- Tipus (sistemes / mecanismes)
- comunicació química
- Característiques de receptors acoblats a proteïna G
- Via de l'AMPc
- Via de l'fosfoinositol
- Via de l'àcid araquidònic
- Característiques de receptors tirosin quinasa
- Característiques generals dels receptors
- Característiques dels receptors que són canals iònics
- Comunicació mitjançant vesícules extracel·lulars
- importància
- referències
La comunicació cel·lular, també anomenada comunicació intercel·lular, consisteix en la transmissió de molècules de senyal extracel·lulars. Aquestes molècules parteixen d'una cèl·lula generadora de senyals i s'uneixen als receptors de la cèl·lula blanc, produint una resposta específica.
La molècula senyal pot ser una molècula petita (exemple: un aminoàcid), un pèptid o una proteïna. Per això, la comunicació, que és química, és una característica dels organismes unicel·lulars i multicel·lulars.
Font: pixabay.com
En els bacteris, les molècules senyal són feromones bacterianes. Aquestes són necessàries per a funcions com ara la transferència horitzontal de gens, la bioluminescència, la formació de biofilms, i la producció d'antibiòtics i factors patogènics.
En els organismes multicel·lulars, la comunicació cel·lular pueder tenir lloc entre cèl·lules que estan adjacents, o entre cèl·lules que estan separades. En aquest últim cas, les molècules senyal s'han de difondre i transportar durant llargues distàncies. Entre les funcions dels senyals es troben canvis en l'expressió gènica, la morfologia i el moviment cel·lular.
La comunicació cel·lular també es pot dur a terme mitjançant vesícules extracel·lulars (VE), denominades ectosomas i exosomes. Algunes funcions de les VE són: modulació de limfòcits i macròfags; control de la funció sinàptica; en els vasos sanguinis i el cor, coagulació i angiogènesi; i intercanvi d'ARN.
Tipus (sistemes / mecanismes)
En els bacteris, hi ha un tipus de comunicació cel·lular que s'anomena quòrum sensing, que consisteix en comportaments que ocorren únicament quan la densitat de la població bacteriana és alta. El quòrum sensing implica la producció, alliberament, i subsecuente detecció de concentracions elevades de molècules senyal, denominades autoinductores.
En eucariotes unicel·lulars, com T. brucei, també hi ha quòrum sensing. En els llevats, el comportament sexual i la diferenciació cel·lular succeeix en resposta a la comunicació per feromones i canvis mediambientals.
En plantes i animals, l'ús de molècules senyal extracel·lulars, com ara hormones, neurotransmissors, factors de creixement o gasos, és un tipus de comunicació important que implica la síntesi de la molècula senyal, el seu alliberament, el seu transport cap a la cèl·lula blanc, detecció del senyal i resposta específica.
En relació amb el transport de la molècula senyal en animals, la distància d'acció de la molècula determina dos tipus de senyals: 1) autocrinas i paracrinas, les quals actuen, respectivament, sobre la mateixa cèl·lula i sobre les cèl·lules properes; i 2) endocrina, la qual actua sobre una cèl·lula blanc distant, sent transportada pel torrent sanguini.
La comunicació cel·lular mitjançant vesícules extracel·lulars és un tipus de comunicació cel·lular important en els organismes eucariotes i els Archaea.
A mesura que la població bacteriana o d'eucariotes unicel·lulars creix, arriba al nombre de cèl·lules suficient, o quòrum, que produeix la concentració de l'inductor capaç de produir un efecte en les cèl·lules. Això constitueix un mecanisme de realització de cens.
Es coneixen tres tipus de sistemes quòrum sensing en bacteris: un a gram-negatives; un altre a gram-positives; i un altre a la gram negativa Vibrio harveyi.
En bacteris gram-negatives, el autoinductor és la homoserina lactona acilada. Aquesta substància és sintetitzada per l'enzim tipus Luxi i difon passivament a través de la membrana, acumulant-se en l'espai extracel·lular i intracel·lular. Quan s'arriba a la concentració estimulant, s'activa la transcripció de gens regulats per QS.
En bacteris gram-negatives, els autoinductores són pèptids modificats, els quals són exportats a l'espai extracel·lular, on interactuen conjuntament amb proteïnes de membrana. Es produeix una cascada de fosforilació que activa proteïnes, les quals s'uneixen a l'ADN i controlen la transcripció de gens blanc.
Vibrio harveyi produeix dos autoinductores, denominats HAI-1 i A1-2. HAI-1 és homoserina lactona acilada, però la seva síntesi no depèn de Luxi. A1-2 és furanosil borat diéster. Les dues substàncies actuen mitjançant una cascada de fosforilació similar a la d'altres bacteris gram-negatives. Aquest tipus de QS controla la bioluminescència.
comunicació química
La unió específica de la molècula senyal, o lligant, a la proteïna receptora produeix una resposta cel·lular específica. Cada tipus de cèl·lula posseeix certs tipus de receptors. Encara que un determinat tipus de receptor també pot trobar-se en diferents tipus de cèl·lules, i produir diferents respostes a la mateixa lligant.
La naturalesa de la molècula senyal determina la via que serà utilitzada per entrar a la cèl·lula. Per exemple, les hormones hidrofòbiques, com ara els esteroides, es difonen a través de la bicapa lipídica i s'uneixen a receptors per formar complexos que regulen l'expressió de gens específics.
Els gasos, com ara l'òxid nítric i el monòxid de carboni, es difonen a través de la membrana i, en general, activen la guanilil ciclasa, productora de GMP cíclic. La majoria de les molècules senyal són hidrofíliques.
Els seus receptors es troben a la superfície cel·lular. Els receptors actuen com a traductors de senyal que alteren la conducta de la cèl·lula blanc.
Els receptors de superfície cel·lular es divideixen en: a) receptors acoblats a proteïna G; b) receptors amb activitat d'enzims, com ara la tirosin quinasa; ic) receptors de canals iònics.
Característiques de receptors acoblats a proteïna G
Els receptors acoblats a proteïna G es troben en tots els eucariotes. En general, són receptors amb set dominis que travessen la membrana, amb la regió N-terminal cap a l'exterior cel·lular i la C-terminal cap a l'interior cel·lular. Aquests receptors s'associen a una proteïna G que tradueix els senyals.
Quan el lligant s'uneix a el receptor, la proteïna G s'activa. Aquesta al seu torn activa un enzim efectora que produeix un segon missatger intracel·lular, el qual pot ser el monofosfat d'adenosina cíclic (AMPc), l'àcid araquidònic, el diacilglicerol, o l'inositol-3-fosfat, el qual actua com a amplificador del senyal inicial.
La proteïna G posseeixen tres subunitats: alfa, beta i gamma. L'activació de la proteïna G implica la dissociació de l'GDP de la proteïna G i la unió de l'GTP a la subunitat alfa. En el complex G alfa -GTP es dissocien de les subunitats beta i gamma, interactuant de forma específica amb proteïnes efectores, activant.
La via de l'AMPc pot activar-se per receptors beta-adrenèrgics. L'AMPc és produït per la adenilat ciclasa. La via fosfoinositol és activada per receptors muscarínics d'acetilcolina. Activen la fosfolipasa C. La via de l'àcid araquidònic és activada pel receptor d'histamina. Activa la fosfolipasa A2.
Via de l'AMPc
La unió de l'lligant a el receptor la proteïna estimuladora G (G s), unida a GDP, ocasiona l'intercanvi de GDP per GTP, i la dissociació de la subunitat alfa de G s de les subunitats beta i gamma. El complex G alfa -GTP s'associa amb un domini de la adenil ciclasa, activant l'enzim, i produint AMPc a partir d'ATP.
L'AMPc s'uneix a les subunitats reguladores de la proteïna quinasa dependent d'AMPc. Allibera les subunitats catalítiques, les quals fosforilen proteïnes que regulen respostes cel·lulars. Aquesta via és regulada per dos tipus d'enzims, que són les fosfodiesterases, i les proteïnes fosfatases.
Via de l'fosfoinositol
La unió de l'lligant a el receptor activa la proteïna G (G q), la qual activa la fosfolipasa C (PLC). Aquest enzim trenca el fosfatidil inositol 1,4,5-bisfosfat (PIP 2) en dos segons missatgers, l'inositol 1,4,5-trifosfat (IP 3) i diacilglicerol (DAG).
L'IP 3 difon en el citoplasma i s'uneix a receptors de l'reticle endoplasmàtic, ocasionant l'alliberament de Ca +2 des de l'interior. El DAG es manté en la membrana i activa la proteïna quinasa C (PKC). Algunes isoformes de PKC necessiten de Ca +2.
Via de l'àcid araquidònic
La unió de l'lligant a el receptor fa que les subunitats beta i gamma de la proteïna G activin la fosfolipasa A 2 (PLA 2). Aquest enzim hidrolitza el fosfatidilinositol (PI) a la membrana plasmàtica, alliberant àcid araquidònic, el qual és metabolitzat per diferents vies, com ara 5 i 12-lipoxigenasa i cicloxigenasa.
Característiques de receptors tirosin quinasa
Els receptors tirosin quinasa (RTK) tenen dominis reguladors extracel·lulars i dominis catalítics intracel·lulars. A diferència de l'receptor acoblat a proteïna G, la cadena polipeptídica dels receptors tirosin quinasa travessa la membrana plasmàtica una sola vegada.
La unió de l'lligant, que és una hormona o factor de creixement, a el domini regulador fa que les dues subunitats de receptor s'associïn. Això permet la autofosforilación de el receptor en un residu de tirosina, i l'activació de cascades de fosforilació de proteïnes.
Els residus de tirosina fosforilats de receptor de la tirosin quinasa (RTK) interactuen amb proteïnes adaptadores, que connecten el receptor activat amb components de la via de la transducció del senyal. Les proteïnes adaptadores serveixen per formar complexos d'assenyalament multiproteics.
El RTK s'uneix a diferents pèptids, com ara: factor de creixement epidèrmic; factors de creixement de fibroblasts; factors de creixement de el cervell; factor de creixement de nervis; i la insulina.
Característiques generals dels receptors
L'activació dels receptors de superfície produeix canvis en la fosforilació de proteïnes mitjançant l'activació de dos tipus de proteïnes quinases: tirosin quinasa i quinases de serina i treonina.
Les quinases de serina i treonina són: la proteïna quinasa dependent d'AMPc; la proteïna quinasa dependent de GMPc; la proteïna quinasa C; i la proteïna dependent de Ca +2 / Calmodulina. En aquestes proteïnes quinases, amb excepció de la quinasa dependent d'AMPc, el domini catalític i regulador es troba en la mateixa cadena polipeptídica.
El segon missatger s'uneix a aquestes quinases de serina i treonina, activant.
Característiques dels receptors que són canals iònics
Els receptors canal d'ions tenen les característiques següents: a) condueixen ions; b) reconeixen i seleccionen ions específics; c) obren i tanquen en resposta a senyals químics, elèctriques o mecàniques.
Els receptors canal d'ions poden ser un monòmer, o ser heteroligómeros o homoligómeros, les regions de la cadena polipeptídica travessen la membrana plasmàtica. Hi ha tres famílies de canals d'ions: a) canals porta de l'lligant; b) canals d'unions gap; ic) canals voltatge dependents de Na +.
Alguns exemples de receptors canal d'ions són els receptors d'acetilcolina de la unió neuromuscular, i els receptors ionotròpics de glutamat, NMDA i no NMDA, en el sistema nerviós central.
Comunicació mitjançant vesícules extracel·lulars
Les vesícules extracel·lulars (VE) són una barreja de ectosomas i exosomes, que s'encarreguen de transmetre informació biològica (ARN, enzims, espècies reactives d'oxigen, etc.) entre cèl·lula i cèl·lula. L'origen de les dues vesícules és diferent.
Els ectosomas són vesícules produïdes per brots de la membrana plasmàtica, seguida per la seva separació i alliberament cap a l'espai extracel·lular.
Primer, ocorre l'agrupament de proteïnes de membrana en dominis discrets. Després, els ancoratges de lípids de proteïnes acumulen proteïnes citosòliques i ARN al lumen, amb la qual cosa el brot creix.
Els exosomes són vesícules que es formen a partir de cossos multivesiculares (MVB) i són alliberades per exocitosi a l'espai extracel·lular. Els MVB són endosomes tardans, a l'interior hi ha vesícules intraluminales (ILVs). Els MVB poden fusionar-se a lisosomes i continuar la via degradativa, o alliberar les ILVS com exosomes mitjançant exocitosi.
Les VE interaccionen amb la cèl·lula blanc de maneres diferents: 1) esvaniment de la membrana de VI i alliberament dels factors actius del seu interior; 2) les VE estableixen contacte amb la superfície de la cèl·lula blanc, les quals fusionen, alliberant el seu contingut en el citosol; i 3) les VE són capturades enterament mitjançant macropinocitosis i fagocitosi.
importància
La gran varietat de funcions de la comunicació intercel·lular indica per si sola la seva importància. Mitjançant alguns exemples, es il·lustra la importància dels diferents tipus de comunicació cel·lular.
- Importància de el quòrum sensing. El QS regula diversos processos com ara la virulència dins d'una espècie, o microorganismes d'espècies o gèneres diferents. Per exemple, una soca de Staphylococcus aureus fa servir una molècula senyal en el quòrum sensing per infectar l'hoste, i inhibeix a altres soques de S. aureus de fer-ho.
- Importància de la comunicació química. L'assenyalament químic és necessari per a la supervivència i l'èxit reproductiu dels organismes multicel·lulars.
Per exemple, la mort cel·lular programada, que regula el desenvolupament multicel·lular, elimina estructures completes i permet el desenvolupament de teixits específics. Tot això és intervingut per factors tròfics.
- Importància de les VE. Tenen un paper important en la diabetis, la inflamació i malalties neurodegeneratives i cardiovasculars. Les VE de cèl·lules normals i cèl·lules càncer difereixen bastant. Les VE poden transportar factors que promouen o suprimeixen el fenotip de càncer en les cèl·lules blanc.
referències
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., i col. 2007. Molecular Biology of the Cell. Garland Science, New York.
- Bassler, BL 2002. Small Talk: Cell-to-Cell Communication in Bacteria. Cell, 109: 421- 424.
- Cocucci, I. and Meldolesi, J. 2015. Ectosomes and exosomes: shedding the confusió between extracel·lular vesicles. Trends in Cell Biology, xx: 1-9.
- Kandel, E., Schwarts, JH, and Jessell, T., 2000. Principles of Neural Science. McGraw-Hill USA.
- Lodish et, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologia cel·lular i molecular. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotà, Caracas, Madrid, Mèxic, Sāo Paulo.
- Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Chemical communication in proteobacteri: biochemical and structural studies of signal synthases and receptors required for intercel·lular signalling. Molecular Microbiology, 53: 755-769.
- Perbal, B. 2003. Communication is the key. Cell Comunicació a Signaling. Editorial, 1-4.