detta som förhindrar kaos bland kroppens celler. Men – en enda ligand som binder till en enda receptor kan påverka cellen på flera olika sätt. Det kan ske flera saker på en gång inne i cellen. Jämför det med våra tankar. Du kanske ser ett barn springa över en gräsmatta. Det leder till att du tänker något, men du kan ju tänka väldigt många olika saker. Och beroende på tänker beter du dig på olika sätt. Om du tänkte att barnet kommer att springa ut på vägen stannar du bilen, om du tänker att barnet är på väg till stranden kanske du själv blir sugen på att bada och åker till havet. Och så vidare… Men du såg bara en enda sak; ett barn som sprang över en gräsmatta. På samma sätt kan cellen ta emot en enda signal och göra väldigt många saker som leder till olika resultat.

Ibland är det också så att två ligander måste binda in till två receptorer samtidigt för att cellen ska reagera. Flera olika sorters receptorer kan ta emot samma ligand, och samma ligand kan orsaka olika reaktioner i olika celler helt beroende på vilken cell och vilken receptor det är.

Transduktion (signalen bearbetas, tolkas)

När receptorn känt igenom ”sin” ligand ändras formen på den, det kallas för konfirmationsförändring. Då kan signalen föras vidare in i cellen. Andra proteiner inne i cellen kan också förändras i sin form, och de för vidare signalen ännu längre in i cellen. På det viset kan många proteiner konfirmationsförändras, vilket gör att en enda signal utifrån kan spridas på tusentals olika vägar inne i cellen. Detta kallas för amplifiering. Signalen amplifieras, den sprids alltså.

Amplifiering 

Bild1

Amplifiering är en väldigt viktig del av cellsignaleringen. Genom amplifiering kan en enda signal skapa flera miljoner molekyler i en enda cell.

Singaler amplifieras genom signalkaskader. Ett steg aktiverar många andra steg. Det skulle exempelvis kunna vara så att en enda signal leder till skapandet av flera miljoner glukosmolekyler. Det är olika enzym-reaktioner inne i cellen som leder till amplifiering, men bara om cellen är gjord för att amplifiering ska kunna ske. Cellen kontrollerar hela tiden vad som händer i den.

Respons

Efter transduktionen sker respons. Det är då cellen svarar på signalen den har fått. Då kommer det bli en formförändring (konformationsförändring) av cellen, vilket också är en aktivering av cellen. Först sker en förändringen av cellens form som gör så att signalen förs över cellens membran, utifrån och in. Därefter sker den önskade reaktionen inne i cellen som skulle kunna vara att den ger ifrån sig insulin tex.

Desentisering (adaption)

Desentisering är ett sätt för cellen att justerar sin känslighet för en signal. Cellen kan alltså göra sig själv mer eller mindre känslig för en viss typ av signal, så att den påverkas mer eller mindre av just den signalen. Det här är flera olika processer som alla har olika kinetik, alltså olika energier eller hastigheter. Det bästa sättet att beskriva skillnaden i kinetik är att säga att olika kemiska reaktioner sker i olika hastighet beroende på att de har olika kinetik.

  • När desentisering sker långsamt tar receptorer bort från cellmembranet, steg för steg. Om en del av receptorerna försvinner kan cellen inte ta emot lika många signaler, vilket gör att cellen blir mindre känslig för just den signalen.
  • När desentiseringen sker snabbt görs den genom att liganden fosforylerar receptorn.

Desentisering kan ske på fem olika sätt:

  1. Receptor-sekvensering. Detta är då receptorn försvinner in i cellen för att vid ett senare tillfälle komma ut igen, det kan också kallas för endosomalt upptag. Detta är ett exempel på långsam desentisering.
  2. Receptor-nedreglering. Receptorn, som ju är ett protein, bryts ner med hjälp av cellens lysosomer. Detta är ett exempel på långsam desentisering.
  3. Receptor-inaktivering. Receptorn görs inaktiv.
  4. Inaktivering av de proteiner som signalerar in i cellen. Det innebär att signalen inte förs vidare eftersom reaktionerna inne i cellen stoppats eller tystats ner. Detta är ett exempel på snabb desentisering.
  5. Produktion av inhibitoriska (hämmande) proteiner. Tänk ”negativ feedback.” Proteiner som fungerar som bromsar produceras, i stället för proteiner som bara skapar fler reaktioner. Detta är ett exempel på snabb desentisering.

Terminering (avslut) av signalering

Cellen kan stoppa en signal. Detta sker genom att receptorn ”äts upp” av cellen, den tas upp endosomalt säger man. Men receptorn bryts inte ner, i stället är det liganden som tas loss och bryts ner. Receptorn släpps oftast ut igen, till sin plats på membranet. Annars kommer även den att brytas ner.

Vad leder cellsignalering till, då? 

  • Apoptos. Detta är programmerad celldöd. Alla celler är programmerade till att dö någon gång, det är helt normal. Omcellen skulle dö på grund av sjukdom kallas det i stället för nekros.
  • Proliferation innebär att cellen vill överleva, att den växer och delar sig.
  • Differentiering är den process där cellen programmeras till att bli den cell den är menad att vara, exempelvis en muskelcell eller en vit blodkropp. Läs gärna mitt inlägg om Blodcellens differentiering för lite fördjupning om du vill.
  • Omarrangemang av cytoskelettet. Cytoskelettet ombildas hela tiden, vilket innebär att det bryts ner på ett ställe för att bygas upp på ett annat. På det viset kan cellen flytta på sig och ändra sitt utseende.
  • Syntes. Proteiner, lipider, nukleinsyror och kolhydrater skapas, och tack vare cellsignaleringen vet cellen precis vad den ska skapa och när den ska göra det.

Källa:

Alberts B, et al. Essential Cell Biology. 4:de upplagan. USA: Garland Science. 2013.

Department of Biochemistry and Molecular Biophysics. (2004). The Biology Project. Cell Signaling Problem Set. University of Arizona, USA. (Hämtad 2014-09-25).

Loitto, V.  Basal cellsignalering 1. Föreläsning. Linköpings Universitet. 2014-08-27.

Loitto, V. Basal cellsignalering 2. Föreläsning. Linköpings Universitet. 2014-09-05.

Schlessinger, J. (2000). Cell Signaling by Receptor Tyrosine Kinase.Volym 103, Nr 2, Ss. 211–225.

Förslag på vidare läsning: 

Jag har också läst lite i den här boken, när jag uppdaterat inlägget i november 2016: Lim, W; Mayer, B och Pawson, T. Cell Signaling Principles and Mechanisms. USA: Garland Science, Taylor, & Francis Group, LLC. 2015.

10 comments on “Cellsignalering: Vad, hur och varför?

  1. Pingback: K-RAS | Biomedicinsk Analytiker

  2. Pingback: Autonoma nervsystemet, Emotioner | Biomedicinsk Analytiker

  3. Pingback: Borttagna lösenord! | Biomedicinsk Analytiker

  4. Pingback: Binjurens hormonsystem | Biomedicinsk Analytiker

  5. Pingback: Skriftlig tentamen i Laboratorievetenskap in endokrinologi och infektion | Biomedicinsk Analytiker

  6. Pingback: Toll Like Receptorer och cellsignalering | Biomedicinsk Analytiker

  7. Pingback: PLA och inflammation och DAG och IP3 | Biomedicinsk Analytiker

  8. Pingback: Kinas PI3K och cellsignalering | Biomedicinsk Analytiker

  9. Pingback: Defosforylering | Biomedicinsk Analytiker

  10. Pingback: Endokrinologi | Biomedicinsk Analytiker

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s

Information

This entry was posted on 30 september, 2014 by in Termin 3 and tagged .
%d bloggare gillar detta: