معلومة

التشوير بين العضيات

التشوير بين العضيات



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا في حيرة من أمري حول كيفية تواصل العضيات مع بعضها البعض. أفهم الإشارة بين الخلايا والنسخ والترجمة الكاملة لعملية الحمض النووي. ومع ذلك ، كيف يعرف البروتين الحركي وجهة عبوته؟ كيف يعرف الجسيم الحال متى يتحلل عضية مهترئة؟ كيف توزع الخلية ATP على العضيات حيث تكون هناك حاجة إليها (كيف تحدد مكان احتياج ATP؟)؟


لا توجد آلية واحدة مشتركة للاتصال داخل الخلايا ، وبعض الآليات (وبعض أجزاء بعض الآليات) معروفة بتفاصيل أكبر من غيرها. لكل عملية من العمليات التي ذكرتها ، نعلم على الأقل أنها تسير عبر آليات مختلفة جدًا.

توزيع ATP ، على سبيل المثال ، يتم في الغالب عن طريق الانتشار البسيط. ATP هو جزيء صغير وقادر على الانتشار بسرعة كافية بحيث يمكنه الانتقال من أحد طرفي الخلية إلى آخر في حوالي 20 مللي ثانية في المتوسط ​​[1].

إن صورتنا لكيفية امتصاص العضيات المختلفة لـ ATP أكثر ضبابية. بالنسبة لحالة الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، هناك دليل على أن ATP يتم إحضاره عبر مضاد ATP / ADP [2]. سيكون لنقل ATP عبر مضاد ATP / ADP تأثير في الحفاظ على استقرار نسبة ATP / ADP في كل من العصارة الخلوية و ER. من المنطقي أن نفترض أن آليات مماثلة تتحكم في نقل ATP عبر أغشية عضية أخرى ، ولكن عليك البحث في الأدبيات لمعرفة التفاصيل.

مراجع

1: معاملات انتشار ATP وفوسفات الكرياتين في العضلات المعزولة: التدرج النبضي 31P NMR لعينات بيولوجية صغيرة

2: النقل والناقلات في الشبكة الإندوبلازمية


فهم الإشارات الخلوية وبيولوجيا الأنظمة بدقة: منظور من دراسات البنية التحتية والعضيات في ذبابة الفاكهة المعى المتوسط

ذبابة الفاكهة المعي المتوسط ​​هو نموذج جذاب لدراسة أسئلة بيولوجيا الأنظمة الخاصة بتكامل الإشارات المعقدة ، وإشارات الخلية الخلوية ، واتصالات الأنسجة.

قيمة تحليل البنية التحتية في ذبابة الفاكهة تتم مناقشة المعى المتوسط ​​في كل من المنظورين التاريخي والمعاصر.

يكشف تحليل البنية التحتية الفائقة عن ميزات مميزة لأنواع مختلفة من الخلايا في ذبابة الفاكهة المعي المتوسط ​​في ظل الظروف الطبيعية والمرضية ، مما يلهم المزيد من التحقيق في وظائف العضية في الأنسجة المعقدة.

يمكن للتقنيات الناشئة ، جنبًا إلى جنب مع تحليل البنية التحتية الدقيقة ، أن تفعل ذلك ذبابة الفاكهة المعي المتوسط ​​هو نظام مثالي للتحقيق في دور العضيات في تكامل الإشارات.


محتويات

في العديد من الكائنات الحية الصغيرة مثل البكتيريا ، يمكّن استشعار النصاب الأفراد من بدء نشاط فقط عندما يكون عدد السكان كبيرًا بدرجة كافية. لوحظ هذا التأشير بين الخلايا لأول مرة في البكتيريا البحرية Aliivibrio fischeri، والتي تنتج الضوء عندما يكون عدد السكان كثيفًا بدرجة كافية. [10] تتضمن الآلية إنتاج واكتشاف جزيء الإشارة وتنظيم نسخ الجينات استجابة لذلك. يعمل استشعار النصاب في كل من البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام ، وداخل الأنواع وفيما بينها. [11]

في قوالب الوحل ، تتجمع الخلايا الفردية المعروفة باسم الأميبات معًا لتشكل أجسامًا ثمرية ، وفي النهاية جراثيم ، تحت تأثير إشارة كيميائية ، كانت تسمى في الأصل أكراسين. يتحرك الأفراد بواسطة الانجذاب الكيميائي ، أي أنهم ينجذبون بواسطة التدرج الكيميائي. بعض الأنواع تستخدم AMP الدوري كإشارة أخرى مثل Polysphondylium violaceum استخدام جزيئات أخرى ، في حالتها N-propionyl-gamma-L-glutamyl-L-ornithine-delta-lactam ethyl ester ، الملقب بـ glorin. [12]

في النباتات والحيوانات ، تحدث الإشارات بين الخلايا إما من خلال إطلاقها في الفضاء خارج الخلية ، مقسمًا إلى إشارات paracrine (عبر مسافات قصيرة) وإشارات الغدد الصماء (عبر مسافات طويلة) ، أو عن طريق الاتصال المباشر ، المعروف باسم إشارات juxtacrine (على سبيل المثال ، إشارة الشق) . [13] إشارات الأوتوكرين هي حالة خاصة من إشارات paracrine حيث يكون للخلية المفرزة القدرة على الاستجابة لجزيء الإشارة المفرز. [14] الإشارات المتشابكة هي حالة خاصة من إشارات paracrine (للمشابك الكيميائية) أو إشارات juxtacrine (للمشابك الكهربائية) بين الخلايا العصبية والخلايا المستهدفة.

التوليف والإفراج عن التحرير

العديد من إشارات الخلايا تحملها جزيئات تطلقها خلية وتتحرك لتتصل بخلية أخرى. يمكن أن تنتمي جزيئات الإشارة إلى عدة فئات كيميائية: الدهون ، أو الدهون الفوسفورية ، أو الأحماض الأمينية ، أو أحادية الأمين ، أو البروتينات ، أو البروتينات السكرية ، أو الغازات. تكون المستقبلات السطحية الملزمة لجزيئات الإشارة كبيرة بشكل عام ومحبة للماء (على سبيل المثال TRH و Vasopressin و Acetylcholine) ، في حين أن تلك التي تدخل الخلية تكون بشكل عام صغيرة ومضادة للماء (مثل الجلوكوكورتيكويدات وهرمونات الغدة الدرقية وكولي كالسيفيرول وحمض الريتينويك) ، ولكن الاستثناءات المهمة لكليهما عديدة ، ويمكن للجزيء نفسه أن يعمل عبر مستقبلات سطحية أو بطريقة داخلية لتأثيرات مختلفة. [14] في الخلايا الحيوانية ، تفرز الخلايا المتخصصة هذه الهرمونات وترسلها عبر الدورة الدموية إلى أجزاء أخرى من الجسم. ثم يصلون إلى الخلايا المستهدفة ، والتي يمكنها التعرف على الهرمونات والاستجابة لها وإحداث نتيجة. يُعرف هذا أيضًا باسم إشارات الغدد الصماء. منظمات نمو النبات ، أو الهرمونات النباتية ، تتحرك عبر الخلايا أو بالانتشار في الهواء كغاز للوصول إلى أهدافها. [15] يتم إنتاج كبريتيد الهيدروجين بكميات صغيرة بواسطة بعض خلايا جسم الإنسان وله عدد من وظائف الإشارات البيولوجية. من المعروف حاليًا أن غازين آخرين من هذا القبيل يعملان كجزيئات إشارات في جسم الإنسان: أكسيد النيتريك وأول أكسيد الكربون. [16]

تحرير خروج الخلايا

خروج الخلايا هو العملية التي تنقل بها الخلية جزيئات مثل الناقلات العصبية والبروتينات إلى خارج الخلية. كآلية نقل نشطة ، يتطلب الإفراز الخلوي استخدام الطاقة لنقل المواد. تُستخدم عملية خروج الخلايا ونظيرتها ، الالتقام الخلوي ، من قبل جميع الخلايا لأن معظم المواد الكيميائية المهمة بالنسبة لها عبارة عن جزيئات قطبية كبيرة لا يمكنها المرور عبر الجزء الكاره للماء من غشاء الخلية بوسائل سلبية. خروج الخلايا هو العملية التي يتم من خلالها إطلاق كمية كبيرة من الجزيئات وبالتالي فهي شكل من أشكال النقل بالجملة. يحدث خروج الخلايا عبر بوابات إفرازية في غشاء بلازما الخلية المسمى بوروسومات. البوروسومات هي بنية بروتينية دهنية على شكل كوب في غشاء بلازما الخلية ، حيث تلتحم الحويصلات الإفرازية بشكل عابر وتندمج لتحرير محتويات داخل الحويصلة من الخلية.

في عملية الإفراز الخلوي ، يتم نقل الحويصلات الإفرازية المرتبطة بالغشاء إلى غشاء الخلية ، حيث ترسو وتندمج في البوروسومات ويتم إفراز محتوياتها (أي الجزيئات القابلة للذوبان في الماء) في البيئة خارج الخلية. هذا الإفراز ممكن لأن الحويصلة تندمج بشكل عابر مع غشاء البلازما. في سياق النقل العصبي ، يتم إطلاق النواقل العصبية عادةً من الحويصلات المشبكية إلى الشق المشبكي عن طريق الإفراز الخلوي ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا إطلاق الناقلات العصبية عبر النقل العكسي من خلال بروتينات النقل الغشائي.

تحرير النماذج

تحرير الأوتوكرين

تتضمن إشارات الأوتوكرين خلية تفرز هرمونًا أو مرسالًا كيميائيًا (يسمى العامل الأوتوكيني) الذي يرتبط بمستقبلات الأوتوكرين في نفس الخلية ، مما يؤدي إلى تغييرات في الخلية نفسها. [17] يمكن أن يتناقض هذا مع إشارات paracrine أو إشارات intracrine أو إشارات الغدد الصماء التقليدية.

تحرير باراكرين

في إشارات paracrine ، تنتج الخلية إشارة لإحداث تغييرات في الخلايا المجاورة ، وتغيير سلوك تلك الخلايا. تنتشر جزيئات التأشير المعروفة باسم عوامل paracrine على مسافة قصيرة نسبيًا (عمل محلي) ، على عكس إشارات الخلية بواسطة عوامل الغدد الصماء ، والهرمونات التي تنتقل لمسافات أطول بكثير عبر تفاعلات جوكستاكرين في الجهاز الدوري وإشارات الأوتوكرين. الخلايا التي تنتج عوامل paracrine تفرزها في البيئة خارج الخلية مباشرة. تنتقل العوامل بعد ذلك إلى الخلايا القريبة التي يحدد فيها تدرج العامل المستقبَل النتيجة. ومع ذلك ، فإن المسافة الدقيقة التي يمكن أن تقطعها عوامل الباراكرين غير مؤكدة.

تستهدف إشارات الباراكرين مثل حمض الريتينويك الخلايا الموجودة في محيط الخلية المنبعثة فقط. [18] تمثل الناقلات العصبية مثالًا آخر على إشارة نظير الصنوبر.

يمكن لبعض جزيئات الإشارة أن تعمل كهرمون وناقل عصبي. على سبيل المثال ، يمكن أن يعمل الأدرينالين والنورادرينالين كهرمونات عند إطلاقهما من الغدة الكظرية وينتقلان إلى القلب عن طريق مجرى الدم. يمكن أيضًا إنتاج النوربينفرين بواسطة الخلايا العصبية ليعمل كناقل عصبي داخل الدماغ. [19] يمكن أن يفرز المبيض الأستروجين ويعمل كهرمون أو يعمل محليًا عبر نظير الباركرين أو إشارات أوتوكرين. [20]

على الرغم من أن إشارات paracrine تثير مجموعة متنوعة من الاستجابات في الخلايا المستحثة ، فإن معظم عوامل الباراكرين تستخدم مجموعة مبسطة نسبيًا من المستقبلات والمسارات. في الواقع ، من المعروف أن أعضاء مختلفة في الجسم - حتى بين الأنواع المختلفة - تستخدم مجموعات مماثلة من عوامل paracrine في التطور التفاضلي. [21] يمكن تنظيم المستقبلات والمسارات المحفوظة بشكل كبير في أربع عائلات رئيسية بناءً على هياكل متشابهة: عائلة عامل نمو الأرومة الليفية (FGF) وعائلة القنفذ وعائلة Wnt وعائلة TGF-الفائقة. يؤدي ارتباط عامل الباراكرين بمستقبلاته الخاصة إلى بدء سلاسل نقل الإشارة ، مما يؤدي إلى استجابات مختلفة.

تحرير الغدد الصماء

الغدد الصماء تسمى الإشارات الهرمونات. يتم إنتاج الهرمونات بواسطة خلايا الغدد الصماء وتنتقل عبر الدم لتصل إلى جميع أجزاء الجسم. يمكن التحكم في خصوصية الإشارات إذا كانت بعض الخلايا فقط قادرة على الاستجابة لهرمون معين. تتضمن إشارات الغدد الصماء إطلاق الهرمونات عن طريق الغدد الداخلية للكائن الحي مباشرة في الدورة الدموية ، مما ينظم الأعضاء المستهدفة البعيدة. في الفقاريات ، الوطاء هو مركز التحكم العصبي لجميع أنظمة الغدد الصماء. في البشر ، الغدد الصماء الرئيسية هي الغدة الدرقية والغدد الكظرية. تُعرف دراسة جهاز الغدد الصماء واضطراباته باسم طب الغدد الصماء.

تحرير Juxtacrine

تأشير الجوكستاكرين هو نوع من إشارات المصفوفة الخلوية أو الخلوية خارج الخلية في الكائنات متعددة الخلايا التي تتطلب اتصالًا وثيقًا. هناك ثلاثة أنواع:

  1. يتفاعل غشاء يجند (بروتين ، قليل السكاريد ، دهون) وبروتين غشائي لخليتين متجاورتين.
  2. يربط تقاطع متصل الأجزاء داخل الخلايا لخليتين متجاورتين ، مما يسمح بعبور جزيئات صغيرة نسبيًا.
  3. يتفاعل بروتين سكري مصفوف خارج الخلية وبروتين غشائي.

بالإضافة إلى ذلك ، في الكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا ، تعني إشارات الجوكستاكرين التفاعلات عن طريق ملامسة الغشاء. وقد لوحظت إشارات الجوكستاكرين لبعض عوامل النمو ، والإشارات الخلوية السيتوكينية والكيموكينية ، وتلعب دورًا مهمًا في الاستجابة المناعية.

تتلقى الخلايا المعلومات من جيرانها من خلال فئة من البروتينات تعرف باسم المستقبلات. قد ترتبط المستقبلات ببعض الجزيئات (الروابط) أو قد تتفاعل مع عوامل فيزيائية مثل الضوء ودرجة الحرارة الميكانيكية والضغط وما إلى ذلك. يحدث الاستقبال عندما تكتشف الخلية المستهدفة (أي خلية بها بروتين مستقبل خاص بجزيء الإشارة) إشارة ، عادةً في شكل جزيء صغير قابل للذوبان في الماء ، عن طريق الارتباط ببروتين مستقبل على سطح الخلية ، أو بمجرد دخوله داخل الخلية ، يمكن لجزيء الإشارة أن يرتبط بمستقبلات داخل الخلايا ، أو عناصر أخرى ، أو يحفز نشاط الإنزيم (مثل الغازات) ، مثل في تأشير intracrine.

تتفاعل جزيئات الإشارة مع خلية مستهدفة على شكل رابط إلى مستقبلات سطح الخلية ، و / أو عن طريق الدخول إلى الخلية من خلال غشاءها أو الالتقام الخلوي للإشارة داخل الخلية. ينتج عن هذا بشكل عام تنشيط الرسل الثاني ، مما يؤدي إلى تأثيرات فسيولوجية مختلفة. في العديد من الثدييات ، تتبادل الخلايا الجنينية المبكرة الإشارات مع خلايا الرحم. [22] في الجهاز الهضمي البشري ، تتبادل البكتيريا الإشارات مع بعضها البعض ومع الخلايا الظهارية وخلايا الجهاز المناعي البشري. [23] للخميرة خميرة الخميرة أثناء التزاوج ، ترسل بعض الخلايا إشارة ببتيدية (فيرومونات عامل التزاوج) إلى بيئتها. قد يرتبط عامل التزاوج الببتيد بمستقبلات سطح الخلية على خلايا الخميرة الأخرى ويحثها على الاستعداد للتزاوج. [24]

تحرير مستقبلات سطح الخلية

تلعب مستقبلات سطح الخلية دورًا أساسيًا في الأنظمة البيولوجية للكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا ويرتبط خلل أو تلف هذه البروتينات بالسرطان وأمراض القلب والربو. [25] هذه المستقبلات عبر الغشاء قادرة على نقل المعلومات من خارج الخلية إلى الداخل لأنها تغير التشكل عندما يرتبط بها رابط معين. من خلال النظر إلى ثلاثة أنواع رئيسية من المستقبلات: المستقبلات المرتبطة بالقناة الأيونية ، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم).

تحرير المستقبلات المرتبطة بقناة أيون

المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات عبارة عن مجموعة من بروتينات القناة الأيونية عبر الغشاء والتي تفتح للسماح للأيونات مثل Na + و K + و Ca 2+ و / أو Cl - بالمرور عبر الغشاء استجابةً لربط مرسال كيميائي ( أي يجند) ، مثل ناقل عصبي. [26] [27] [28]

عندما يتم إثارة عصبون ما قبل المشبكي ، فإنه يطلق ناقلًا عصبيًا من الحويصلات إلى الشق المشبكي. ثم يرتبط الناقل العصبي بالمستقبلات الموجودة في العصبون ما بعد المشبكي. إذا كانت هذه المستقبلات عبارة عن قنوات أيونية ذات بوابات ترابطية ، فإن التغيير التوافقي الناتج يفتح القنوات الأيونية ، مما يؤدي إلى تدفق الأيونات عبر غشاء الخلية. وهذا بدوره يؤدي إما إلى إزالة الاستقطاب ، من أجل استجابة مستقبلية مثيرة ، أو فرط الاستقطاب ، من أجل استجابة مثبطة.

تتكون بروتينات المستقبلات هذه عادةً من مجالين مختلفين على الأقل: مجال عبر الغشاء يتضمن المسام الأيونية ، ومجال خارج الخلية يتضمن موقع ربط الترابط (موقع ربط خيفي). أتاحت هذه النمطية نهج "فرق تسد" لإيجاد بنية البروتينات (بلورة كل مجال على حدة). تتمثل وظيفة هذه المستقبلات الموجودة في المشابك في تحويل الإشارة الكيميائية للناقل العصبي الذي تم إطلاقه قبل المشبكي مباشرةً وبسرعة كبيرة إلى إشارة كهربائية ما بعد المشبكي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تعديل العديد من LICs بواسطة الروابط الخيفية ، أو بواسطة حاصرات القنوات ، أو الأيونات ، أو إمكانات الغشاء. يتم تصنيف LICs إلى ثلاث عائلات فائقة تفتقر إلى العلاقة التطورية: مستقبلات حلقة cys ، مستقبلات الغلوتامات المؤينة للتأين وقنوات ATP ذات البوابات.

تحرير المستقبلات المقترنة بالبروتين G

المستقبلات المقترنة ببروتين G هي مجموعة كبيرة من البروتينات المرتبطة بالتطور والتي هي مستقبلات سطح الخلية التي تكتشف الجزيئات خارج الخلية وتنشط الاستجابات الخلوية. عند اقترانها ببروتينات G ، تسمى مستقبلات الغشاء السبعة لأنها تمر عبر غشاء الخلية سبع مرات. [29] يمكن أن ترتبط الترابطات إما بالنهاية N خارج الخلية والحلقات (مثل مستقبلات الغلوتامات) أو بموقع الارتباط داخل الحلزونات عبر الغشاء (عائلة تشبه رودوبسين). يتم تنشيطها جميعًا بواسطة ناهضات على الرغم من أنه يمكن أيضًا ملاحظة التنشيط التلقائي التلقائي لمستقبل فارغ. [29]

توجد المستقبلات المقترنة بالبروتين G فقط في حقيقيات النوى ، بما في ذلك الخميرة ، والسوطيات المنتفخة ، [30] والحيوانات. تشتمل الروابط التي تربط وتنشط هذه المستقبلات على مركبات حساسة للضوء ، وروائح ، وفيرومونات ، وهرمونات ، وناقلات عصبية ، وتتنوع في الحجم من جزيئات صغيرة إلى ببتيدات إلى بروتينات كبيرة. تشارك مستقبلات البروتين G في العديد من الأمراض.

هناك مساران رئيسيان لتوصيل الإشارات يشتملان على مستقبلات مقترنة بالبروتين G: مسار إشارة cAMP ومسار إشارة فسفاتيديلينوسيتول. [31] عندما يرتبط الترابط بـ GPCR ، فإنه يتسبب في حدوث تغيير في التوافق في GPCR ، مما يسمح له بالعمل كعامل تبادل نيوكليوتيدات جوانين (GEF). يمكن لـ GPCR بعد ذلك تنشيط بروتين G مرتبط عن طريق تبادل الناتج المحلي الإجمالي المرتبط ببروتين G مقابل GTP. يمكن بعد ذلك أن تنفصل الوحدة الفرعية α لبروتين G ، جنبًا إلى جنب مع GTP المرتبط ، عن الوحدتين الفرعيتين و للتأثير بشكل أكبر على بروتينات الإشارات داخل الخلايا أو استهداف البروتينات الوظيفية بشكل مباشر اعتمادًا على نوع الوحدة الفرعية α (Gαs، جيαi / س، جيαq / 11، جيα12 / 13). [32] : 1160

تعد المستقبلات المقترنة بالبروتين G هدفًا دوائيًا مهمًا ويستهدف ما يقرب من 34٪ [33] من جميع الأدوية المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء (FDA) 108 فردًا من هذه العائلة. يقدر حجم المبيعات العالمية لهذه الأدوية بـ 180 مليار دولار أمريكي اعتبارًا من 2018 [تحديث]. [33] تشير التقديرات إلى أن GPCRs هي أهداف لحوالي 50٪ من الأدوية المطروحة حاليًا في السوق ، ويرجع ذلك أساسًا إلى مشاركتها في مسارات الإشارات المتعلقة بالعديد من الأمراض مثل الاضطرابات النفسية والاستقلابية بما في ذلك اضطرابات الغدد الصماء والمناعة بما في ذلك الالتهابات الفيروسية والقلب والأوعية الدموية والالتهابات ، اضطرابات الحواس والسرطان. تم اكتشاف الارتباط منذ فترة طويلة بين GPCRs والعديد من المواد الداخلية والخارجية ، مما أدى على سبيل المثال التسكين ، هو مجال آخر يتطور بشكل ديناميكي للبحوث الصيدلانية. [29]

تحرير المستقبلات المرتبطة بالإنزيم

المستقبلات المرتبطة بالإنزيم (أو المستقبلات التحفيزية) هي مستقبلات عبر الغشاء ، عند التنشيط بواسطة يجند خارج الخلية ، يسبب نشاطًا إنزيميًا على الجانب داخل الخلايا. [34] ومن ثم فإن المستقبل التحفيزي هو بروتين غشائي متكامل يمتلك وظائف إنزيمية وحفازة ومستقبلية. [35]

لديهم مجالان مهمان ، مجال ربط يجند خارج الخلية ومجال داخل الخلايا ، والذي له وظيفة تحفيزية ولولب عبر غشاء واحد. يرتبط جزيء الإشارة بالمستقبل الموجود على السطح الخارجي للخلية ويسبب تغييرًا توافقيًا في الوظيفة التحفيزية الموجودة على المستقبل داخل الخلية. تتضمن أمثلة النشاط الأنزيمي ما يلي:

تحرير المستقبلات داخل الخلايا

تحرير مستقبل هرمون الستيرويد

توجد مستقبلات هرمون الستيرويد في النواة والعصارة الخلوية وكذلك على غشاء البلازما للخلايا المستهدفة. وهي بشكل عام مستقبلات داخل الخلايا (عادة هيولي أو نووي) وتبدأ في نقل الإشارة لهرمونات الستيرويد التي تؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني خلال فترة زمنية تتراوح من ساعات إلى أيام. إن أفضل مستقبلات هرمون الستيرويد المدروسة هي أعضاء في فصيلة المستقبلات النووية 3 (NR3) التي تشمل مستقبلات هرمون الاستروجين (مجموعة NR3A) [37] و 3 كيتوسترويدات (مجموعة NR3C). [38] بالإضافة إلى المستقبلات النووية ، تعمل العديد من المستقبلات المقترنة بالبروتين G والقنوات الأيونية كمستقبلات على سطح الخلية لبعض هرمونات الستيرويد.

عند الارتباط بجزيء الإشارة ، يتغير بروتين المستقبل بطريقة ما ويبدأ عملية النقل ، والتي يمكن أن تحدث في خطوة واحدة أو كسلسلة من التغييرات في سلسلة من الجزيئات المختلفة (تسمى مسار تحويل الإشارة). تُعرف الجزيئات التي تتكون منها هذه المسارات باسم جزيئات الترحيل.غالبًا ما تتكون العملية متعددة الخطوات لمرحلة التنبيغ من تنشيط البروتينات عن طريق إضافة أو إزالة مجموعات الفوسفات أو حتى إطلاق جزيئات أو أيونات صغيرة أخرى يمكن أن تعمل كمرسلين. يعد تضخيم الإشارة أحد فوائد هذا التسلسل متعدد الخطوات. تشمل المزايا الأخرى فرصًا للتنظيم أكثر من الأنظمة الأبسط وضبط الاستجابة ، في كل من الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. [15]

في بعض الحالات ، يرتبط تنشيط المستقبل الناجم عن ارتباط اللجند بمستقبلات ارتباطًا مباشرًا باستجابة الخلية للرابط. على سبيل المثال ، يمكن للناقل العصبي GABA تنشيط مستقبل سطح الخلية الذي يعد جزءًا من قناة أيونية. ربط GABA بـ GABAأ يفتح المستقبل على الخلايا العصبية قناة أيون انتقائية للكلوريد والتي تعد جزءًا من المستقبل. جاباأ يسمح تنشيط المستقبل لأيونات الكلوريد سالبة الشحنة بالانتقال إلى الخلايا العصبية ، مما يثبط قدرة الخلايا العصبية على إنتاج إمكانات الفعل. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من مستقبلات سطح الخلية ، لا ترتبط تفاعلات مستقبلات اللجند ارتباطًا مباشرًا باستجابة الخلية. يجب أن يتفاعل المستقبل النشط أولاً مع البروتينات الأخرى داخل الخلية قبل إنتاج التأثير الفسيولوجي النهائي للرابط على سلوك الخلية. في كثير من الأحيان ، يتغير سلوك سلسلة من عدة بروتينات خلوية متفاعلة بعد تنشيط المستقبل. تسمى المجموعة الكاملة من التغييرات الخلوية التي يسببها تنشيط المستقبل آلية أو مسار تحويل الإشارة. [39]

يظهر مسار أكثر تعقيدًا لتوصيل الإشارات في الشكل 3. يتضمن هذا المسار تغييرات في تفاعلات البروتين والبروتين داخل الخلية ، والتي تحدثها إشارة خارجية. ترتبط العديد من عوامل النمو بالمستقبلات الموجودة على سطح الخلية وتحفز الخلايا على التقدم خلال دورة الخلية والانقسام. العديد من هذه المستقبلات عبارة عن كينازات تبدأ في الفسفرة نفسها والبروتينات الأخرى عند الارتباط بالرابط. يمكن أن تولد هذه الفسفرة موقع ارتباط لبروتين مختلف وبالتالي تحفز تفاعل البروتين والبروتين. في الشكل 3 ، يرتبط اللاجند (يسمى عامل نمو البشرة ، أو EGF) بالمستقبل (يسمى EGFR). هذا ينشط مستقبلات الفسفرة نفسها. يرتبط المستقبل المُفسفر ببروتين محول (GRB2) ، والذي يقرن الإشارة إلى مزيد من عمليات إرسال الإشارات في اتجاه مجرى النهر. على سبيل المثال ، يُطلق على أحد مسارات تحويل الإشارة التي يتم تنشيطها اسم مسار البروتين كيناز المنشط بالميتوجين (MAPK). عنصر تحويل الإشارة المسمى "MAPK" في المسار كان يسمى في الأصل "ERK" ، لذلك يُطلق على المسار اسم مسار MAPK / ERK. بروتين MAPK هو إنزيم ، وهو بروتين كيناز يمكنه ربط الفوسفات بالبروتينات المستهدفة مثل عامل النسخ MYC ، وبالتالي تغيير نسخ الجينات ، وفي النهاية تطور دورة الخلية. يتم تنشيط العديد من البروتينات الخلوية في اتجاه مجرى مستقبلات عامل النمو (مثل EGFR) التي تبدأ مسار تحويل الإشارة هذا. [ بحاجة لمصدر ]

تستجيب بعض مسارات تحويل الإشارات بشكل مختلف ، اعتمادًا على كمية الإشارات التي تتلقاها الخلية. على سبيل المثال ، ينشط بروتين القنفذ جينات مختلفة ، اعتمادًا على كمية بروتين القنفذ الموجود. [ بحاجة لمصدر ]

توفر مسارات تحويل الإشارات المعقدة متعددة المكونات فرصًا للتغذية المرتدة وتضخيم الإشارة والتفاعلات داخل خلية واحدة بين الإشارات المتعددة ومسارات الإشارات. [ بحاجة لمصدر ]

الاستجابة الخلوية المحددة هي نتيجة الإشارة المنقولة في المرحلة الأخيرة من إشارات الخلية. يمكن أن تكون هذه الاستجابة أساسًا أي نشاط خلوي موجود في الجسم. يمكن أن تحفز إعادة ترتيب الهيكل الخلوي ، أو حتى تحفيزًا بواسطة إنزيم. تضمن جميع هذه الخطوات الثلاث للإشارات الخلوية أن الخلايا الصحيحة تتصرف كما قيل وفي الوقت المناسب وبالتزامن مع الخلايا الأخرى ووظائفها الخاصة داخل الكائن الحي. في النهاية ، تؤدي نهاية مسار الإشارة إلى تنظيم النشاط الخلوي. يمكن أن تحدث هذه الاستجابة في النواة أو في سيتوبلازم الخلية. تتحكم غالبية مسارات الإشارات في تخليق البروتين عن طريق تشغيل وإيقاف جينات معينة في النواة. [40]

في الكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا ، يمكن استخدام الإشارات "لتنشيط" الأقران من حالة نائمة ، وتعزيز الضراوة ، والدفاع ضد العاثيات ، وما إلى ذلك. [41] في استشعار النصاب ، والذي يوجد أيضًا في الحشرات الاجتماعية ، تعدد الإشارات الفردية لديه القدرة على إنشاء حلقة ردود فعل إيجابية ، وتوليد استجابة منسقة. في هذا السياق ، تسمى جزيئات الإشارة المحرضات التلقائية. [42] [43] [44] قد تكون آلية الإشارة هذه متورطة في التطور من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا. [42] [45] تستخدم البكتيريا أيضًا الإشارات المعتمدة على الاتصال ، خاصة للحد من نموها. [46]

غالبًا ما تسمى جزيئات الإشارة التي تستخدمها الكائنات متعددة الخلايا بالفيرومونات. يمكن أن يكون لديهم أغراض مثل التنبيه ضد الخطر ، أو الإشارة إلى الإمدادات الغذائية ، أو المساعدة في التكاثر. [47]

الاستجابات الخلوية قصيرة المدى

نظرة عامة موجزة عن بعض مسارات الإشارات (بناءً على عائلات المستقبلات) التي تؤدي إلى استجابات خلوية قصيرة المفعول
عائلة المستقبلات مثال على الترابطات / المنشطات (القوس: مستقبل لها) مثال على المستجيبات مزيد من الآثار المصب
قنوات Ligand ذات البوابات الأيونية أستيل كولين
(مثل مستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين) ،
التغييرات في نفاذية الغشاء تغيير في إمكانات الغشاء
سبعة مستقبلات الحلزون ضوء (رودوبسين) ،
الدوبامين (مستقبلات الدوبامين) ،
GABA (مستقبلات GABA) ،
البروستاجلاندين (مستقبلات البروستاجلاندين) إلخ.
Trimeric G بروتين Adenylate Cyclase ،
فوسفوديستراز cGMP ،
قناة أيون G- بروتين مسورة ، إلخ.
مكونان المنشطات المتنوعة هيستيدين كيناز منظم الاستجابة - حركة السوط ، التعبير الجيني
غشاء Guanylyl Cyclase الببتيد الأذيني المدر للصوديوم ،
ببتيد بيض قنفذ البحر إلخ.
cGMP تنظيم Kinases والقنوات - إجراءات متنوعة
السيتوبلازمي Guanylyl cyclase أكسيد النيتريك (مستقبل أكسيد النيتريك) cGMP تنظيم القنوات ذات البوابات ، كينازات cGMP
إنتغرينز الفبرونيكتين ، بروتينات المصفوفة خارج الخلية الأخرى كيناز التيروزين غير المستقبل استجابة متنوعة

تنظيم نشاط الجين تحرير

نظرة عامة موجزة عن بعض مسارات الإشارات (بناءً على عائلات المستقبلات) التي تتحكم في نشاط الجين
مجعد (نوع خاص من مستقبلات 7Helix) Wnt أشعث ، أكسين - APC ، GSK3-beta - بيتا كاتينين التعبير الجيني
مكونان المنشطات المتنوعة هيستيدين كيناز منظم الاستجابة - حركة السوط ، التعبير الجيني
مستقبلات التيروزين كيناز الأنسولين (مستقبلات الأنسولين) ،
EGF (مستقبلات EGF) ،
FGF-Alpha ، FGF-Beta ، إلخ (مستقبلات FGF)
Ras ، MAP-kinases ، PLC ، PI3-Kinase تغيير التعبير الجيني
مستقبلات السيتوكين إرثروبويتين ،
هرمون النمو (مستقبلات هرمون النمو)،
IFN-Gamma (مستقبلات IFN-Gamma) إلخ
كيناز جاك عامل النسخ STAT - التعبير الجيني
مستقبلات التيروزين كيناز المرتبطة مجمع MHC- الببتيد - TCR ، المستضدات - BCR التيروزين كيناز السيتوبلازمي التعبير الجيني
مستقبلات سيرين / ثريونين كيناز أكتيفين (مستقبلات أكتيفين) ،
ينهيبين ،
بروتين العظام المورفوجيني (BMP Receptor) ،
TGF- بيتا
عوامل النسخ Smad السيطرة على التعبير الجيني
مستقبلات Sphingomyelinase المرتبطة IL-1 (مستقبل IL-1) ،
TNF (مستقبلات TNF)
تنشيط سيراميد كينازات التعبير الجيني
مستقبلات الستيرويد السيتوبلازمية هرمونات الستيرويد
هرمونات الغدة الدرقية،
حمض الريتينويك إلخ
العمل / التفاعل مع عوامل النسخ التعبير الجيني

مسار تأشير الشق تحرير

Notch هو بروتين سطح الخلية يعمل كمستقبل. تمتلك الحيوانات مجموعة صغيرة من الجينات التي ترمز إلى البروتينات التي تتفاعل بشكل خاص مع مستقبلات Notch وتحفز الاستجابة في الخلايا التي تعبر عن Notch على سطحها. يمكن تصنيف الجزيئات التي تنشط (أو ، في بعض الحالات ، تثبط) المستقبلات على أنها هرمونات ، وناقلات عصبية ، وسيتوكينات ، وعوامل نمو ، تسمى بشكل عام روابط مستقبلات. من المعروف أن تفاعلات مستقبلات Ligand مثل تفاعل مستقبلات Notch هي التفاعلات الرئيسية المسؤولة عن آليات إشارات الخلية والتواصل. [52] يعمل الشق كمستقبل للروابط التي يتم التعبير عنها في الخلايا المجاورة. في حين أن بعض المستقبلات عبارة عن بروتينات على سطح الخلية ، يوجد البعض الآخر داخل الخلايا. على سبيل المثال ، الإستروجين عبارة عن جزيء كاره للماء يمكن أن يمر عبر طبقة ثنائية الدهون في الأغشية. كجزء من نظام الغدد الصماء ، يمكن تنشيط مستقبلات الاستروجين داخل الخلايا من مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا عن طريق هرمون الاستروجين المنتج في المبايض.

في حالة الإشارة بوساطة Notch ، يمكن أن تكون آلية تحويل الإشارة بسيطة نسبيًا. كما هو مبين في الشكل 2 ، يمكن أن يتسبب تنشيط Notch في تغيير بروتين Notch بواسطة البروتياز. يتم إطلاق جزء من بروتين Notch من غشاء سطح الخلية ويشارك في تنظيم الجينات. تتضمن أبحاث الإشارات الخلوية دراسة الديناميكيات المكانية والزمانية لكل من المستقبلات ومكونات مسارات الإشارات التي يتم تنشيطها بواسطة المستقبلات في أنواع الخلايا المختلفة. [53] [54] تعد الطرق الناشئة لتحليل قياس الطيف الكتلي لخلية واحدة بتمكين دراسة تحويل الإشارة بدقة خلية واحدة. [55]

في إشارات القطع ، يسمح الاتصال المباشر بين الخلايا بالتحكم الدقيق في تمايز الخلايا أثناء التطور الجنيني. في الدودة أنواع معينة انيقة، تتمتع كل من خليتين من الغدد التناسلية النامية بفرصة متساوية في التمايز النهائي أو أن تصبح خلية سليفة رحمية تستمر في الانقسام. يتم التحكم في اختيار الخلية التي تستمر في الانقسام عن طريق منافسة إشارات سطح الخلية. ستنتج خلية واحدة المزيد من بروتين سطح الخلية الذي ينشط مستقبلات Notch على الخلية المجاورة. يؤدي هذا إلى تنشيط حلقة أو نظام التغذية المرتدة الذي يقلل من تعبير Notch في الخلية التي ستتميز ويزيد الشق على سطح الخلية التي تستمر كخلية جذعية. [56]


التشوير بين العضيات - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة والتي يعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


محتويات

في العديد من الكائنات الحية الصغيرة مثل البكتيريا ، يمكّن استشعار النصاب الأفراد من بدء نشاط فقط عندما يكون عدد السكان كبيرًا بدرجة كافية. لوحظ هذا التأشير بين الخلايا لأول مرة في البكتيريا البحرية Aliivibrio fischeri، والتي تنتج الضوء عندما يكون عدد السكان كثيفًا بدرجة كافية. [10] تتضمن الآلية إنتاج واكتشاف جزيء الإشارة وتنظيم نسخ الجينات استجابة لذلك. يعمل استشعار النصاب في كل من البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام ، وداخل الأنواع وفيما بينها. [11]

في قوالب الوحل ، تتجمع الخلايا الفردية المعروفة باسم الأميبات معًا لتشكل أجسامًا ثمرية ، وفي النهاية جراثيم ، تحت تأثير إشارة كيميائية ، كانت تسمى في الأصل أكراسين. يتحرك الأفراد بواسطة الانجذاب الكيميائي ، أي أنهم ينجذبون بواسطة التدرج الكيميائي. بعض الأنواع تستخدم AMP الدوري كإشارة أخرى مثل Polysphondylium violaceum استخدام جزيئات أخرى ، في حالتها N-propionyl-gamma-L-glutamyl-L-ornithine-delta-lactam ethyl ester ، الملقب بـ glorin. [12]

في النباتات والحيوانات ، تحدث الإشارات بين الخلايا إما من خلال إطلاقها في الفضاء خارج الخلية ، مقسمًا إلى إشارات paracrine (عبر مسافات قصيرة) وإشارات الغدد الصماء (عبر مسافات طويلة) ، أو عن طريق الاتصال المباشر ، المعروف باسم إشارات juxtacrine (على سبيل المثال ، إشارة الشق) . [13] إشارات الأوتوكرين هي حالة خاصة من إشارات paracrine حيث يكون للخلية المفرزة القدرة على الاستجابة لجزيء الإشارة المفرز. [14] الإشارات المتشابكة هي حالة خاصة من إشارات paracrine (للمشابك الكيميائية) أو إشارات juxtacrine (للمشابك الكهربائية) بين الخلايا العصبية والخلايا المستهدفة.

التوليف والإفراج عن التحرير

العديد من إشارات الخلايا تحملها جزيئات تطلقها خلية وتتحرك لتتصل بخلية أخرى. يمكن أن تنتمي جزيئات الإشارة إلى عدة فئات كيميائية: الدهون ، أو الدهون الفوسفورية ، أو الأحماض الأمينية ، أو أحادية الأمين ، أو البروتينات ، أو البروتينات السكرية ، أو الغازات. تكون المستقبلات السطحية الملزمة لجزيئات الإشارة كبيرة بشكل عام ومحبة للماء (على سبيل المثال TRH و Vasopressin و Acetylcholine) ، في حين أن تلك التي تدخل الخلية تكون بشكل عام صغيرة ومضادة للماء (مثل الجلوكوكورتيكويدات وهرمونات الغدة الدرقية وكولي كالسيفيرول وحمض الريتينويك) ، ولكن الاستثناءات المهمة لكليهما عديدة ، ويمكن للجزيء نفسه أن يعمل عبر مستقبلات سطحية أو بطريقة داخلية لتأثيرات مختلفة. [14] في الخلايا الحيوانية ، تفرز الخلايا المتخصصة هذه الهرمونات وترسلها عبر الدورة الدموية إلى أجزاء أخرى من الجسم. ثم يصلون إلى الخلايا المستهدفة ، والتي يمكنها التعرف على الهرمونات والاستجابة لها وإحداث نتيجة. يُعرف هذا أيضًا باسم إشارات الغدد الصماء. منظمات نمو النبات ، أو الهرمونات النباتية ، تتحرك عبر الخلايا أو بالانتشار في الهواء كغاز للوصول إلى أهدافها. [15] يتم إنتاج كبريتيد الهيدروجين بكميات صغيرة بواسطة بعض خلايا جسم الإنسان وله عدد من وظائف الإشارات البيولوجية. من المعروف حاليًا أن غازين آخرين من هذا القبيل يعملان كجزيئات إشارات في جسم الإنسان: أكسيد النيتريك وأول أكسيد الكربون. [16]

تحرير خروج الخلايا

خروج الخلايا هو العملية التي تنقل بها الخلية جزيئات مثل الناقلات العصبية والبروتينات إلى خارج الخلية. كآلية نقل نشطة ، يتطلب الإفراز الخلوي استخدام الطاقة لنقل المواد. تُستخدم عملية خروج الخلايا ونظيرتها ، الالتقام الخلوي ، من قبل جميع الخلايا لأن معظم المواد الكيميائية المهمة بالنسبة لها عبارة عن جزيئات قطبية كبيرة لا يمكنها المرور عبر الجزء الكاره للماء من غشاء الخلية بوسائل سلبية. خروج الخلايا هو العملية التي يتم من خلالها إطلاق كمية كبيرة من الجزيئات وبالتالي فهي شكل من أشكال النقل بالجملة. يحدث خروج الخلايا عبر بوابات إفرازية في غشاء بلازما الخلية المسمى بوروسومات. البوروسومات هي بنية بروتينية دهنية على شكل كوب في غشاء بلازما الخلية ، حيث تلتحم الحويصلات الإفرازية بشكل عابر وتندمج لتحرير محتويات داخل الحويصلة من الخلية.

في عملية الإفراز الخلوي ، يتم نقل الحويصلات الإفرازية المرتبطة بالغشاء إلى غشاء الخلية ، حيث ترسو وتندمج في البوروسومات ويتم إفراز محتوياتها (أي الجزيئات القابلة للذوبان في الماء) في البيئة خارج الخلية. هذا الإفراز ممكن لأن الحويصلة تندمج بشكل عابر مع غشاء البلازما. في سياق النقل العصبي ، يتم إطلاق النواقل العصبية عادةً من الحويصلات المشبكية إلى الشق المشبكي عن طريق الإفراز الخلوي ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا إطلاق الناقلات العصبية عبر النقل العكسي من خلال بروتينات النقل الغشائي.

تحرير النماذج

تحرير الأوتوكرين

تتضمن إشارات الأوتوكرين خلية تفرز هرمونًا أو مرسالًا كيميائيًا (يسمى العامل الأوتوكيني) الذي يرتبط بمستقبلات الأوتوكرين في نفس الخلية ، مما يؤدي إلى تغييرات في الخلية نفسها. [17] يمكن أن يتناقض هذا مع إشارات paracrine أو إشارات intracrine أو إشارات الغدد الصماء التقليدية.

تحرير باراكرين

في إشارات paracrine ، تنتج الخلية إشارة لإحداث تغييرات في الخلايا المجاورة ، وتغيير سلوك تلك الخلايا. تنتشر جزيئات التأشير المعروفة باسم عوامل paracrine على مسافة قصيرة نسبيًا (عمل محلي) ، على عكس إشارات الخلية بواسطة عوامل الغدد الصماء ، والهرمونات التي تنتقل لمسافات أطول بكثير عبر تفاعلات جوكستاكرين في الجهاز الدوري وإشارات الأوتوكرين. الخلايا التي تنتج عوامل paracrine تفرزها في البيئة خارج الخلية مباشرة. تنتقل العوامل بعد ذلك إلى الخلايا القريبة التي يحدد فيها تدرج العامل المستقبَل النتيجة. ومع ذلك ، فإن المسافة الدقيقة التي يمكن أن تقطعها عوامل الباراكرين غير مؤكدة.

تستهدف إشارات الباراكرين مثل حمض الريتينويك الخلايا الموجودة في محيط الخلية المنبعثة فقط. [18] تمثل الناقلات العصبية مثالًا آخر على إشارة نظير الصنوبر.

يمكن لبعض جزيئات الإشارة أن تعمل كهرمون وناقل عصبي. على سبيل المثال ، يمكن أن يعمل الأدرينالين والنورادرينالين كهرمونات عند إطلاقهما من الغدة الكظرية وينتقلان إلى القلب عن طريق مجرى الدم. يمكن أيضًا إنتاج النوربينفرين بواسطة الخلايا العصبية ليعمل كناقل عصبي داخل الدماغ. [19] يمكن أن يفرز المبيض الأستروجين ويعمل كهرمون أو يعمل محليًا عبر نظير الباركرين أو إشارات أوتوكرين. [20]

على الرغم من أن إشارات paracrine تثير مجموعة متنوعة من الاستجابات في الخلايا المستحثة ، فإن معظم عوامل الباراكرين تستخدم مجموعة مبسطة نسبيًا من المستقبلات والمسارات. في الواقع ، من المعروف أن أعضاء مختلفة في الجسم - حتى بين الأنواع المختلفة - تستخدم مجموعات مماثلة من عوامل paracrine في التطور التفاضلي. [21] يمكن تنظيم المستقبلات والمسارات المحفوظة بشكل كبير في أربع عائلات رئيسية بناءً على هياكل متشابهة: عائلة عامل نمو الأرومة الليفية (FGF) وعائلة القنفذ وعائلة Wnt وعائلة TGF-الفائقة. يؤدي ارتباط عامل الباراكرين بمستقبلاته الخاصة إلى بدء سلاسل نقل الإشارة ، مما يؤدي إلى استجابات مختلفة.

تحرير الغدد الصماء

الغدد الصماء تسمى الإشارات الهرمونات. يتم إنتاج الهرمونات بواسطة خلايا الغدد الصماء وتنتقل عبر الدم لتصل إلى جميع أجزاء الجسم. يمكن التحكم في خصوصية الإشارات إذا كانت بعض الخلايا فقط قادرة على الاستجابة لهرمون معين. تتضمن إشارات الغدد الصماء إطلاق الهرمونات عن طريق الغدد الداخلية للكائن الحي مباشرة في الدورة الدموية ، مما ينظم الأعضاء المستهدفة البعيدة. في الفقاريات ، الوطاء هو مركز التحكم العصبي لجميع أنظمة الغدد الصماء. في البشر ، الغدد الصماء الرئيسية هي الغدة الدرقية والغدد الكظرية. تُعرف دراسة جهاز الغدد الصماء واضطراباته باسم طب الغدد الصماء.

تحرير Juxtacrine

تأشير الجوكستاكرين هو نوع من إشارات المصفوفة الخلوية أو الخلوية خارج الخلية في الكائنات متعددة الخلايا التي تتطلب اتصالًا وثيقًا. هناك ثلاثة أنواع:

  1. يتفاعل غشاء يجند (بروتين ، قليل السكاريد ، دهون) وبروتين غشائي لخليتين متجاورتين.
  2. يربط تقاطع متصل الأجزاء داخل الخلايا لخليتين متجاورتين ، مما يسمح بعبور جزيئات صغيرة نسبيًا.
  3. يتفاعل بروتين سكري مصفوف خارج الخلية وبروتين غشائي.

بالإضافة إلى ذلك ، في الكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا ، تعني إشارات الجوكستاكرين التفاعلات عن طريق ملامسة الغشاء. وقد لوحظت إشارات الجوكستاكرين لبعض عوامل النمو ، والإشارات الخلوية السيتوكينية والكيموكينية ، وتلعب دورًا مهمًا في الاستجابة المناعية.

تتلقى الخلايا المعلومات من جيرانها من خلال فئة من البروتينات تعرف باسم المستقبلات. قد ترتبط المستقبلات ببعض الجزيئات (الروابط) أو قد تتفاعل مع عوامل فيزيائية مثل الضوء ودرجة الحرارة الميكانيكية والضغط وما إلى ذلك. يحدث الاستقبال عندما تكتشف الخلية المستهدفة (أي خلية بها بروتين مستقبل خاص بجزيء الإشارة) إشارة ، عادةً في شكل جزيء صغير قابل للذوبان في الماء ، عن طريق الارتباط ببروتين مستقبل على سطح الخلية ، أو بمجرد دخوله داخل الخلية ، يمكن لجزيء الإشارة أن يرتبط بمستقبلات داخل الخلايا ، أو عناصر أخرى ، أو يحفز نشاط الإنزيم (مثل الغازات) ، مثل في تأشير intracrine.

تتفاعل جزيئات الإشارة مع خلية مستهدفة على شكل رابط إلى مستقبلات سطح الخلية ، و / أو عن طريق الدخول إلى الخلية من خلال غشاءها أو الالتقام الخلوي للإشارة داخل الخلية. ينتج عن هذا بشكل عام تنشيط الرسل الثاني ، مما يؤدي إلى تأثيرات فسيولوجية مختلفة. في العديد من الثدييات ، تتبادل الخلايا الجنينية المبكرة الإشارات مع خلايا الرحم. [22] في الجهاز الهضمي البشري ، تتبادل البكتيريا الإشارات مع بعضها البعض ومع الخلايا الظهارية وخلايا الجهاز المناعي البشري. [23] للخميرة خميرة الخميرة أثناء التزاوج ، ترسل بعض الخلايا إشارة ببتيدية (فيرومونات عامل التزاوج) إلى بيئتها. قد يرتبط عامل التزاوج الببتيد بمستقبلات سطح الخلية على خلايا الخميرة الأخرى ويحثها على الاستعداد للتزاوج. [24]

تحرير مستقبلات سطح الخلية

تلعب مستقبلات سطح الخلية دورًا أساسيًا في الأنظمة البيولوجية للكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا ويرتبط خلل أو تلف هذه البروتينات بالسرطان وأمراض القلب والربو. [25] هذه المستقبلات عبر الغشاء قادرة على نقل المعلومات من خارج الخلية إلى الداخل لأنها تغير التشكل عندما يرتبط بها رابط معين. من خلال النظر إلى ثلاثة أنواع رئيسية من المستقبلات: المستقبلات المرتبطة بالقناة الأيونية ، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم).

تحرير المستقبلات المرتبطة بقناة أيون

المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات عبارة عن مجموعة من بروتينات القناة الأيونية عبر الغشاء والتي تفتح للسماح للأيونات مثل Na + و K + و Ca 2+ و / أو Cl - بالمرور عبر الغشاء استجابةً لربط مرسال كيميائي ( أي يجند) ، مثل ناقل عصبي. [26] [27] [28]

عندما يتم إثارة عصبون ما قبل المشبكي ، فإنه يطلق ناقلًا عصبيًا من الحويصلات إلى الشق المشبكي. ثم يرتبط الناقل العصبي بالمستقبلات الموجودة في العصبون ما بعد المشبكي. إذا كانت هذه المستقبلات عبارة عن قنوات أيونية ذات بوابات ترابطية ، فإن التغيير التوافقي الناتج يفتح القنوات الأيونية ، مما يؤدي إلى تدفق الأيونات عبر غشاء الخلية. وهذا بدوره يؤدي إما إلى إزالة الاستقطاب ، من أجل استجابة مستقبلية مثيرة ، أو فرط الاستقطاب ، من أجل استجابة مثبطة.

تتكون بروتينات المستقبلات هذه عادةً من مجالين مختلفين على الأقل: مجال عبر الغشاء يتضمن المسام الأيونية ، ومجال خارج الخلية يتضمن موقع ربط الترابط (موقع ربط خيفي). أتاحت هذه النمطية نهج "فرق تسد" لإيجاد بنية البروتينات (بلورة كل مجال على حدة). تتمثل وظيفة هذه المستقبلات الموجودة في المشابك في تحويل الإشارة الكيميائية للناقل العصبي الذي تم إطلاقه قبل المشبكي مباشرةً وبسرعة كبيرة إلى إشارة كهربائية ما بعد المشبكي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تعديل العديد من LICs بواسطة الروابط الخيفية ، أو بواسطة حاصرات القنوات ، أو الأيونات ، أو إمكانات الغشاء. يتم تصنيف LICs إلى ثلاث عائلات فائقة تفتقر إلى العلاقة التطورية: مستقبلات حلقة cys ، مستقبلات الغلوتامات المؤينة للتأين وقنوات ATP ذات البوابات.

تحرير المستقبلات المقترنة بالبروتين G

المستقبلات المقترنة ببروتين G هي مجموعة كبيرة من البروتينات المرتبطة بالتطور والتي هي مستقبلات سطح الخلية التي تكتشف الجزيئات خارج الخلية وتنشط الاستجابات الخلوية. عند اقترانها ببروتينات G ، تسمى مستقبلات الغشاء السبعة لأنها تمر عبر غشاء الخلية سبع مرات. [29] يمكن أن ترتبط الترابطات إما بالنهاية N خارج الخلية والحلقات (مثل مستقبلات الغلوتامات) أو بموقع الارتباط داخل الحلزونات عبر الغشاء (عائلة تشبه رودوبسين). يتم تنشيطها جميعًا بواسطة ناهضات على الرغم من أنه يمكن أيضًا ملاحظة التنشيط التلقائي التلقائي لمستقبل فارغ. [29]

توجد المستقبلات المقترنة بالبروتين G فقط في حقيقيات النوى ، بما في ذلك الخميرة ، والسوطيات المنتفخة ، [30] والحيوانات. تشتمل الروابط التي تربط وتنشط هذه المستقبلات على مركبات حساسة للضوء ، وروائح ، وفيرومونات ، وهرمونات ، وناقلات عصبية ، وتتنوع في الحجم من جزيئات صغيرة إلى ببتيدات إلى بروتينات كبيرة. تشارك مستقبلات البروتين G في العديد من الأمراض.

هناك مساران رئيسيان لتوصيل الإشارات يشتملان على مستقبلات مقترنة بالبروتين G: مسار إشارة cAMP ومسار إشارة فسفاتيديلينوسيتول. [31] عندما يرتبط الترابط بـ GPCR ، فإنه يتسبب في حدوث تغيير في التوافق في GPCR ، مما يسمح له بالعمل كعامل تبادل نيوكليوتيدات جوانين (GEF). يمكن لـ GPCR بعد ذلك تنشيط بروتين G مرتبط عن طريق تبادل الناتج المحلي الإجمالي المرتبط ببروتين G مقابل GTP. يمكن بعد ذلك أن تنفصل الوحدة الفرعية α لبروتين G ، جنبًا إلى جنب مع GTP المرتبط ، عن الوحدتين الفرعيتين و للتأثير بشكل أكبر على بروتينات الإشارات داخل الخلايا أو استهداف البروتينات الوظيفية بشكل مباشر اعتمادًا على نوع الوحدة الفرعية α (Gαs، جيαi / س، جيαq / 11، جيα12 / 13). [32] : 1160

تعد المستقبلات المقترنة بالبروتين G هدفًا دوائيًا مهمًا ويستهدف ما يقرب من 34٪ [33] من جميع الأدوية المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء (FDA) 108 فردًا من هذه العائلة. يقدر حجم المبيعات العالمية لهذه الأدوية بـ 180 مليار دولار أمريكي اعتبارًا من 2018 [تحديث]. [33] تشير التقديرات إلى أن GPCRs هي أهداف لحوالي 50٪ من الأدوية المطروحة حاليًا في السوق ، ويرجع ذلك أساسًا إلى مشاركتها في مسارات الإشارات المتعلقة بالعديد من الأمراض مثل الاضطرابات النفسية والاستقلابية بما في ذلك اضطرابات الغدد الصماء والمناعة بما في ذلك الالتهابات الفيروسية والقلب والأوعية الدموية والالتهابات ، اضطرابات الحواس والسرطان. تم اكتشاف الارتباط منذ فترة طويلة بين GPCRs والعديد من المواد الداخلية والخارجية ، مما أدى على سبيل المثال التسكين ، هو مجال آخر يتطور بشكل ديناميكي للبحوث الصيدلانية. [29]

تحرير المستقبلات المرتبطة بالإنزيم

المستقبلات المرتبطة بالإنزيم (أو المستقبلات التحفيزية) هي مستقبلات عبر الغشاء ، عند التنشيط بواسطة يجند خارج الخلية ، يسبب نشاطًا إنزيميًا على الجانب داخل الخلايا. [34] ومن ثم فإن المستقبل التحفيزي هو بروتين غشائي متكامل يمتلك وظائف إنزيمية وحفازة ومستقبلية. [35]

لديهم مجالان مهمان ، مجال ربط يجند خارج الخلية ومجال داخل الخلايا ، والذي له وظيفة تحفيزية ولولب عبر غشاء واحد. يرتبط جزيء الإشارة بالمستقبل الموجود على السطح الخارجي للخلية ويسبب تغييرًا توافقيًا في الوظيفة التحفيزية الموجودة على المستقبل داخل الخلية. تتضمن أمثلة النشاط الأنزيمي ما يلي:

تحرير المستقبلات داخل الخلايا

تحرير مستقبل هرمون الستيرويد

توجد مستقبلات هرمون الستيرويد في النواة والعصارة الخلوية وكذلك على غشاء البلازما للخلايا المستهدفة. وهي بشكل عام مستقبلات داخل الخلايا (عادة هيولي أو نووي) وتبدأ في نقل الإشارة لهرمونات الستيرويد التي تؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني خلال فترة زمنية تتراوح من ساعات إلى أيام. إن أفضل مستقبلات هرمون الستيرويد المدروسة هي أعضاء في فصيلة المستقبلات النووية 3 (NR3) التي تشمل مستقبلات هرمون الاستروجين (مجموعة NR3A) [37] و 3 كيتوسترويدات (مجموعة NR3C). [38] بالإضافة إلى المستقبلات النووية ، تعمل العديد من المستقبلات المقترنة بالبروتين G والقنوات الأيونية كمستقبلات على سطح الخلية لبعض هرمونات الستيرويد.

عند الارتباط بجزيء الإشارة ، يتغير بروتين المستقبل بطريقة ما ويبدأ عملية النقل ، والتي يمكن أن تحدث في خطوة واحدة أو كسلسلة من التغييرات في سلسلة من الجزيئات المختلفة (تسمى مسار تحويل الإشارة). تُعرف الجزيئات التي تتكون منها هذه المسارات باسم جزيئات الترحيل. غالبًا ما تتكون العملية متعددة الخطوات لمرحلة التنبيغ من تنشيط البروتينات عن طريق إضافة أو إزالة مجموعات الفوسفات أو حتى إطلاق جزيئات أو أيونات صغيرة أخرى يمكن أن تعمل كمرسلين. يعد تضخيم الإشارة أحد فوائد هذا التسلسل متعدد الخطوات. تشمل المزايا الأخرى فرصًا للتنظيم أكثر من الأنظمة الأبسط وضبط الاستجابة ، في كل من الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. [15]

في بعض الحالات ، يرتبط تنشيط المستقبل الناجم عن ارتباط اللجند بمستقبلات ارتباطًا مباشرًا باستجابة الخلية للرابط. على سبيل المثال ، يمكن للناقل العصبي GABA تنشيط مستقبل سطح الخلية الذي يعد جزءًا من قناة أيونية. ربط GABA بـ GABAأ يفتح المستقبل على الخلايا العصبية قناة أيون انتقائية للكلوريد والتي تعد جزءًا من المستقبل. جاباأ يسمح تنشيط المستقبل لأيونات الكلوريد سالبة الشحنة بالانتقال إلى الخلايا العصبية ، مما يثبط قدرة الخلايا العصبية على إنتاج إمكانات الفعل. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من مستقبلات سطح الخلية ، لا ترتبط تفاعلات مستقبلات اللجند ارتباطًا مباشرًا باستجابة الخلية. يجب أن يتفاعل المستقبل النشط أولاً مع البروتينات الأخرى داخل الخلية قبل إنتاج التأثير الفسيولوجي النهائي للرابط على سلوك الخلية. في كثير من الأحيان ، يتغير سلوك سلسلة من عدة بروتينات خلوية متفاعلة بعد تنشيط المستقبل. تسمى المجموعة الكاملة من التغييرات الخلوية التي يسببها تنشيط المستقبل آلية أو مسار تحويل الإشارة. [39]

يظهر مسار أكثر تعقيدًا لتوصيل الإشارات في الشكل 3. يتضمن هذا المسار تغييرات في تفاعلات البروتين والبروتين داخل الخلية ، والتي تحدثها إشارة خارجية. ترتبط العديد من عوامل النمو بالمستقبلات الموجودة على سطح الخلية وتحفز الخلايا على التقدم خلال دورة الخلية والانقسام. العديد من هذه المستقبلات عبارة عن كينازات تبدأ في الفسفرة نفسها والبروتينات الأخرى عند الارتباط بالرابط. يمكن أن تولد هذه الفسفرة موقع ارتباط لبروتين مختلف وبالتالي تحفز تفاعل البروتين والبروتين. في الشكل 3 ، يرتبط اللاجند (يسمى عامل نمو البشرة ، أو EGF) بالمستقبل (يسمى EGFR). هذا ينشط مستقبلات الفسفرة نفسها. يرتبط المستقبل المُفسفر ببروتين محول (GRB2) ، والذي يقرن الإشارة إلى مزيد من عمليات إرسال الإشارات في اتجاه مجرى النهر. على سبيل المثال ، يُطلق على أحد مسارات تحويل الإشارة التي يتم تنشيطها اسم مسار البروتين كيناز المنشط بالميتوجين (MAPK). عنصر تحويل الإشارة المسمى "MAPK" في المسار كان يسمى في الأصل "ERK" ، لذلك يُطلق على المسار اسم مسار MAPK / ERK. بروتين MAPK هو إنزيم ، وهو بروتين كيناز يمكنه ربط الفوسفات بالبروتينات المستهدفة مثل عامل النسخ MYC ، وبالتالي تغيير نسخ الجينات ، وفي النهاية تطور دورة الخلية. يتم تنشيط العديد من البروتينات الخلوية في اتجاه مجرى مستقبلات عامل النمو (مثل EGFR) التي تبدأ مسار تحويل الإشارة هذا. [ بحاجة لمصدر ]

تستجيب بعض مسارات تحويل الإشارات بشكل مختلف ، اعتمادًا على كمية الإشارات التي تتلقاها الخلية. على سبيل المثال ، ينشط بروتين القنفذ جينات مختلفة ، اعتمادًا على كمية بروتين القنفذ الموجود. [ بحاجة لمصدر ]

توفر مسارات تحويل الإشارات المعقدة متعددة المكونات فرصًا للتغذية المرتدة وتضخيم الإشارة والتفاعلات داخل خلية واحدة بين الإشارات المتعددة ومسارات الإشارات. [ بحاجة لمصدر ]

الاستجابة الخلوية المحددة هي نتيجة الإشارة المنقولة في المرحلة الأخيرة من إشارات الخلية. يمكن أن تكون هذه الاستجابة أساسًا أي نشاط خلوي موجود في الجسم. يمكن أن تحفز إعادة ترتيب الهيكل الخلوي ، أو حتى تحفيزًا بواسطة إنزيم. تضمن جميع هذه الخطوات الثلاث للإشارات الخلوية أن الخلايا الصحيحة تتصرف كما قيل وفي الوقت المناسب وبالتزامن مع الخلايا الأخرى ووظائفها الخاصة داخل الكائن الحي. في النهاية ، تؤدي نهاية مسار الإشارة إلى تنظيم النشاط الخلوي. يمكن أن تحدث هذه الاستجابة في النواة أو في سيتوبلازم الخلية. تتحكم غالبية مسارات الإشارات في تخليق البروتين عن طريق تشغيل وإيقاف جينات معينة في النواة. [40]

في الكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا ، يمكن استخدام الإشارات "لتنشيط" الأقران من حالة نائمة ، وتعزيز الضراوة ، والدفاع ضد العاثيات ، وما إلى ذلك. [41] في استشعار النصاب ، والذي يوجد أيضًا في الحشرات الاجتماعية ، تعدد الإشارات الفردية لديه القدرة على إنشاء حلقة ردود فعل إيجابية ، وتوليد استجابة منسقة. في هذا السياق ، تسمى جزيئات الإشارة المحرضات التلقائية. [42] [43] [44] قد تكون آلية الإشارة هذه متورطة في التطور من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا. [42] [45] تستخدم البكتيريا أيضًا الإشارات المعتمدة على الاتصال ، خاصة للحد من نموها. [46]

غالبًا ما تسمى جزيئات الإشارة التي تستخدمها الكائنات متعددة الخلايا بالفيرومونات. يمكن أن يكون لديهم أغراض مثل التنبيه ضد الخطر ، أو الإشارة إلى الإمدادات الغذائية ، أو المساعدة في التكاثر. [47]

الاستجابات الخلوية قصيرة المدى

نظرة عامة موجزة عن بعض مسارات الإشارات (بناءً على عائلات المستقبلات) التي تؤدي إلى استجابات خلوية قصيرة المفعول
عائلة المستقبلات مثال على الترابطات / المنشطات (القوس: مستقبل لها) مثال على المستجيبات مزيد من الآثار المصب
قنوات Ligand ذات البوابات الأيونية أستيل كولين
(مثل مستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين) ،
التغييرات في نفاذية الغشاء تغيير في إمكانات الغشاء
سبعة مستقبلات الحلزون ضوء (رودوبسين) ،
الدوبامين (مستقبلات الدوبامين) ،
GABA (مستقبلات GABA) ،
البروستاجلاندين (مستقبلات البروستاجلاندين) إلخ.
Trimeric G بروتين Adenylate Cyclase ،
فوسفوديستراز cGMP ،
قناة أيون G- بروتين مسورة ، إلخ.
مكونان المنشطات المتنوعة هيستيدين كيناز منظم الاستجابة - حركة السوط ، التعبير الجيني
غشاء Guanylyl Cyclase الببتيد الأذيني المدر للصوديوم ،
ببتيد بيض قنفذ البحر إلخ.
cGMP تنظيم Kinases والقنوات - إجراءات متنوعة
السيتوبلازمي Guanylyl cyclase أكسيد النيتريك (مستقبل أكسيد النيتريك) cGMP تنظيم القنوات ذات البوابات ، كينازات cGMP
إنتغرينز الفبرونيكتين ، بروتينات المصفوفة خارج الخلية الأخرى كيناز التيروزين غير المستقبل استجابة متنوعة

تنظيم نشاط الجين تحرير

نظرة عامة موجزة عن بعض مسارات الإشارات (بناءً على عائلات المستقبلات) التي تتحكم في نشاط الجين
مجعد (نوع خاص من مستقبلات 7Helix) Wnt أشعث ، أكسين - APC ، GSK3-beta - بيتا كاتينين التعبير الجيني
مكونان المنشطات المتنوعة هيستيدين كيناز منظم الاستجابة - حركة السوط ، التعبير الجيني
مستقبلات التيروزين كيناز الأنسولين (مستقبلات الأنسولين) ،
EGF (مستقبلات EGF) ،
FGF-Alpha ، FGF-Beta ، إلخ (مستقبلات FGF)
Ras ، MAP-kinases ، PLC ، PI3-Kinase تغيير التعبير الجيني
مستقبلات السيتوكين إرثروبويتين ،
هرمون النمو (مستقبلات هرمون النمو)،
IFN-Gamma (مستقبلات IFN-Gamma) إلخ
كيناز جاك عامل النسخ STAT - التعبير الجيني
مستقبلات التيروزين كيناز المرتبطة مجمع MHC- الببتيد - TCR ، المستضدات - BCR التيروزين كيناز السيتوبلازمي التعبير الجيني
مستقبلات سيرين / ثريونين كيناز أكتيفين (مستقبلات أكتيفين) ،
ينهيبين ،
بروتين العظام المورفوجيني (BMP Receptor) ،
TGF- بيتا
عوامل النسخ Smad السيطرة على التعبير الجيني
مستقبلات Sphingomyelinase المرتبطة IL-1 (مستقبل IL-1) ،
TNF (مستقبلات TNF)
تنشيط سيراميد كينازات التعبير الجيني
مستقبلات الستيرويد السيتوبلازمية هرمونات الستيرويد
هرمونات الغدة الدرقية،
حمض الريتينويك إلخ
العمل / التفاعل مع عوامل النسخ التعبير الجيني

مسار تأشير الشق تحرير

Notch هو بروتين سطح الخلية يعمل كمستقبل. تمتلك الحيوانات مجموعة صغيرة من الجينات التي ترمز إلى البروتينات التي تتفاعل بشكل خاص مع مستقبلات Notch وتحفز الاستجابة في الخلايا التي تعبر عن Notch على سطحها. يمكن تصنيف الجزيئات التي تنشط (أو ، في بعض الحالات ، تثبط) المستقبلات على أنها هرمونات ، وناقلات عصبية ، وسيتوكينات ، وعوامل نمو ، تسمى بشكل عام روابط مستقبلات. من المعروف أن تفاعلات مستقبلات Ligand مثل تفاعل مستقبلات Notch هي التفاعلات الرئيسية المسؤولة عن آليات إشارات الخلية والتواصل. [52] يعمل الشق كمستقبل للروابط التي يتم التعبير عنها في الخلايا المجاورة. في حين أن بعض المستقبلات عبارة عن بروتينات على سطح الخلية ، يوجد البعض الآخر داخل الخلايا. على سبيل المثال ، الإستروجين عبارة عن جزيء كاره للماء يمكن أن يمر عبر طبقة ثنائية الدهون في الأغشية. كجزء من نظام الغدد الصماء ، يمكن تنشيط مستقبلات الاستروجين داخل الخلايا من مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا عن طريق هرمون الاستروجين المنتج في المبايض.

في حالة الإشارة بوساطة Notch ، يمكن أن تكون آلية تحويل الإشارة بسيطة نسبيًا. كما هو مبين في الشكل 2 ، يمكن أن يتسبب تنشيط Notch في تغيير بروتين Notch بواسطة البروتياز. يتم إطلاق جزء من بروتين Notch من غشاء سطح الخلية ويشارك في تنظيم الجينات. تتضمن أبحاث الإشارات الخلوية دراسة الديناميكيات المكانية والزمانية لكل من المستقبلات ومكونات مسارات الإشارات التي يتم تنشيطها بواسطة المستقبلات في أنواع الخلايا المختلفة. [53] [54] تعد الطرق الناشئة لتحليل قياس الطيف الكتلي لخلية واحدة بتمكين دراسة تحويل الإشارة بدقة خلية واحدة. [55]

في إشارات القطع ، يسمح الاتصال المباشر بين الخلايا بالتحكم الدقيق في تمايز الخلايا أثناء التطور الجنيني. في الدودة أنواع معينة انيقة، تتمتع كل من خليتين من الغدد التناسلية النامية بفرصة متساوية في التمايز النهائي أو أن تصبح خلية سليفة رحمية تستمر في الانقسام. يتم التحكم في اختيار الخلية التي تستمر في الانقسام عن طريق منافسة إشارات سطح الخلية. ستنتج خلية واحدة المزيد من بروتين سطح الخلية الذي ينشط مستقبلات Notch على الخلية المجاورة. يؤدي هذا إلى تنشيط حلقة أو نظام التغذية المرتدة الذي يقلل من تعبير Notch في الخلية التي ستتميز ويزيد الشق على سطح الخلية التي تستمر كخلية جذعية. [56]


إشارات البلاستيدات الخضراء داخل الخلايا وخارجها

إن الوظيفة الأكثر وضوحا للبلاستيدات هي التمثيل الضوئي الأكسجين للبلاستيدات الخضراء ، ومع ذلك فإن البلاستيدات هي مصانع فائقة تنتج عددًا كبيرًا من المركبات التي لا غنى عنها لفيزيولوجيا النبات وتطوره بشكل صحيح.نظرًا لأصولها باعتبارها بدائيات نوى تعيش بحرية ، فليس من المستغرب أن تمتلك البلاستيدات جينوماتها الخاصة التي يعد تعبيرها ضروريًا لوظيفة البلاستيد. يتطلب هذا الطابع شبه المستقل للبلاستيدات وجود آليات تنظيمية متطورة توفر اتصالًا موثوقًا بينها وبين الأجزاء الخلوية الأخرى. مثل هذه الإشارات داخل الخلايا ضرورية لتنسيق استجابات الخلية الكاملة للإشارات البيئية المتغيرة باستمرار واحتياجات التمثيل الغذائي الخلوي. يتم تحقيق ذلك من خلال عمل البلاستيدات كمستقبلات وأجهزة إرسال لإشارات محددة تنسق التعبير عن الجينوم النووي والبلاستيد وفقًا للاحتياجات الخاصة. في هذه المراجعة سننظر في ما يسمى بالإشارات المرتدة التي تحدث بين البلاستيدات والنوى ، وبين البلاستيدات والعضيات الأخرى. دور آخر مهم للبلاستيد الذي سنناقشه هو تورط إشارات البلاستيد في الإجهاد الحيوي واللاأحيائي الذي ، بالإضافة إلى التأثير على الإشارات الرجعية ، له تأثيرات مباشرة على العديد من المقصورات الخلوية بما في ذلك جدار الخلية. سنراجع أيضًا الأدلة الحديثة التي تشير إلى وظيفة مثيرة للاهتمام للبلاستيدات الخضراء في تنظيم النقل التناظري بين الخلايا. أخيرًا ، نحن نعتبر جانبًا مثيرًا للاهتمام ولكنه أقل شهرة في بيولوجيا النبات ، وهو يشير إلى البلاستيدات الخضراء من منظور النبات بأكمله. وبالتالي ، فإن الأدلة المتراكمة تسلط الضوء على أن البلاستيدات الخضراء ، بمساراتها المعقدة للإشارات ، توفر آلية لتنظيم رائع لتطور النبات ، والتمثيل الغذائي والاستجابات للبيئة. نظرًا لأن عمليات البلاستيدات الخضراء موجهة للهندسة لتحسين الإنتاجية ، فإن تأثير هذه التعديلات على إشارات البلاستيدات الخضراء يجب أن يؤخذ في الاعتبار بعناية من أجل تجنب العواقب غير المقصودة على نمو النبات وتطوره.

الكلمات الدالة: هرمونات نباتية لجدار الخلية


قسم فسيولوجيا النبات ، مركز أوميو لعلوم النبات ، جامعة أوميا ، S-901 87 أوميو ، السويد

قسم فسيولوجيا النبات ، مركز أوميو لعلوم النبات ، جامعة أوميا ، S-901 87 أوميا ، السويد

قسم فسيولوجيا النبات ، مركز أوميو لعلوم النبات ، جامعة أوميا ، S-901 87 أوميو ، السويد

قسم فسيولوجيا النبات ، مركز أوميو لعلوم النبات ، جامعة أوميا ، S-901 87 أوميو ، السويد

أستاذ بيولوجيا الخلية النباتية

مركز بيولوجيا الخلايا النباتية ، جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم علم النبات وعلوم النبات ، جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، كاليفورنيا 92521 ، الولايات المتحدة الأمريكية

ملخص

انبعاث إشارات عضوية

أهداف الاتصال الرجعي


نتيجة حتمية للحياة أن الخلايا تتفاعل مع بيئتها المحلية. تحتاج الخلايا إلى الاستجابة للإشارات من تفاعلاتها ، سواء كانت تفاعلات فيزيائية مع الخلايا المجاورة أو تفاعلات كيميائية مع البيئة. تتخذ هيئة التدريس في MCB مجموعة متنوعة من الأساليب لفهم النطاق الواسع لإشارات الخلايا والتكيف.

الخريف

532 تحويل الإشارة: من غشاء الخلية إلى النواة

كونج 531 آليات التشوير في الخلايا المنشطة

الجينوم 559 مقدمة في الجينوم الإحصائي والحسابي

MCB 536 أدوات لعلم الأحياء الحسابي

شتاء

544 هيكل البروتين وتعديله وتنظيمه

الخريف

590 المجهر الإلكتروني المبرد للجزيئات والمجمعات البيولوجية

MCB 539 الأساس البيولوجي للورم

بابيو 536 المعلوماتية الحيوية وتحليل تسلسل الجينات

MCB 543 التراكيب المنطقية ومنهجيات البحث البيولوجي

تعمل الدكتورة Hannele Ruohola-Baker مع الطلاب لفهم الإشارات الخلوية من أجل التنمية


سد الفجوة: مواقع التلامس الغشائية في الإشارات ، والتمثيل الغذائي ، وديناميات العضية

تتشكل مناطق التقاء الوثيق بين عضيتين ، غالبًا ما يشار إليها باسم مواقع التلامس الغشائي (MCS) ، في الغالب بين الشبكة الإندوبلازمية والعضية الثانية ، على الرغم من أن الاتصالات بين الميتوكوندريا والعضيات الأخرى قد بدأت أيضًا في التوصيف. على الرغم من أن مواقع الاتصال هذه قد لوحظت منذ أن بدأ تصور الخلايا لأول مرة باستخدام المجهر الإلكتروني ، إلا أن وظائف معظم هذه المجالات ظلت غير واضحة لفترة طويلة. شهدت السنوات القليلة الماضية زيادة كبيرة في فهمنا للـ MCS ، وكشف عن الأدوار الحاسمة التي تلعبها في الإشارات داخل الخلايا ، والتمثيل الغذائي ، والاتجار في المستقلبات ، ووراثة العضية ، والتقسيم ، والنقل.

مقدمة

يسمح تجزئة الخلايا بفصل وتنظيم ردود الفعل التي لا تعد ولا تحصى التي تحدث داخلها. تأتي الفوائد الهائلة للتجزئة داخل الخلايا أيضًا بسعر للعمل على النحو الأمثل ، حيث يجب أن تنقل الخلايا الإشارات وتتبادل المواد بين الأجزاء. تم تطوير العديد من الآليات لتسهيل هذه التبادلات. أحد الأشياء التي لم يتم تقديرها جيدًا حتى السنوات القليلة الماضية هو نقل الإشارات والجزيئات بين العضيات التي تحدث في المناطق التي تكون فيها العضيات متقاربة ، وغالبًا ما تسمى مواقع التلامس الغشائي (MCSs). تم تمييز هذه المواقع لأول مرة بسبب أدوارها الحاسمة في التبادل داخل الخلايا للدهون والكالسيوم ، والتي يمكن توجيهها مباشرة بين العضيات عبر MCSs. في الآونة الأخيرة ، أصبح من الواضح أيضًا أن MCSs هي مواقع مهمة للإشارات داخل الخلايا ، وتهريب العضيات ، والوراثة ، وأن MCS هي مناطق متخصصة يتم فيها تجميع المجمعات التنظيمية (English and Voeltz، 2013 Helle et al.، 2013).

السمة المميزة لـ MCSs هي أن الأغشية من عضيتين (أو أجزاء من نفس العضية) مرتبطة ببعضها البعض ، ولكن لا تعتبر جميع الحالات التي تتفاعل فيها الأغشية مع بعضها البعض أو ترتبط ببعضها البعض MCSs. تحتوي MCSs الحقيقية على أربع خصائص: (1) يتم ربط الأغشية من مقصورتين داخل الخلايا في موضع قريب ، عادةً في غضون 30 نانومتر ، (2) لا تندمج الأغشية (على الرغم من أنها قد تندمج بشكل عابر) ، (3) بروتينات محددة و / أو يتم إثراء الدهون في MCS ، و (4) يؤثر تكوين MCS على وظيفة أو تكوين واحدة على الأقل من العضيتين في MCS.

ستناقش هذه المراجعة ما نعرفه عن البروتينات التي تربط العضيات ، وتبادل الجزيئات الصغيرة في MCSs ، والوظائف الناشئة الأخرى لـ MCS.

حبال MCS

حبل MCS عبارة عن بروتين أو مركب من البروتينات (الشكل 1) يربط في نفس الوقت الغشاءين الملائمين في موقع اتصال عضوي ويلعب دورًا في الحفاظ على الموقع (English and Voeltz، 2013 Helle et al.، 2013). في كثير من الحالات ، لم يتضح بعد ما إذا كانت هذه البروتينات والمجمعات عبارة عن حبال أصلية ، وهي ضرورية للحفاظ على MCS ، أو تعمل في MCSs ولكنها ليست ضرورية للحفاظ على الاتصالات. يعتبر التمييز بين هذه الاحتمالات تحديًا مهمًا للمجال ، خاصةً عندما يقوم أكثر من بروتين واحد أو مركب من البروتينات بربط الأغشية معًا بشكل مستقل في MCS.

مع تحديد عدد متزايد من الحبال المحتملة ، تظهر ثلاثة اتجاهات. أولاً ، يتم الاحتفاظ بمعظم MCS بواسطة عدة حبال. أحد أفضل الأمثلة على ذلك هو تقاطع ER وغشاء البلازما (PM) في خميرة الخميرة. أظهر العمل الأخير أنه من الضروري التخلص من ستة بروتينات مقيمة في ER لتقليل التفاعلات المكثفة بشكل طبيعي بين ER و PM (Manford et al. ، 2012 Stefan et al. ، 2013). يشير هذا إلى أن هذه البروتينات الستة تتوسط في الربط بشكل مستقل عن بعضها البعض. أربعة من البروتينات الستة (ثلاثة بروتينات مجال ربط الكالسيوم والدهون 1-3 ، وتسمى أيضًا Tcb1–3 ، و Ist2) هي بروتينات غشاء ER متكاملة لها مجالات عصارية خلوية تربط أغشية البلازما (Fischer et al. ، 2009 Toulmay and برينز ، 2012). البروتينان الآخران ، Scs2 و Scs22 (Scs ، مثبط حساسية Ca 2+) ، هما متماثلان لـ VAPs للثدييات (البروتينات الغشائية المرتبطة بالحويصلة). VAPs عبارة عن بروتينات غشائية مثبتة بذيل متكامل في ER والتي تربط البروتينات التي تحتوي على أشكال FFAT (فينيل ألانين في المسالك الحمضية) (Loewen et al. ، 2003). يحتوي عدد من البروتينات التي تحتوي على هذه الأشكال أيضًا على مجالات تربط الدهون والبروتينات في PM ، مما يسمح لها بربط ER و PM في وقت واحد. على سبيل المثال ، تحتوي بعض البروتينات المرتبطة بالبروتينات المرتبطة بالأوكسيستيرول (OSBP) على أشكال FFAT ونطاقات تماثل البليكسترين (PH) التي تربط الفوسفوينوسيتيدات (PIPs) في غشاء البلازما (Levine and Munro، 1998 Weber-Boyvat et al.، 2013). وبالتالي ، فإن ORPs والبروتينات الأخرى المحتوية على عزر FFAT يمكنها التوسط في ربط ER-PM عبر VAPs. وتجدر الإشارة إلى أن VAPs والبروتينات المرتبطة بـ VAPs تتوسط أيضًا في الربط بين ER والعضيات بالإضافة إلى PM. هذه موضحة في الشكل 1.

الاتجاه الثاني الناشئ هو أن الربط يبدو أنه عملية ديناميكية ومنظمة ، وقد بدأنا في فهم آليات التركيب الديناميكي للأغشية في MCS بواسطة الحبال. أحد الأمثلة على ذلك هو ربط ER-PM بوساطة بروتينات تسمى synaptotagmins الموسعة (E-Syts) ، وهي متجانسات من حبال Tcb الخميرة. يتم تنظيم ربط ER و PM بواسطة E-Syts بواسطة Ca 2+ ودهون PM المخصب PI (4،5) P2 (تشانغ وآخرون ، 2013 جيوردانو وآخرون ، 2013). قد يؤدي ربط هذه الجزيئات بواسطة E-Syts إلى التحكم في كل من مدى اتصال ER-PM والمسافة بين هذه العضيات في MCSs. يتم توفير مثال ثانٍ لتشكيل MCS المنظم من خلال دراسة حديثة حول OSBP. يُعتقد أن هذا البروتين وغيره من البروتينات المحتوية على عزر FFAT تتوسط في ربط ER-Golgi عن طريق ربط VAPs في وقت واحد في ER و PIPs في مجمع Golgi (Kawano et al. ، 2006 Peretti et al. ، 2008). في مجموعة أنيقة من التجارب ، Mesmin et al. أظهر (2013) أن OSBP ينظم قدرته على التوسط في ربط ER-Golgi عن طريق تعديل مستويات PI4P في مجمع Golgi. عندما تكون مستويات PI4P في مجمع Golgi عالية ، يقوم OSBP بربط مجمع ER و Golgi وينقل أيضًا PI4P من Golgi إلى ER. عندما يصل PI4P إلى ER ، يتحلل بالماء بواسطة الفوسفاتيز Sac1 ، مما يمنعه من الانتقال مرة أخرى إلى Golgi. يؤدي الانخفاض في مستويات Golgi المعقدة PI4P بواسطة OSBP إلى فصل OSBP عن Golgi ، مما يقلل من ربط ER-Golgi. وبالتالي ، ينظم OSBP سلبًا الربط الخاص به لأغشية ER و Golgi. ستتم مناقشة نقل الدهون بواسطة OSBP والبروتينات المماثلة بمزيد من التفصيل في القسم الخاص بنقل الدهون في MCSs.

الميزة الثالثة المهمة للعديد من مجمعات ربط MCS هي أن معظمها لها وظائف بالإضافة إلى الربط. يتضح هذا جيدًا من خلال المجمعات المقترحة للتوسط في ربط ER- الميتوكوندريا في خلايا الثدييات ، حيث تم وصف أربعة من هذه المجمعات (الشكل 1). على سبيل المثال ، يعمل Mfn2 (ميتوفوسين -2) كحبل (de Brito and Scorrano ، 2008) ، ولكن الوظيفة الأساسية لهذا البروتين الشبيه بالدينامين هي التوسط في اندماج الميتوكوندريا. على الرغم من أن Mfn2 موجود إلى حد كبير في غشاء الميتوكوندريا الخارجي (OMM) ، إلا أن جزءًا صغيرًا موجودًا أيضًا في ER ، وقد تم اقتراح أن تفاعل Mfn2 في ER مع Mfn2 في OMM يربط ER والميتوكوندريا (de Brito و Scorrano ، 2008). تحتوي مجمعات الربط ER والميتوكوندريا الأخرى المقترحة في الثدييات (الشكل 1) أيضًا على وظائف إضافية - إما إشارات Ca 2+ أو إشارات موت الخلايا المبرمج بين هذه العضيات.

الحبال داخل العضيات

قد تتشكل MCS ليس فقط بين العضيات ولكن أيضًا بين أجزاء من نفس العضية. في حالتين ، البروتينات الضرورية لهذه الاتصالات داخل العضية معروفة. ينقسم مجمع جولجي إلى عدد من الصهاريج التي تظل متقاربة عن كثب في بعض أنواع الخلايا ، وتشكل مقصورات مكدسة. يحافظ بروتينان متصلان على الروابط بين صهاريج جولجي. يشكل بروتين التراص لإعادة التجميع من Golgi 65 (GRASP65) جهات اتصال بين صهاريج جولجي cis- و medial-Golgi و GRASP55 يتوسط التفاعلات بين الوسط وعبر الصهريج (الشكل 1 Barr et al. ، 1997 Shorter et al. ، 1999). تتفكك كومة Golgi عندما يتم استنفاد كلا من GRASP ، مما يشير إلى أنها الحبال الأولية أو الوحيدة (Xiang and Wang ، 2010). يتم تنظيم الربط بواسطة هذه البروتينات بواسطة كينازات للسماح بتفكيك صهريج جولجي أثناء دورة الخلية. ما إذا كانت الاتصالات بين Golgi التي شكلتها GRASPs تتوسط في إرسال الإشارات أو تبادل الدهون بين الصهاريج (Tang and Wang ، 2013).

تتشكل MCS أيضًا داخل عضيات ذات أغشية داخلية: الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والأجسام متعددة الخلايا. قد تتشكل MCSs بين الأغشية داخل هذه العضيات أو بين الأغشية الداخلية والغشاء الخارجي للعضية. اكتشفت ثلاث مجموعات مؤخرًا مجمع ربط يشارك في تكوين اتصالات بين صهاريج الميتوكوندريا وبين الصهاريج والغشاء الخارجي للميتوكوندريا (Harner et al.، 2011 Hoppins et al.، 2011 von der Malsburg et al.، 2011). يُدعى هذا المركب بموقع التلامس في الميتوكوندريا ونظام تنظيم الكرستيات (MICOS) ، ويتم حفظه من الخميرة إلى البشر ويحتوي على ستة بروتينات على الأقل (الشكل 1). من الضروري الحفاظ على تنظيم الغشاء الداخلي والتفاعل أيضًا مع مجمعات البروتين في الغشاء الخارجي ، بما في ذلك مجمع الغشاء الخارجي (TOM) وآلات الفرز والتجميع (SAM) (van der Laan et al. ، 2012 Zerbes) وآخرون ، 2012).

تبادل الدهون في MCSs

قد يخدم التبادل الدهني بين العضيات في MCS عددًا من الوظائف المهمة. أحدهما أنه يسمح للخلايا بتعديل التركيب الدهني للعضية بسرعة بشكل مستقل عن التهريب الحويصلي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحصل بعض العضيات ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، على معظم الدهون التي تحتاجها للتكوين الحيوي للأغشية عن طريق تهريب الدهون غير المفصلية الذي يحدث بشكل شبه مؤكد في MCSs (Osman et al.، 2011 Wang and Benning، 2012 Horvath and Daum، 2013 ). أخيرًا ، وربما الأهم من ذلك ، قد يلعب نقل الدهون في MCSs دورًا مهمًا في استقلاب الدهون عن طريق توجيه الدهون إلى أو بعيدًا عن الإنزيمات الموجودة في أجزاء مختلفة.

يتم تسهيل بعض تبادل الدهون في MCS بواسطة بروتينات نقل الدهون القابلة للذوبان (LTPs) ، والتي يمكنها نقل مونومرات الدهون بين الأغشية (الشكل 2 أ). في حالات أخرى ، يبدو أن LTPs المعروفة غير مطلوبة ويمكن تبادل الدهون في MCS بواسطة آليات أخرى (الشكل 2 و B و C) ، والتي ستتم مناقشتها لاحقًا.

تقع معظم LTPs في خمس عائلات فائقة على الأقل تختلف هيكليًا ولكن جميعها بها جيب أو أخدود كاره للماء يمكن أن يربط مونومر دهني ، وغالبًا ما يكون لها مجال غطاء يحمي الدهن المرتبط من المرحلة المائية (D'Angelo et al. ، 2008 ليف ، 2010). يسمح هذا لـ LTPs بنقل مونومرات الدهون بين الأغشية. ربما تقوم LTPs بنقل الدهون بين العضيات في الخلايا بكفاءة أكبر في MCSs ، حيث لا يوجد سوى مسافة قصيرة لتنتشر بين الأغشية. LTPs التي قد تنقل الدهون في مواقع التلامس هي: OSBP ، بروتين نقل السيراميد (CERT) ، متماثلات الخميرة OSBP Osh6 و Osh7 ، البروتين التيروزين كيناز 2 N- المجال المتفاعل 2 (Nir2) ، و Ups1 (Hanada ، 2010 Connerth وآخرون ، 2012 Chang et al.، 2013 Maeda et al.، 2013 Mesmin et al.، 2013).

يمكن أن تعمل LTPs عن طريق النقل المكوكي بين الأغشية في MCSs أو بينما ترتبط في نفس الوقت بكل من الأغشية (الشكل 2 أ). العديد من LTPs لها مجالات تستهدفها للغشاءين في MCS. على سبيل المثال ، يحتوي OSBP و CERT على أشكال FFAT ، والتي تربط VAPs المقيمة في ER ، ومجالات PH التي تربط PIPs في مجمع Golgi أو PM.

جانب آخر مهم من تبادل الدهون من قبل بعض LTPs هو أنه قد يكون مدفوعًا بقدرتهم على استبدال دهون بآخر. على سبيل المثال ، يمكن لـ OSBP نقل كل من الكوليسترول و PI4P. في ER-Golgi MCSs ، قد يسهل OSBP الحركة الصافية للكوليسترول من ER إلى Golgi و PI4P في الاتجاه المعاكس (Mesmin وآخرون ، 2013). قد يؤدي الاختلاف في تركيزات PI4P في ER و Golgi (أقل في ER مقارنة بـ Golgi) إلى نقل صافي الكوليسترول إلى Golgi. تم العثور على القدرة على استبدال أحد الدهون بآخر من أجل LTPs الأخرى (Schaaf et al. ، 2008 de Saint-Jean et al. ، 2011 Kono et al. ، 2013) وقد تكون ضرورية لقيادة تبادل الدهون الاتجاهي في MCSs.

لا يبدو أن بعض عمليات تبادل الدهون في MCSs يتم تسهيلها بواسطة LTPs. يأتي أفضل دليل على ذلك من الدراسات التي أجريت على نقل الدهون بين ER والميتوكوندريا. من المعروف منذ فترة طويلة أن الدهون التي يتم تبادلها بين هاتين العضيتين يجب أن تكتسب الميتوكوندريا معظم الدهون التي تتطلبها لتكوين الغشاء الحيوي من بقية الخلية. يحدث تبادل الدهون في ER- الميتوكوندريا MCS بواسطة آلية لا تتطلب طاقة ، على الأقل في المختبر ، ولا تتطلب أي عوامل خلوية (Osman et al.، 2011 Vance، 2014).

كيف يحدث نقل الدهون هذا غير معروف ، وهناك نوعان محتملان من الآليات موضّحتان في الشكل 2 و B و C. أحدهما أن بعض بروتينات MCS تشكل قناة كارهة للماء تسمح للدهون بالانتقال بين الأغشية. قد تكون هذه القناة مشابهة لـ LTP ، ولكن بينما تدخل الدهون وتخرج من LTP من نفس الفتحة ، فإنها تدخل القنوات وتخرج منها بفتحات مختلفة. يمكن أن يسمح هذا الاختلاف بتنظيم تبادل الدهون من خلال قناة ما ، وإذا تمكنت القناة من ربط شحومين مختلفتين في وقت واحد ، فقد يقترن نقل الدهون. تم تحديد المجال الذي قد يشكل قنوات في MCSs. يُطلق عليه مجال البروتين الرابط للدهون (SMP) الشبيه بالسينابتوتاغمين (SMP) ، وقد تم التنبؤ به ليكون جزءًا من عائلة فائقة من البروتينات التي تتضمن بروتين نقل إستر الكوليسترول (CETP Kopec et al. ، 2010). يحتوي CETP على مجال ربط دهني أنبوبي ينقل الدهون بين البروتينات الدهنية عالية الكثافة ومنخفضة الكثافة ، على الأرجح بينما يرتبط في نفس الوقت بكليهما (Qiu et al. ، 2007 Zhang et al. ، 2012). يمكن أن تنقل مجالات SMP الدهون بين الأغشية بآلية مماثلة. تمشيا مع هذا الاحتمال ، فإن جميع البروتينات المحتوية على SMP في الخميرة الناشئة تتمركز في MCSs والعديد من البروتينات المحتوية على SMP في الثدييات تعمل أيضًا (Toulmay and Prinz ، 2012). ومن المثير للاهتمام أن مجالات SMP موجودة في ثلاثة من البروتينات الخمسة في مركب ربط الخميرة ER والميتوكوندريا المسمى ERMES (كورنمان وآخرون ، 2009). لم يتضح بعد ما إذا كان ERMES يسهل تبادل الدهون بين ER والميتوكوندريا. لقد غيرت الميتوكوندريا المشتقة من الخلايا المفقودة من ERMES تكوين الدهون (Osman et al. ، 2009 Tamura et al. ، 2012 Tan et al. ، 2013) ، مما يشير إلى أنه يمكن تغيير تبادل الدهون بين ER والميتوكوندريا في هذه السلالات. من ناحية أخرى ، تم العثور على عيب ضئيل أو معدوم في معدلات تبادل الدهون الفوسفورية بين ER والميتوكوندريا في طفرات ERMES (Kornmann et al. ، 2009 Nguyen et al. ، 2012 Voss et al. ، 2012). وبالتالي ، لا يزال يتعين تحديد ما إذا كانت البروتينات التي تحتوي على مجالات SMP تسهل بالفعل تبادل الدهون.

كآلية ثانية ممكنة لنقل الدهون في MCSs التي لا تتطلب LTPs هي الغشاء النصفى (الشكل 2 ج) ، والذي يمكن أن يسمح بالتبادل السريع لكميات كبيرة من الدهون بين الحجيرات. تشير الدلائل غير المباشرة الحديثة إلى احتمال حدوث انصباب نصفي بين ER والبلاستيدات الخضراء (Mehrshahi et al. ، 2013).يتوافق هذا مع دراسة سابقة باستخدام ملاقط بصرية وجدت أن ER والبلاستيدات الخضراء ظلت متصلة ببعضها البعض حتى عند تطبيق قوة شد قدرها 400 pN (Andersson et al. ، 2007). لا يزال يتعين تحديد ما إذا كان hemifusion يحدث في MCSs في الخلايا الحيوانية.

إشارات الكالسيوم في MCSs

تلعب MCS بين ER و PM و ER والميتوكوندريا أدوارًا مركزية في تخزين Ca 2+ داخل الخلايا ، والتوازن ، والإشارات في خلايا الثدييات. قد تكون MCS بين ER و lysosomes مهمة أيضًا ، على الرغم من أنها غير مفهومة جيدًا (Helle et al. ، 2013 Lam and Galione ، 2013).

واحدة من أفضل MCSs تميزًا هي تلك التي تتكون بين PM و ER في خلايا العضلات. في كل من خلايا عضلات القلب والهيكل العظمي ، تسمح الانغلاقات العميقة للـ PM ، والتي تسمى الأنابيب T (المستعرضة) ، بتكوين اتصالات مكثفة مع ER ، تسمى الشبكة الساركوبلازمية (SR) في الخلايا العضلية. هذه التلامسات ضرورية لاقتران الإثارة والانكماش. قبل الإثارة ، تكون مستويات Ca 2+ في سيتوبلازم خلايا العضلات منخفضة ، في حين أن تركيزات Ca 2+ في SR وخلايا العضلات الخارجية مرتفعة. أثناء إثارة العضلات ، يتدفق Ca 2+ بسرعة إلى العصارة الخلوية من خلال قنوات في PM و SR (الشكل 3 أ). تتفاعل القنوات الموجودة في PM ، والتي تسمى مستقبلات dihydropyridine (DHPRs) ، وتلك الموجودة في SR ، مستقبلات ryanodine المعروفة RyRs ، مباشرة مع بعضها البعض حيث يتم تطبيق SR و PM عن كثب ، مما يسمح بفتح كلا النوعين من القنوات بالتنسيق ( Fabiato، 1983 Bannister، 2007 Beam and Bannister، 2010 Rebbeck et al.، 2011).

يتم الحفاظ على الاتصالات الواسعة بين SR و PM في خلايا العضلات إلى حد كبير عن طريق ربط البروتينات التي تسمى junctophilins ، والتي لها مجال غشاء واحد في SR ومجال عصاري خلوي كبير يتفاعل مع PM. يؤدي التعبير عن junctophilins في الخلايا التي تفتقر إليها إلى تحريض اتصالات ER-PM (Takeshima et al. ، 2000) والخلايا التي تفتقر إلى junctophilins لها خلل في SR-PM MCS وعيوب في إشارات Ca 2+ (Ito et al. ، 2001 Komazaki et al. ، 2002 هيراتا وآخرون ، 2006). وبالتالي ، فإن junctophilins ضرورية وكافية لتوليد اتصالات SR-PM وظيفية. ومع ذلك ، لا تزال الخلايا التي تفتقر إلى junctophilins تحافظ على بعض الاتصالات SR-PM ، مما يشير إلى أن البروتينات الأخرى تربط أيضًا SR و PM. ربما يأتي بعض هذا الربط المتبقي من تفاعل DHPRs و RyR.

تلعب جهات الاتصال ER-PM أيضًا دورًا في تنظيم مستويات Ca 2+ داخل الخلايا في الخلايا غير القابلة للاستثارة. عندما يكون تركيز Ca 2+ في تجويف ER منخفضًا ، فإنه يؤدي إلى دخول Ca 2+ إلى العصارة الخلوية و ER من الخلايا الخارجية (الشكل 3 ب) ، وهي عملية تُعرف باسم دخول Ca 2+ الذي يديره المتجر (SOCE). قناة PM المسؤولة عن دخول Ca 2+ هي Orai1 ، ومستشعر تركيز Ca 2+ في تجويف ER هو جزيء تفاعل انسجة بروتين غشاء متكامل -1 (STIM1). عندما يستشعر STIM1 أن تركيز Ca 2+ في ER منخفض ، فإنه يتقلص ويخضع لتغيير توافق يعرض مجموعة أساسية من الأحماض الأمينية في نهايتها C التي تربط PIPs في PM (Stathopulos et al. ، 2006 ، 2008 Liou وآخرون ، 2007 Muik وآخرون ، 2011). يرتبط STIM1 أيضًا بـ Orai1 في PM وينشطه (Kawasaki et al. ، 2009 Muik et al. ، 2009 Park et al. ، 2009 Wang et al. ، 2009). يؤدي تنشيط STIM1 إلى تحوله من التوزيع المتساوي نسبيًا على ER إلى تشكيل عدد من النقاط ، وهي المناطق التي تم تحديدها عن كثب ER و PM. يبدو من المحتمل أن STIM1 يتراكم في ER-PM MCS الموجودة مسبقًا ويوسعها وقد يؤدي أيضًا إلى تكوين MCSs جديدة (Wu et al. ، 2006 Lur et al. ، 2009 Orci et al. ، 2009).

يعتبر تفاعل STIM1 و Orai1 عند ملامسات ER-PM أثناء SOCE آلية أنيقة لتوجيه كل من الإشارات والجزيئات الصغيرة في MCS. يتم إرسال الإشارة إلى أن تركيز ER اللمعي Ca 2+ منخفض مباشرة من STIM1 في ER إلى Orai1 في PM. كما أن الاتصال الوثيق بين PM و ER يسمح أيضًا لـ Ca 2+ بالانتقال من خارج الخلية إلى تجويف ER دون زيادة كبيرة في مستويات Ca 2+ الخلوية (Jousset et al. ، 2007). خلال SOCE ، تتم استعادة مستويات ER Ca 2+ بواسطة مضخة ساركو / الشبكة الإندوبلازمية Ca 2+ -ATPase (SERCA) (Sampieri et al. ، 2009 Manjarrés et al. ، 2011). يتم إثراء هذه المضخة في اتصالات ER-PM مع STIM1 وقد تتفاعل معها بشكل مباشر ، مما يشير إلى كيفية توجيه Ca 2+ بشكل فعال من الخلايا الخارجية مباشرة إلى تجويف ER في ER-PM MCS (الشكل 3 ب).

ومن المثير للاهتمام ، أنه أصبح من الواضح أن البروتينات التي ليست جزءًا من مسار SOCE تسهل أيضًا اتصالات ER-PM أثناء إشارات Ca 2+. تحتوي E-Syts على مجالات متعددة من المحتمل أن تربط Ca 2+. لقد ثبت أنها تنظم كل من عدد جهات الاتصال ER-PM والمسافة بين ER و PM في MCS أثناء إشارات Ca 2+ (Chang et al. ، 2013 Giordano et al. ، 2013).

تسهل MCS بين ER والميتوكوندريا بالمثل حركة Ca 2+ من تجويف ER إلى الميتوكوندريا (Rizzuto et al. ، 1998 Csordás et al. ، 2006). تتفاعل قنوات Ca 2+ في ER و OMM مع بعضها البعض في MCS (الشكل 3 ج). تسمى القناة الموجودة في ER بمستقبلات إينوزيتول ثلاثي الفوسفات (IP3R) ، بينما قناة الأنيون المعتمدة على الجهد (VDAC) في غشاء الميتوكوندريا الخارجي عبارة عن مسام غير محدد يسمح بدخول Ca 2+ إلى الميتوكوندريا. تشكل هذه البروتينات ، جنبًا إلى جنب مع مرافق العصارة الخلوية Grp75 ، معقدًا يربط بين ER والميتوكوندريا ويسهل تبادل Ca 2+ (Szabadkai et al. ، 2006).

جاء المزيد من الأدلة على أن انتقال Ca 2+ من ER إلى الميتوكوندريا يحدث في MCSs من الدراسات التي أجريت على القناة التي تسمح لـ Ca 2+ بالتحرك عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، المسمى بالميتوكوندريا Ca 2+ أحادي القارب (MCU). من المثير للدهشة أن هذه القناة لها تقارب لـ Ca 2+ وهو أقل من تركيز Ca 2+ النموذجي في العصارة الخلوية (Kirichok et al. ، 2004). ومع ذلك ، فإن إطلاق Ca 2+ بواسطة ER في ER-Mitochondrial MCSs يشير إلى حل لهذا اللغز ، فمن المحتمل أن يكون تركيز Ca 2+ المحلي في MCSs مرتفعًا بما يكفي لتشغيل MCU (Csordás et al. ، 2010). لذلك فإن الاتصالات الوثيقة بين ER والميتوكوندريا ضرورية لتوجيه Ca 2+ من تجويف ER إلى مصفوفة الميتوكوندريا.

يُعتقد أن MCS بين ER (أو SR) والليزوزومات تنظم إطلاق Ca 2+ بواسطة الجسيمات الحالة ، لكن الآلية غير مفهومة بعد (Kinnear et al. ، 2004 ، 2008 Galione et al. ، 2011 Morgan et al. ، 2011 ).

الإنزيمات التي تعمل في الترانس والإشارات في MCSs

تتيح MCSs إرسال إشارات سريعة وفعالة بين الأجزاء داخل الخلايا. ما زلنا في بداية فهم آليات ووظائف هذه الإشارة. إحدى الطرق التي تنتقل بها الإشارات بين الجزأين في MCS هي أن يقوم إنزيم في حجرة واحدة بتعديل الركائز في الجزء الثاني ، أي لكي يعمل الإنزيم في الترانس. على الرغم من أنه لا يوجد حاليًا سوى أمثلة قليلة على ذلك ، والتي تمت مناقشتها هنا ، يبدو من المرجح أنه سيتم الكشف عن المزيد.

ينظم بروتين التيروزين الفوسفاتيز PTP1B عددًا من مستقبلات التيروزين كينازات. يوجد PTP1B على سطح ER مع موقعه النشط في العصارة الخلوية ، ومع ذلك فإن مستقبلات التيروزين التي يعدلها موجودة في PM. على الرغم من أن هذا كان محيرًا في البداية ، فقد وجد أن PTP1B ربما يصادف ركائزه في MCS ، إما عند تقاطعات ER-PM أو عند التلامس بين ER ومقصورات إعادة التدوير الداخلية (Haj et al. ، 2002 Boute et al. ، 2003 Anderie et al. ، 2007 Eden et al. ، 2010 Nievergall et al. ، 2010). ومن المثير للاهتمام ، أنه في بعض الحالات ، يحدث تفاعل PTP1B مع الركائز في PM على أجزاء من PM التي تعد جزءًا من اتصالات الخلية الخلوية (Haj et al. ، 2012) ، مما يشير إلى أن جهات الاتصال ER-PM يمكن أن تلعب دورًا في إرسال الإشارات ، ليس فقط بين ER و PM ولكن بين الخلايا أيضًا. من المحتمل أن تسمح عملية إزالة الفسفرة من كينازات التيروزين للمستقبلات بواسطة PTP1B في مواقع الاتصال بتنظيم نشاط كيناز استجابة للتغيرات في ER أو التغييرات في البنية الخلوية التي تغير MCSs. على سبيل المثال ، يحدث نزع الفسفرة لمستقبل عامل نمو البشرة (EGFR) بواسطة PTP1B في مناطق الاتصال الوثيق بين ER والأجسام متعددة الحواف ، مما يتسبب في عزل EGFR بأجسام متعددة الخلايا (Eden et al. ، 2010). قد يوفر هذا آلية للخلايا لتنظيم مستويات EGFR على PM استجابة للإشارات في ER.

يمكن أن تعمل إنزيمات التمثيل الغذائي للدهون أيضًا في الترانس في MCSs. في حالتين ، كلاهما في الخميرة ، تم العثور على الإنزيمات الموجودة في ER لتعديل الدهون في PM في MCSs. في إحدى الحالات ، يمكن لـ phosphatase Sac1 ، الموجود على سطح ER ، إزالة الفسفرة PIPs في PM (Stefan et al. ، 2011). في الثانية ، إنزيم ER Opi3 methylates phosphatidylethanolamine في PM ، وهو تفاعل مطلوب لتحويل phosphatidylethanolamine إلى phosphatidylcholine (Tavassoli et al. ، 2013). بشكل ملحوظ ، ينظم بروتين Osh3 المرتبط بـ PIP (تونج وآخرون ، 2013) كلا التفاعلين ، مما يشير إلى أن استقلاب الدهون عند تقاطعات ER-PM ينظمه PIPs. يبدو من المحتمل أن تقاطعات ER-PM تلعب أدوارًا مهمة في دمج التمثيل الغذائي للدهون في كلا العضيات.

MCSs والاتجار بالعضيات والميراث

بالإضافة إلى كونها مواقع يتم فيها تبادل الإشارات والجزيئات الصغيرة بين الأجزاء الخلوية ، هناك أدلة متزايدة على أن تكوين MCS ينظم أيضًا تهريب العضيات والميراث.

في الخميرة في مهدها ، يتم استقطاب نقل العضية من الخلية الأم إلى برعم النمو وهو ضروري لميراث العضي السليم. يتم تنظيم نقل البيروكسيسومات والميتوكوندريا إلى البرعم من خلال ارتباطها بـ ER أو PM.

Knoblach وآخرون. وجد (2013) أن ربط ER بالبيروكسيسومات يتطلب Pex3 ، وهو بروتين غشائي متكامل موجود في كلا الجزأين ، و Inp1 ، وهو بروتين عصاري خلوي يرتبط بـ Pex3. هذا الحبل يحافظ على البيروكسيسومات في الخلايا الأم. عندما تنقسم البيروكسيسومات ، يتم نقلها إلى البرعم بواسطة محرك myosin V Motor Myo2 وتصبح متصلة بـ ER في مهدها. في الخلايا التي تفتقر إلى حبل ER- بيروكسيسوم ، تتراكم البيروكسيسومات في الخلايا الوليدة. وبالتالي ، يلعب الربط دورًا مهمًا في ضمان الاحتفاظ ببعض البيروكسيسومات في الخلايا الأم وأن كلا الخليتين ترثان البيروكسيسومات.

يتم تنظيم وراثة الميتوكوندريا في الخميرة من خلال الاتصالات الوثيقة مع كل من ER و PM. تضمن ملامسات الميتوكوندريا- PM التي يتوسطها مركب يحتوي على Num1 و Mdm36 توزيع الميتوكوندريا بشكل صحيح بين خلايا الأم وابنتها ويبدو أنها مهمة بشكل خاص للاحتفاظ بالميتوكوندريا في الخلايا الأم (Klecker et al.، 2013 Lackner et al.، 2013) . ومن المثير للاهتمام ، أن جهات الاتصال Num1 - Mdm36 ترتبط أيضًا بـ ER (Lackner وآخرون ، 2013) ، مما يشير إلى أن ثلاثة أغشية قد ترتبط بطريقة ما في MCSs. يلعب حبل ER- الميتوكوندريا الذي يحتوي على البروتين Mmr1 ، الذي يربط الميتوكوندريا بأطراف البراعم ، أيضًا دورًا في وراثة الميتوكوندريا (Swayne et al. ، 2011). وبالتالي ، يبدو أن مجمع الربط Num1 ومركب الربط Mmr1 يلعبان أدوارًا معادية في توزيع الميتوكوندريا ، حيث يعزز مجمع Num1 الاحتفاظ بالميتوكوندريا في الأم ، بينما يفضل مجمع Mmr1 الاحتفاظ في البرعم.

تلعب MCSs أيضًا دورًا في الاتجار الداخلي في خلايا الثدييات. يحتوي أحد المجمعات التي تربط ER إلى الجسيمات الداخلية VAPs و ORP1L ، وهو متماثل OSBP يمكنه ربط الكوليسترول (الشكل 1). يمكن لـ ORPlL أيضًا ربط الوحدة الفرعية اللاصقة p150 لمحرك dynein-dynactin الذي يشارك في نقل الجسيم الداخلي على طول الأنابيب الدقيقة (Johansson et al. ، 2007). عندما تكون مستويات الكوليسترول الخلوي مرتفعة ، يرتبط ORP1L بـ p150 لاصق ولكن ليس VAPs ويتم نقل الإندوسومات على الأنابيب الدقيقة. ومع ذلك ، عندما تنخفض مستويات الكوليسترول ، يخضع ORP1L لتغيير في التكوين يفصله عن p150 Glued ويسمح له بالارتباط بـ VAPs على سطح ER ، وبالتالي تشكيل حبل بين الإندوسومات و ER (Rocha et al. ، 2009). في ظل هذه الظروف ، يتم حظر نقل الجسيم الداخلي على الأنابيب الدقيقة. لذلك فإن ORPlL عبارة عن مستشعر للكوليسترول ينظم التبديل بين ارتباط الإندوسومات مع أي من المحركات أو ER.

MCSs وقسم العضيات

كشفت دراسة رائدة عن دور جديد وغير متوقع لـ MCS بين ER والميتوكوندريا: ينظم ER الانشطار الميتوكوندريا (Friedman et al. ، 2011). على الرغم من عدم توفر الفهم الآلي لكيفية مشاركة ER في انشطار الميتوكوندريا ، إلا أن تسلسل الأحداث بدأ في التركيز (الشكل 4). تطوق ER الميتوكوندريا في المواقع التي سيحدث فيها الانشقاق. يوجد مجمع ERMES في هذه المواقع (Murley et al. ، 2013). نظرًا لأن خلايا الثدييات تفتقر إلى ERMES ، يجب أن يؤدي مركب ربط آخر نفس الوظيفة في حقيقيات النوى الأعلى. يتطلب تقسيم الميتوكوندريا فصل الغشاء عن طريق البروتين الشبيه بالدينامين Dnm1 / Drp1 ، والذي يتضاعف على غشاء الميتوكوندريا الخارجي. تحدث اتصالات وثيقة بين ER والميتوكوندريا قبل تجميع Dnm1 / Drp1 ، مما يشير إلى أن هذه الاتصالات تعزز أو تنظم ارتباط Dnm1 / Drp1 بالميتوكوندريا وبالتالي تقسيم الميتوكوندريا. من الممكن أنه عندما يحيط ER بالميتوكوندريا فإنه يتسبب في انقباض الميتوكوندريا إلى قطر يسمح لـ Dnm1 / Drp1 بالتجمع. قد تأتي القوة اللازمة لدفع الانقباض من بلمرة الأكتين. وجدت دراسة حديثة أن بروتين ER ، فورمين -2 المقلوب ، ربما يقود بلمرة الأكتين في هذه المواقع وهو ضروري لدمج الميتوكوندريا (كوروبوفا وآخرون ، 2013).

إن فهم تجميع وتنظيم آلية تقسيم الميتوكوندريا في ER-Mitochondria MCSs وكيف يرتبط ذلك بالميتوكوندريا وربما وظيفة ER تظل أسئلة رائعة للمستقبل. سؤال آخر مثير للاهتمام هو ما إذا كانت MCSs الأخرى تلعب دورًا في انشطار العضيات الأخرى.

الوظائف المقترحة لـ ER- الميتوكوندريا MCS

اقترح عدد متزايد من الدراسات أن ER-Mitochondria MCSs تلعب أدوارًا حاسمة في الالتهام الذاتي ، موت الخلايا المبرمج ، الالتهاب ، إشارات أنواع الأكسجين التفاعلية ، والإشارات الأيضية. تم أيضًا تورط ER-Mitochondria MCS في مرض الزهايمر ومرض باركنسون وبعض الالتهابات الفيروسية. تمت مراجعة هذه الموضوعات مؤخرًا (Eisner et al.، 2013 Raturi and Simmen، 2013 Marchi et al.، 2014 Vance، 2014) ولن تتم مناقشتها بالتفصيل هنا.

تتمثل إحدى المشكلات في معظم الدراسات حول وظائف تقاطعات ER والميتوكوندريا في أنها تعتمد ، جزئيًا على الأقل ، على تنقية التدرج اللوني للـ ER المرتبط بالميتوكوندريا. تظل هذه الأغشية المحددة تشغيليًا ، والتي تسمى غالبًا الأغشية المرتبطة بالميتوكوندريا (MAMs) ، ضعيفة التحديد. في الواقع ، لا يبدو أن عددًا كبيرًا من البروتينات المخصبة في MAMs يتم إثرائها عند تقاطعات ER- الميتوكوندريا عندما يتم تحديد توطينها بطرق أخرى (Helle et al.، 2013 Vance، 2014). لذلك ، لا يزال من غير الواضح سبب تخصيب بعض البروتينات والدهون في MAMs.

هنا ، ستتم مناقشة نتيجتين مثيرتين للاهتمام تقترحان أهمية تقاطعات ER- الميتوكوندريا في إرسال الإشارات بالإضافة إلى دورها المعروف في إشارات Ca 2+.

يتطلب تحريض موت الخلايا المبرمج إرسال إشارة بين ER والميتوكوندريا. يحدث جزء من عملية الإشارات هذه من خلال تفاعل بين بروتين ER Bap31 وبروتين الانشطار الانشطاري للميتوكوندريا Fission 1 homologue (Fis1 Iwasawa et al. ، 2011). يحدث هذا التفاعل في ER – mitochondria MCSs وينتج عنه انقسام Bap31 بواسطة caspase-8 لتشكيل p20Bap31 ، وهو مؤيد للاستماتة. يعتبر كل من Bap31 و Fis1 جزءًا من مجمعات أكبر لا يزال يتم تمييزها. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور مؤخرًا على أن بروتينًا يسمى موت الخلية - يتضمن p53 target-1 (CDIP1) يرتبط بـ Bap31 أثناء إجهاد ER ويعزز إشارات موت الخلايا المبرمج من ER إلى الميتوكوندريا (Namba et al. ، 2013) ، مما يشير إلى كيفية إجهاد ER. تنتقل الإشارات من ER إلى الميتوكوندريا عبر MCSs.

علاقة أخرى مهمة بين ER- الميتوكوندريا MCS والإشارات لها علاقة مع الهدف من مجمعات كيناز رابامايسين (TOR) ، والتي هي منظمات حاسمة للنمو والتمثيل الغذائي. تم العثور على مركب TOR للثدييات 2 (mTORC2) للتفاعل مع مجمع IP3R - Grp75 - VDAC الذي يربط ER والميتوكوندريا (Betz et al. ، 2013). بشكل ملحوظ ، تقدم هذه الدراسة دليلاً على أن mTORC ينظم كل من تكوين MCS ER- الميتوكوندريا ووظيفة الميتوكوندريا ، مما يشير إلى آلية جديدة مثيرة للاهتمام لكيفية تأثير الإشارات الأيضية على وظيفة الميتوكوندريا عبر MCS.

الاستنتاجات ووجهات النظر

تم التعرف على إمكانية MCSs لتسهيل إشارات Ca 2+ ودهون القناة بين العضيات منذ بعض الوقت (Levine and Loewen ، 2006) ، ولكن في السنوات القليلة الماضية فقط بدأنا أخيرًا في الحصول على بعض البصيرة الميكانيكية حول كيفية تحدث هذه العمليات وكيف يتم تشكيل MCSs. العديد من الأسئلة الأساسية لا تزال بحاجة إلى معالجة. كيف يحدث تبادل الدهون في MCSs التي لا تتطلب LTPs قابل للذوبان أو ما إذا كان يحدث الانصهار العابر للأغشية في MCS على الإطلاق أسئلة مفتوحة. والآخر هو الآليات التي ينظم بها Ca 2+ تكوين MCS بين ER والعضيات الأخرى. يتمثل أحد التحديات الرئيسية لهذا المجال في ابتكار طرق أفضل لتصور MCSs وتحديد البروتينات والدهون المخصبة في هذه المواقع. من المهم بشكل خاص أن نفهم بشكل أفضل ما هو جزء MAM وما يعنيه تخصيب البروتينات والدهون في هذا الجزء.

كان أحد أكثر التطورات إثارة في دراسة MCSs في السنوات القليلة الماضية هو اكتشاف دور MCSs في تهريب العضيات والميراث والديناميات. كشفت هذه الدراسات أن MCSs لا تلعب فقط أدوارًا حاسمة في إرسال الإشارات والتمثيل الغذائي ، ولكن أيضًا تعدل التوزيع داخل الخلايا للعضيات وبنية العضية. من المحتمل أن يؤدي فهم كيفية أداء MCSs لهذه الوظائف إلى إلقاء الضوء على العلاقة بين العلاقة التي لا تزال غامضة بين بنية العضية ووظيفتها بالإضافة إلى دور ER كمنظم للعضيات الأخرى. بالنظر إلى الوتيرة الحالية للاكتشاف ، يبدو من المرجح أن معرفتنا بوظائف MCS ستنمو بشكل كبير في السنوات القليلة المقبلة.


سد الفجوة: مواقع التلامس الغشائية في الإشارات ، والتمثيل الغذائي ، وديناميات العضية

تتشكل مناطق التقاء الوثيق بين عضيتين ، غالبًا ما يشار إليها باسم مواقع التلامس الغشائي (MCS) ، في الغالب بين الشبكة الإندوبلازمية والعضية الثانية ، على الرغم من أن الاتصالات بين الميتوكوندريا والعضيات الأخرى قد بدأت أيضًا في التوصيف. على الرغم من أن مواقع الاتصال هذه قد لوحظت منذ أن بدأ تصور الخلايا لأول مرة باستخدام المجهر الإلكتروني ، إلا أن وظائف معظم هذه المجالات ظلت غير واضحة لفترة طويلة. شهدت السنوات القليلة الماضية زيادة كبيرة في فهمنا للـ MCS ، وكشف عن الأدوار الحاسمة التي تلعبها في الإشارات داخل الخلايا ، والتمثيل الغذائي ، والاتجار في المستقلبات ، ووراثة العضية ، والتقسيم ، والنقل.

مقدمة

يسمح تجزئة الخلايا بفصل وتنظيم ردود الفعل التي لا تعد ولا تحصى التي تحدث داخلها.تأتي الفوائد الهائلة للتجزئة داخل الخلايا أيضًا بسعر للعمل على النحو الأمثل ، حيث يجب أن تنقل الخلايا الإشارات وتتبادل المواد بين الأجزاء. تم تطوير العديد من الآليات لتسهيل هذه التبادلات. أحد الأشياء التي لم يتم تقديرها جيدًا حتى السنوات القليلة الماضية هو نقل الإشارات والجزيئات بين العضيات التي تحدث في المناطق التي تكون فيها العضيات متقاربة ، وغالبًا ما تسمى مواقع التلامس الغشائي (MCSs). تم تمييز هذه المواقع لأول مرة بسبب أدوارها الحاسمة في التبادل داخل الخلايا للدهون والكالسيوم ، والتي يمكن توجيهها مباشرة بين العضيات عبر MCSs. في الآونة الأخيرة ، أصبح من الواضح أيضًا أن MCSs هي مواقع مهمة للإشارات داخل الخلايا ، وتهريب العضيات ، والوراثة ، وأن MCS هي مناطق متخصصة يتم فيها تجميع المجمعات التنظيمية (English and Voeltz، 2013 Helle et al.، 2013).

السمة المميزة لـ MCSs هي أن الأغشية من عضيتين (أو أجزاء من نفس العضية) مرتبطة ببعضها البعض ، ولكن لا تعتبر جميع الحالات التي تتفاعل فيها الأغشية مع بعضها البعض أو ترتبط ببعضها البعض MCSs. تحتوي MCSs الحقيقية على أربع خصائص: (1) يتم ربط الأغشية من مقصورتين داخل الخلايا في موضع قريب ، عادةً في غضون 30 نانومتر ، (2) لا تندمج الأغشية (على الرغم من أنها قد تندمج بشكل عابر) ، (3) بروتينات محددة و / أو يتم إثراء الدهون في MCS ، و (4) يؤثر تكوين MCS على وظيفة أو تكوين واحدة على الأقل من العضيتين في MCS.

ستناقش هذه المراجعة ما نعرفه عن البروتينات التي تربط العضيات ، وتبادل الجزيئات الصغيرة في MCSs ، والوظائف الناشئة الأخرى لـ MCS.

حبال MCS

حبل MCS عبارة عن بروتين أو مركب من البروتينات (الشكل 1) يربط في نفس الوقت الغشاءين الملائمين في موقع اتصال عضوي ويلعب دورًا في الحفاظ على الموقع (English and Voeltz، 2013 Helle et al.، 2013). في كثير من الحالات ، لم يتضح بعد ما إذا كانت هذه البروتينات والمجمعات عبارة عن حبال أصلية ، وهي ضرورية للحفاظ على MCS ، أو تعمل في MCSs ولكنها ليست ضرورية للحفاظ على الاتصالات. يعتبر التمييز بين هذه الاحتمالات تحديًا مهمًا للمجال ، خاصةً عندما يقوم أكثر من بروتين واحد أو مركب من البروتينات بربط الأغشية معًا بشكل مستقل في MCS.

مع تحديد عدد متزايد من الحبال المحتملة ، تظهر ثلاثة اتجاهات. أولاً ، يتم الاحتفاظ بمعظم MCS بواسطة عدة حبال. أحد أفضل الأمثلة على ذلك هو تقاطع ER وغشاء البلازما (PM) في خميرة الخميرة. أظهر العمل الأخير أنه من الضروري التخلص من ستة بروتينات مقيمة في ER لتقليل التفاعلات المكثفة بشكل طبيعي بين ER و PM (Manford et al. ، 2012 Stefan et al. ، 2013). يشير هذا إلى أن هذه البروتينات الستة تتوسط في الربط بشكل مستقل عن بعضها البعض. أربعة من البروتينات الستة (ثلاثة بروتينات مجال ربط الكالسيوم والدهون 1-3 ، وتسمى أيضًا Tcb1–3 ، و Ist2) هي بروتينات غشاء ER متكاملة لها مجالات عصارية خلوية تربط أغشية البلازما (Fischer et al. ، 2009 Toulmay and برينز ، 2012). البروتينان الآخران ، Scs2 و Scs22 (Scs ، مثبط حساسية Ca 2+) ، هما متماثلان لـ VAPs للثدييات (البروتينات الغشائية المرتبطة بالحويصلة). VAPs عبارة عن بروتينات غشائية مثبتة بذيل متكامل في ER والتي تربط البروتينات التي تحتوي على أشكال FFAT (فينيل ألانين في المسالك الحمضية) (Loewen et al. ، 2003). يحتوي عدد من البروتينات التي تحتوي على هذه الأشكال أيضًا على مجالات تربط الدهون والبروتينات في PM ، مما يسمح لها بربط ER و PM في وقت واحد. على سبيل المثال ، تحتوي بعض البروتينات المرتبطة بالبروتينات المرتبطة بالأوكسيستيرول (OSBP) على أشكال FFAT ونطاقات تماثل البليكسترين (PH) التي تربط الفوسفوينوسيتيدات (PIPs) في غشاء البلازما (Levine and Munro، 1998 Weber-Boyvat et al.، 2013). وبالتالي ، فإن ORPs والبروتينات الأخرى المحتوية على عزر FFAT يمكنها التوسط في ربط ER-PM عبر VAPs. وتجدر الإشارة إلى أن VAPs والبروتينات المرتبطة بـ VAPs تتوسط أيضًا في الربط بين ER والعضيات بالإضافة إلى PM. هذه موضحة في الشكل 1.

الاتجاه الثاني الناشئ هو أن الربط يبدو أنه عملية ديناميكية ومنظمة ، وقد بدأنا في فهم آليات التركيب الديناميكي للأغشية في MCS بواسطة الحبال. أحد الأمثلة على ذلك هو ربط ER-PM بوساطة بروتينات تسمى synaptotagmins الموسعة (E-Syts) ، وهي متجانسات من حبال Tcb الخميرة. يتم تنظيم ربط ER و PM بواسطة E-Syts بواسطة Ca 2+ ودهون PM المخصب PI (4،5) P2 (تشانغ وآخرون ، 2013 جيوردانو وآخرون ، 2013). قد يؤدي ربط هذه الجزيئات بواسطة E-Syts إلى التحكم في كل من مدى اتصال ER-PM والمسافة بين هذه العضيات في MCSs. يتم توفير مثال ثانٍ لتشكيل MCS المنظم من خلال دراسة حديثة حول OSBP. يُعتقد أن هذا البروتين وغيره من البروتينات المحتوية على عزر FFAT تتوسط في ربط ER-Golgi عن طريق ربط VAPs في وقت واحد في ER و PIPs في مجمع Golgi (Kawano et al. ، 2006 Peretti et al. ، 2008). في مجموعة أنيقة من التجارب ، Mesmin et al. أظهر (2013) أن OSBP ينظم قدرته على التوسط في ربط ER-Golgi عن طريق تعديل مستويات PI4P في مجمع Golgi. عندما تكون مستويات PI4P في مجمع Golgi عالية ، يقوم OSBP بربط مجمع ER و Golgi وينقل أيضًا PI4P من Golgi إلى ER. عندما يصل PI4P إلى ER ، يتحلل بالماء بواسطة الفوسفاتيز Sac1 ، مما يمنعه من الانتقال مرة أخرى إلى Golgi. يؤدي الانخفاض في مستويات Golgi المعقدة PI4P بواسطة OSBP إلى فصل OSBP عن Golgi ، مما يقلل من ربط ER-Golgi. وبالتالي ، ينظم OSBP سلبًا الربط الخاص به لأغشية ER و Golgi. ستتم مناقشة نقل الدهون بواسطة OSBP والبروتينات المماثلة بمزيد من التفصيل في القسم الخاص بنقل الدهون في MCSs.

الميزة الثالثة المهمة للعديد من مجمعات ربط MCS هي أن معظمها لها وظائف بالإضافة إلى الربط. يتضح هذا جيدًا من خلال المجمعات المقترحة للتوسط في ربط ER- الميتوكوندريا في خلايا الثدييات ، حيث تم وصف أربعة من هذه المجمعات (الشكل 1). على سبيل المثال ، يعمل Mfn2 (ميتوفوسين -2) كحبل (de Brito and Scorrano ، 2008) ، ولكن الوظيفة الأساسية لهذا البروتين الشبيه بالدينامين هي التوسط في اندماج الميتوكوندريا. على الرغم من أن Mfn2 موجود إلى حد كبير في غشاء الميتوكوندريا الخارجي (OMM) ، إلا أن جزءًا صغيرًا موجودًا أيضًا في ER ، وقد تم اقتراح أن تفاعل Mfn2 في ER مع Mfn2 في OMM يربط ER والميتوكوندريا (de Brito و Scorrano ، 2008). تحتوي مجمعات الربط ER والميتوكوندريا الأخرى المقترحة في الثدييات (الشكل 1) أيضًا على وظائف إضافية - إما إشارات Ca 2+ أو إشارات موت الخلايا المبرمج بين هذه العضيات.

الحبال داخل العضيات

قد تتشكل MCS ليس فقط بين العضيات ولكن أيضًا بين أجزاء من نفس العضية. في حالتين ، البروتينات الضرورية لهذه الاتصالات داخل العضية معروفة. ينقسم مجمع جولجي إلى عدد من الصهاريج التي تظل متقاربة عن كثب في بعض أنواع الخلايا ، وتشكل مقصورات مكدسة. يحافظ بروتينان متصلان على الروابط بين صهاريج جولجي. يشكل بروتين التراص لإعادة التجميع من Golgi 65 (GRASP65) جهات اتصال بين صهاريج جولجي cis- و medial-Golgi و GRASP55 يتوسط التفاعلات بين الوسط وعبر الصهريج (الشكل 1 Barr et al. ، 1997 Shorter et al. ، 1999). تتفكك كومة Golgi عندما يتم استنفاد كلا من GRASP ، مما يشير إلى أنها الحبال الأولية أو الوحيدة (Xiang and Wang ، 2010). يتم تنظيم الربط بواسطة هذه البروتينات بواسطة كينازات للسماح بتفكيك صهريج جولجي أثناء دورة الخلية. ما إذا كانت الاتصالات بين Golgi التي شكلتها GRASPs تتوسط في إرسال الإشارات أو تبادل الدهون بين الصهاريج (Tang and Wang ، 2013).

تتشكل MCS أيضًا داخل عضيات ذات أغشية داخلية: الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والأجسام متعددة الخلايا. قد تتشكل MCSs بين الأغشية داخل هذه العضيات أو بين الأغشية الداخلية والغشاء الخارجي للعضية. اكتشفت ثلاث مجموعات مؤخرًا مجمع ربط يشارك في تكوين اتصالات بين صهاريج الميتوكوندريا وبين الصهاريج والغشاء الخارجي للميتوكوندريا (Harner et al.، 2011 Hoppins et al.، 2011 von der Malsburg et al.، 2011). يُدعى هذا المركب بموقع التلامس في الميتوكوندريا ونظام تنظيم الكرستيات (MICOS) ، ويتم حفظه من الخميرة إلى البشر ويحتوي على ستة بروتينات على الأقل (الشكل 1). من الضروري الحفاظ على تنظيم الغشاء الداخلي والتفاعل أيضًا مع مجمعات البروتين في الغشاء الخارجي ، بما في ذلك مجمع الغشاء الخارجي (TOM) وآلات الفرز والتجميع (SAM) (van der Laan et al. ، 2012 Zerbes) وآخرون ، 2012).

تبادل الدهون في MCSs

قد يخدم التبادل الدهني بين العضيات في MCS عددًا من الوظائف المهمة. أحدهما أنه يسمح للخلايا بتعديل التركيب الدهني للعضية بسرعة بشكل مستقل عن التهريب الحويصلي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحصل بعض العضيات ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، على معظم الدهون التي تحتاجها للتكوين الحيوي للأغشية عن طريق تهريب الدهون غير المفصلية الذي يحدث بشكل شبه مؤكد في MCSs (Osman et al.، 2011 Wang and Benning، 2012 Horvath and Daum، 2013 ). أخيرًا ، وربما الأهم من ذلك ، قد يلعب نقل الدهون في MCSs دورًا مهمًا في استقلاب الدهون عن طريق توجيه الدهون إلى أو بعيدًا عن الإنزيمات الموجودة في أجزاء مختلفة.

يتم تسهيل بعض تبادل الدهون في MCS بواسطة بروتينات نقل الدهون القابلة للذوبان (LTPs) ، والتي يمكنها نقل مونومرات الدهون بين الأغشية (الشكل 2 أ). في حالات أخرى ، يبدو أن LTPs المعروفة غير مطلوبة ويمكن تبادل الدهون في MCS بواسطة آليات أخرى (الشكل 2 و B و C) ، والتي ستتم مناقشتها لاحقًا.

تقع معظم LTPs في خمس عائلات فائقة على الأقل تختلف هيكليًا ولكن جميعها بها جيب أو أخدود كاره للماء يمكن أن يربط مونومر دهني ، وغالبًا ما يكون لها مجال غطاء يحمي الدهن المرتبط من المرحلة المائية (D'Angelo et al. ، 2008 ليف ، 2010). يسمح هذا لـ LTPs بنقل مونومرات الدهون بين الأغشية. ربما تقوم LTPs بنقل الدهون بين العضيات في الخلايا بكفاءة أكبر في MCSs ، حيث لا يوجد سوى مسافة قصيرة لتنتشر بين الأغشية. LTPs التي قد تنقل الدهون في مواقع التلامس هي: OSBP ، بروتين نقل السيراميد (CERT) ، متماثلات الخميرة OSBP Osh6 و Osh7 ، البروتين التيروزين كيناز 2 N- المجال المتفاعل 2 (Nir2) ، و Ups1 (Hanada ، 2010 Connerth وآخرون ، 2012 Chang et al.، 2013 Maeda et al.، 2013 Mesmin et al.، 2013).

يمكن أن تعمل LTPs عن طريق النقل المكوكي بين الأغشية في MCSs أو بينما ترتبط في نفس الوقت بكل من الأغشية (الشكل 2 أ). العديد من LTPs لها مجالات تستهدفها للغشاءين في MCS. على سبيل المثال ، يحتوي OSBP و CERT على أشكال FFAT ، والتي تربط VAPs المقيمة في ER ، ومجالات PH التي تربط PIPs في مجمع Golgi أو PM.

جانب آخر مهم من تبادل الدهون من قبل بعض LTPs هو أنه قد يكون مدفوعًا بقدرتهم على استبدال دهون بآخر. على سبيل المثال ، يمكن لـ OSBP نقل كل من الكوليسترول و PI4P. في ER-Golgi MCSs ، قد يسهل OSBP الحركة الصافية للكوليسترول من ER إلى Golgi و PI4P في الاتجاه المعاكس (Mesmin وآخرون ، 2013). قد يؤدي الاختلاف في تركيزات PI4P في ER و Golgi (أقل في ER مقارنة بـ Golgi) إلى نقل صافي الكوليسترول إلى Golgi. تم العثور على القدرة على استبدال أحد الدهون بآخر من أجل LTPs الأخرى (Schaaf et al. ، 2008 de Saint-Jean et al. ، 2011 Kono et al. ، 2013) وقد تكون ضرورية لقيادة تبادل الدهون الاتجاهي في MCSs.

لا يبدو أن بعض عمليات تبادل الدهون في MCSs يتم تسهيلها بواسطة LTPs. يأتي أفضل دليل على ذلك من الدراسات التي أجريت على نقل الدهون بين ER والميتوكوندريا. من المعروف منذ فترة طويلة أن الدهون التي يتم تبادلها بين هاتين العضيتين يجب أن تكتسب الميتوكوندريا معظم الدهون التي تتطلبها لتكوين الغشاء الحيوي من بقية الخلية. يحدث تبادل الدهون في ER- الميتوكوندريا MCS بواسطة آلية لا تتطلب طاقة ، على الأقل في المختبر ، ولا تتطلب أي عوامل خلوية (Osman et al.، 2011 Vance، 2014).

كيف يحدث نقل الدهون هذا غير معروف ، وهناك نوعان محتملان من الآليات موضّحتان في الشكل 2 و B و C. أحدهما أن بعض بروتينات MCS تشكل قناة كارهة للماء تسمح للدهون بالانتقال بين الأغشية. قد تكون هذه القناة مشابهة لـ LTP ، ولكن بينما تدخل الدهون وتخرج من LTP من نفس الفتحة ، فإنها تدخل القنوات وتخرج منها بفتحات مختلفة. يمكن أن يسمح هذا الاختلاف بتنظيم تبادل الدهون من خلال قناة ما ، وإذا تمكنت القناة من ربط شحومين مختلفتين في وقت واحد ، فقد يقترن نقل الدهون. تم تحديد المجال الذي قد يشكل قنوات في MCSs. يُطلق عليه مجال البروتين الرابط للدهون (SMP) الشبيه بالسينابتوتاغمين (SMP) ، وقد تم التنبؤ به ليكون جزءًا من عائلة فائقة من البروتينات التي تتضمن بروتين نقل إستر الكوليسترول (CETP Kopec et al. ، 2010). يحتوي CETP على مجال ربط دهني أنبوبي ينقل الدهون بين البروتينات الدهنية عالية الكثافة ومنخفضة الكثافة ، على الأرجح بينما يرتبط في نفس الوقت بكليهما (Qiu et al. ، 2007 Zhang et al. ، 2012). يمكن أن تنقل مجالات SMP الدهون بين الأغشية بآلية مماثلة. تمشيا مع هذا الاحتمال ، فإن جميع البروتينات المحتوية على SMP في الخميرة الناشئة تتمركز في MCSs والعديد من البروتينات المحتوية على SMP في الثدييات تعمل أيضًا (Toulmay and Prinz ، 2012). ومن المثير للاهتمام أن مجالات SMP موجودة في ثلاثة من البروتينات الخمسة في مركب ربط الخميرة ER والميتوكوندريا المسمى ERMES (كورنمان وآخرون ، 2009). لم يتضح بعد ما إذا كان ERMES يسهل تبادل الدهون بين ER والميتوكوندريا. لقد غيرت الميتوكوندريا المشتقة من الخلايا المفقودة من ERMES تكوين الدهون (Osman et al. ، 2009 Tamura et al. ، 2012 Tan et al. ، 2013) ، مما يشير إلى أنه يمكن تغيير تبادل الدهون بين ER والميتوكوندريا في هذه السلالات. من ناحية أخرى ، تم العثور على عيب ضئيل أو معدوم في معدلات تبادل الدهون الفوسفورية بين ER والميتوكوندريا في طفرات ERMES (Kornmann et al. ، 2009 Nguyen et al. ، 2012 Voss et al. ، 2012). وبالتالي ، لا يزال يتعين تحديد ما إذا كانت البروتينات التي تحتوي على مجالات SMP تسهل بالفعل تبادل الدهون.

كآلية ثانية ممكنة لنقل الدهون في MCSs التي لا تتطلب LTPs هي الغشاء النصفى (الشكل 2 ج) ، والذي يمكن أن يسمح بالتبادل السريع لكميات كبيرة من الدهون بين الحجيرات. تشير الدلائل غير المباشرة الحديثة إلى احتمال حدوث انصباب نصفي بين ER والبلاستيدات الخضراء (Mehrshahi et al. ، 2013). يتوافق هذا مع دراسة سابقة باستخدام ملاقط بصرية وجدت أن ER والبلاستيدات الخضراء ظلت متصلة ببعضها البعض حتى عند تطبيق قوة شد قدرها 400 pN (Andersson et al. ، 2007). لا يزال يتعين تحديد ما إذا كان hemifusion يحدث في MCSs في الخلايا الحيوانية.

إشارات الكالسيوم في MCSs

تلعب MCS بين ER و PM و ER والميتوكوندريا أدوارًا مركزية في تخزين Ca 2+ داخل الخلايا ، والتوازن ، والإشارات في خلايا الثدييات. قد تكون MCS بين ER و lysosomes مهمة أيضًا ، على الرغم من أنها غير مفهومة جيدًا (Helle et al. ، 2013 Lam and Galione ، 2013).

واحدة من أفضل MCSs تميزًا هي تلك التي تتكون بين PM و ER في خلايا العضلات. في كل من خلايا عضلات القلب والهيكل العظمي ، تسمح الانغلاقات العميقة للـ PM ، والتي تسمى الأنابيب T (المستعرضة) ، بتكوين اتصالات مكثفة مع ER ، تسمى الشبكة الساركوبلازمية (SR) في الخلايا العضلية. هذه التلامسات ضرورية لاقتران الإثارة والانكماش. قبل الإثارة ، تكون مستويات Ca 2+ في سيتوبلازم خلايا العضلات منخفضة ، في حين أن تركيزات Ca 2+ في SR وخلايا العضلات الخارجية مرتفعة. أثناء إثارة العضلات ، يتدفق Ca 2+ بسرعة إلى العصارة الخلوية من خلال قنوات في PM و SR (الشكل 3 أ). تتفاعل القنوات الموجودة في PM ، والتي تسمى مستقبلات dihydropyridine (DHPRs) ، وتلك الموجودة في SR ، مستقبلات ryanodine المعروفة RyRs ، مباشرة مع بعضها البعض حيث يتم تطبيق SR و PM عن كثب ، مما يسمح بفتح كلا النوعين من القنوات بالتنسيق ( Fabiato، 1983 Bannister، 2007 Beam and Bannister، 2010 Rebbeck et al.، 2011).

يتم الحفاظ على الاتصالات الواسعة بين SR و PM في خلايا العضلات إلى حد كبير عن طريق ربط البروتينات التي تسمى junctophilins ، والتي لها مجال غشاء واحد في SR ومجال عصاري خلوي كبير يتفاعل مع PM. يؤدي التعبير عن junctophilins في الخلايا التي تفتقر إليها إلى تحريض اتصالات ER-PM (Takeshima et al. ، 2000) والخلايا التي تفتقر إلى junctophilins لها خلل في SR-PM MCS وعيوب في إشارات Ca 2+ (Ito et al. ، 2001 Komazaki et al. ، 2002 هيراتا وآخرون ، 2006). وبالتالي ، فإن junctophilins ضرورية وكافية لتوليد اتصالات SR-PM وظيفية. ومع ذلك ، لا تزال الخلايا التي تفتقر إلى junctophilins تحافظ على بعض الاتصالات SR-PM ، مما يشير إلى أن البروتينات الأخرى تربط أيضًا SR و PM. ربما يأتي بعض هذا الربط المتبقي من تفاعل DHPRs و RyR.

تلعب جهات الاتصال ER-PM أيضًا دورًا في تنظيم مستويات Ca 2+ داخل الخلايا في الخلايا غير القابلة للاستثارة. عندما يكون تركيز Ca 2+ في تجويف ER منخفضًا ، فإنه يؤدي إلى دخول Ca 2+ إلى العصارة الخلوية و ER من الخلايا الخارجية (الشكل 3 ب) ، وهي عملية تُعرف باسم دخول Ca 2+ الذي يديره المتجر (SOCE). قناة PM المسؤولة عن دخول Ca 2+ هي Orai1 ، ومستشعر تركيز Ca 2+ في تجويف ER هو جزيء تفاعل انسجة بروتين غشاء متكامل -1 (STIM1). عندما يستشعر STIM1 أن تركيز Ca 2+ في ER منخفض ، فإنه يتقلص ويخضع لتغيير توافق يعرض مجموعة أساسية من الأحماض الأمينية في نهايتها C التي تربط PIPs في PM (Stathopulos et al. ، 2006 ، 2008 Liou وآخرون ، 2007 Muik وآخرون ، 2011). يرتبط STIM1 أيضًا بـ Orai1 في PM وينشطه (Kawasaki et al. ، 2009 Muik et al. ، 2009 Park et al. ، 2009 Wang et al. ، 2009). يؤدي تنشيط STIM1 إلى تحوله من التوزيع المتساوي نسبيًا على ER إلى تشكيل عدد من النقاط ، وهي المناطق التي تم تحديدها عن كثب ER و PM. يبدو من المحتمل أن STIM1 يتراكم في ER-PM MCS الموجودة مسبقًا ويوسعها وقد يؤدي أيضًا إلى تكوين MCSs جديدة (Wu et al. ، 2006 Lur et al. ، 2009 Orci et al. ، 2009).

يعتبر تفاعل STIM1 و Orai1 عند ملامسات ER-PM أثناء SOCE آلية أنيقة لتوجيه كل من الإشارات والجزيئات الصغيرة في MCS. يتم إرسال الإشارة إلى أن تركيز ER اللمعي Ca 2+ منخفض مباشرة من STIM1 في ER إلى Orai1 في PM. كما أن الاتصال الوثيق بين PM و ER يسمح أيضًا لـ Ca 2+ بالانتقال من خارج الخلية إلى تجويف ER دون زيادة كبيرة في مستويات Ca 2+ الخلوية (Jousset et al. ، 2007). خلال SOCE ، تتم استعادة مستويات ER Ca 2+ بواسطة مضخة ساركو / الشبكة الإندوبلازمية Ca 2+ -ATPase (SERCA) (Sampieri et al. ، 2009 Manjarrés et al. ، 2011). يتم إثراء هذه المضخة في اتصالات ER-PM مع STIM1 وقد تتفاعل معها بشكل مباشر ، مما يشير إلى كيفية توجيه Ca 2+ بشكل فعال من الخلايا الخارجية مباشرة إلى تجويف ER في ER-PM MCS (الشكل 3 ب).

ومن المثير للاهتمام ، أنه أصبح من الواضح أن البروتينات التي ليست جزءًا من مسار SOCE تسهل أيضًا اتصالات ER-PM أثناء إشارات Ca 2+.تحتوي E-Syts على مجالات متعددة من المحتمل أن تربط Ca 2+. لقد ثبت أنها تنظم كل من عدد جهات الاتصال ER-PM والمسافة بين ER و PM في MCS أثناء إشارات Ca 2+ (Chang et al. ، 2013 Giordano et al. ، 2013).

تسهل MCS بين ER والميتوكوندريا بالمثل حركة Ca 2+ من تجويف ER إلى الميتوكوندريا (Rizzuto et al. ، 1998 Csordás et al. ، 2006). تتفاعل قنوات Ca 2+ في ER و OMM مع بعضها البعض في MCS (الشكل 3 ج). تسمى القناة الموجودة في ER بمستقبلات إينوزيتول ثلاثي الفوسفات (IP3R) ، بينما قناة الأنيون المعتمدة على الجهد (VDAC) في غشاء الميتوكوندريا الخارجي عبارة عن مسام غير محدد يسمح بدخول Ca 2+ إلى الميتوكوندريا. تشكل هذه البروتينات ، جنبًا إلى جنب مع مرافق العصارة الخلوية Grp75 ، معقدًا يربط بين ER والميتوكوندريا ويسهل تبادل Ca 2+ (Szabadkai et al. ، 2006).

جاء المزيد من الأدلة على أن انتقال Ca 2+ من ER إلى الميتوكوندريا يحدث في MCSs من الدراسات التي أجريت على القناة التي تسمح لـ Ca 2+ بالتحرك عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، المسمى بالميتوكوندريا Ca 2+ أحادي القارب (MCU). من المثير للدهشة أن هذه القناة لها تقارب لـ Ca 2+ وهو أقل من تركيز Ca 2+ النموذجي في العصارة الخلوية (Kirichok et al. ، 2004). ومع ذلك ، فإن إطلاق Ca 2+ بواسطة ER في ER-Mitochondrial MCSs يشير إلى حل لهذا اللغز ، فمن المحتمل أن يكون تركيز Ca 2+ المحلي في MCSs مرتفعًا بما يكفي لتشغيل MCU (Csordás et al. ، 2010). لذلك فإن الاتصالات الوثيقة بين ER والميتوكوندريا ضرورية لتوجيه Ca 2+ من تجويف ER إلى مصفوفة الميتوكوندريا.

يُعتقد أن MCS بين ER (أو SR) والليزوزومات تنظم إطلاق Ca 2+ بواسطة الجسيمات الحالة ، لكن الآلية غير مفهومة بعد (Kinnear et al. ، 2004 ، 2008 Galione et al. ، 2011 Morgan et al. ، 2011 ).

الإنزيمات التي تعمل في الترانس والإشارات في MCSs

تتيح MCSs إرسال إشارات سريعة وفعالة بين الأجزاء داخل الخلايا. ما زلنا في بداية فهم آليات ووظائف هذه الإشارة. إحدى الطرق التي تنتقل بها الإشارات بين الجزأين في MCS هي أن يقوم إنزيم في حجرة واحدة بتعديل الركائز في الجزء الثاني ، أي لكي يعمل الإنزيم في الترانس. على الرغم من أنه لا يوجد حاليًا سوى أمثلة قليلة على ذلك ، والتي تمت مناقشتها هنا ، يبدو من المرجح أنه سيتم الكشف عن المزيد.

ينظم بروتين التيروزين الفوسفاتيز PTP1B عددًا من مستقبلات التيروزين كينازات. يوجد PTP1B على سطح ER مع موقعه النشط في العصارة الخلوية ، ومع ذلك فإن مستقبلات التيروزين التي يعدلها موجودة في PM. على الرغم من أن هذا كان محيرًا في البداية ، فقد وجد أن PTP1B ربما يصادف ركائزه في MCS ، إما عند تقاطعات ER-PM أو عند التلامس بين ER ومقصورات إعادة التدوير الداخلية (Haj et al. ، 2002 Boute et al. ، 2003 Anderie et al. ، 2007 Eden et al. ، 2010 Nievergall et al. ، 2010). ومن المثير للاهتمام ، أنه في بعض الحالات ، يحدث تفاعل PTP1B مع الركائز في PM على أجزاء من PM التي تعد جزءًا من اتصالات الخلية الخلوية (Haj et al. ، 2012) ، مما يشير إلى أن جهات الاتصال ER-PM يمكن أن تلعب دورًا في إرسال الإشارات ، ليس فقط بين ER و PM ولكن بين الخلايا أيضًا. من المحتمل أن تسمح عملية إزالة الفسفرة من كينازات التيروزين للمستقبلات بواسطة PTP1B في مواقع الاتصال بتنظيم نشاط كيناز استجابة للتغيرات في ER أو التغييرات في البنية الخلوية التي تغير MCSs. على سبيل المثال ، يحدث نزع الفسفرة لمستقبل عامل نمو البشرة (EGFR) بواسطة PTP1B في مناطق الاتصال الوثيق بين ER والأجسام متعددة الحواف ، مما يتسبب في عزل EGFR بأجسام متعددة الخلايا (Eden et al. ، 2010). قد يوفر هذا آلية للخلايا لتنظيم مستويات EGFR على PM استجابة للإشارات في ER.

يمكن أن تعمل إنزيمات التمثيل الغذائي للدهون أيضًا في الترانس في MCSs. في حالتين ، كلاهما في الخميرة ، تم العثور على الإنزيمات الموجودة في ER لتعديل الدهون في PM في MCSs. في إحدى الحالات ، يمكن لـ phosphatase Sac1 ، الموجود على سطح ER ، إزالة الفسفرة PIPs في PM (Stefan et al. ، 2011). في الثانية ، إنزيم ER Opi3 methylates phosphatidylethanolamine في PM ، وهو تفاعل مطلوب لتحويل phosphatidylethanolamine إلى phosphatidylcholine (Tavassoli et al. ، 2013). بشكل ملحوظ ، ينظم بروتين Osh3 المرتبط بـ PIP (تونج وآخرون ، 2013) كلا التفاعلين ، مما يشير إلى أن استقلاب الدهون عند تقاطعات ER-PM ينظمه PIPs. يبدو من المحتمل أن تقاطعات ER-PM تلعب أدوارًا مهمة في دمج التمثيل الغذائي للدهون في كلا العضيات.

MCSs والاتجار بالعضيات والميراث

بالإضافة إلى كونها مواقع يتم فيها تبادل الإشارات والجزيئات الصغيرة بين الأجزاء الخلوية ، هناك أدلة متزايدة على أن تكوين MCS ينظم أيضًا تهريب العضيات والميراث.

في الخميرة في مهدها ، يتم استقطاب نقل العضية من الخلية الأم إلى برعم النمو وهو ضروري لميراث العضي السليم. يتم تنظيم نقل البيروكسيسومات والميتوكوندريا إلى البرعم من خلال ارتباطها بـ ER أو PM.

Knoblach وآخرون. وجد (2013) أن ربط ER بالبيروكسيسومات يتطلب Pex3 ، وهو بروتين غشائي متكامل موجود في كلا الجزأين ، و Inp1 ، وهو بروتين عصاري خلوي يرتبط بـ Pex3. هذا الحبل يحافظ على البيروكسيسومات في الخلايا الأم. عندما تنقسم البيروكسيسومات ، يتم نقلها إلى البرعم بواسطة محرك myosin V Motor Myo2 وتصبح متصلة بـ ER في مهدها. في الخلايا التي تفتقر إلى حبل ER- بيروكسيسوم ، تتراكم البيروكسيسومات في الخلايا الوليدة. وبالتالي ، يلعب الربط دورًا مهمًا في ضمان الاحتفاظ ببعض البيروكسيسومات في الخلايا الأم وأن كلا الخليتين ترثان البيروكسيسومات.

يتم تنظيم وراثة الميتوكوندريا في الخميرة من خلال الاتصالات الوثيقة مع كل من ER و PM. تضمن ملامسات الميتوكوندريا- PM التي يتوسطها مركب يحتوي على Num1 و Mdm36 توزيع الميتوكوندريا بشكل صحيح بين خلايا الأم وابنتها ويبدو أنها مهمة بشكل خاص للاحتفاظ بالميتوكوندريا في الخلايا الأم (Klecker et al.، 2013 Lackner et al.، 2013) . ومن المثير للاهتمام ، أن جهات الاتصال Num1 - Mdm36 ترتبط أيضًا بـ ER (Lackner وآخرون ، 2013) ، مما يشير إلى أن ثلاثة أغشية قد ترتبط بطريقة ما في MCSs. يلعب حبل ER- الميتوكوندريا الذي يحتوي على البروتين Mmr1 ، الذي يربط الميتوكوندريا بأطراف البراعم ، أيضًا دورًا في وراثة الميتوكوندريا (Swayne et al. ، 2011). وبالتالي ، يبدو أن مجمع الربط Num1 ومركب الربط Mmr1 يلعبان أدوارًا معادية في توزيع الميتوكوندريا ، حيث يعزز مجمع Num1 الاحتفاظ بالميتوكوندريا في الأم ، بينما يفضل مجمع Mmr1 الاحتفاظ في البرعم.

تلعب MCSs أيضًا دورًا في الاتجار الداخلي في خلايا الثدييات. يحتوي أحد المجمعات التي تربط ER إلى الجسيمات الداخلية VAPs و ORP1L ، وهو متماثل OSBP يمكنه ربط الكوليسترول (الشكل 1). يمكن لـ ORPlL أيضًا ربط الوحدة الفرعية اللاصقة p150 لمحرك dynein-dynactin الذي يشارك في نقل الجسيم الداخلي على طول الأنابيب الدقيقة (Johansson et al. ، 2007). عندما تكون مستويات الكوليسترول الخلوي مرتفعة ، يرتبط ORP1L بـ p150 لاصق ولكن ليس VAPs ويتم نقل الإندوسومات على الأنابيب الدقيقة. ومع ذلك ، عندما تنخفض مستويات الكوليسترول ، يخضع ORP1L لتغيير في التكوين يفصله عن p150 Glued ويسمح له بالارتباط بـ VAPs على سطح ER ، وبالتالي تشكيل حبل بين الإندوسومات و ER (Rocha et al. ، 2009). في ظل هذه الظروف ، يتم حظر نقل الجسيم الداخلي على الأنابيب الدقيقة. لذلك فإن ORPlL عبارة عن مستشعر للكوليسترول ينظم التبديل بين ارتباط الإندوسومات مع أي من المحركات أو ER.

MCSs وقسم العضيات

كشفت دراسة رائدة عن دور جديد وغير متوقع لـ MCS بين ER والميتوكوندريا: ينظم ER الانشطار الميتوكوندريا (Friedman et al. ، 2011). على الرغم من عدم توفر الفهم الآلي لكيفية مشاركة ER في انشطار الميتوكوندريا ، إلا أن تسلسل الأحداث بدأ في التركيز (الشكل 4). تطوق ER الميتوكوندريا في المواقع التي سيحدث فيها الانشقاق. يوجد مجمع ERMES في هذه المواقع (Murley et al. ، 2013). نظرًا لأن خلايا الثدييات تفتقر إلى ERMES ، يجب أن يؤدي مركب ربط آخر نفس الوظيفة في حقيقيات النوى الأعلى. يتطلب تقسيم الميتوكوندريا فصل الغشاء عن طريق البروتين الشبيه بالدينامين Dnm1 / Drp1 ، والذي يتضاعف على غشاء الميتوكوندريا الخارجي. تحدث اتصالات وثيقة بين ER والميتوكوندريا قبل تجميع Dnm1 / Drp1 ، مما يشير إلى أن هذه الاتصالات تعزز أو تنظم ارتباط Dnm1 / Drp1 بالميتوكوندريا وبالتالي تقسيم الميتوكوندريا. من الممكن أنه عندما يحيط ER بالميتوكوندريا فإنه يتسبب في انقباض الميتوكوندريا إلى قطر يسمح لـ Dnm1 / Drp1 بالتجمع. قد تأتي القوة اللازمة لدفع الانقباض من بلمرة الأكتين. وجدت دراسة حديثة أن بروتين ER ، فورمين -2 المقلوب ، ربما يقود بلمرة الأكتين في هذه المواقع وهو ضروري لدمج الميتوكوندريا (كوروبوفا وآخرون ، 2013).

إن فهم تجميع وتنظيم آلية تقسيم الميتوكوندريا في ER-Mitochondria MCSs وكيف يرتبط ذلك بالميتوكوندريا وربما وظيفة ER تظل أسئلة رائعة للمستقبل. سؤال آخر مثير للاهتمام هو ما إذا كانت MCSs الأخرى تلعب دورًا في انشطار العضيات الأخرى.

الوظائف المقترحة لـ ER- الميتوكوندريا MCS

اقترح عدد متزايد من الدراسات أن ER-Mitochondria MCSs تلعب أدوارًا حاسمة في الالتهام الذاتي ، موت الخلايا المبرمج ، الالتهاب ، إشارات أنواع الأكسجين التفاعلية ، والإشارات الأيضية. تم أيضًا تورط ER-Mitochondria MCS في مرض الزهايمر ومرض باركنسون وبعض الالتهابات الفيروسية. تمت مراجعة هذه الموضوعات مؤخرًا (Eisner et al.، 2013 Raturi and Simmen، 2013 Marchi et al.، 2014 Vance، 2014) ولن تتم مناقشتها بالتفصيل هنا.

تتمثل إحدى المشكلات في معظم الدراسات حول وظائف تقاطعات ER والميتوكوندريا في أنها تعتمد ، جزئيًا على الأقل ، على تنقية التدرج اللوني للـ ER المرتبط بالميتوكوندريا. تظل هذه الأغشية المحددة تشغيليًا ، والتي تسمى غالبًا الأغشية المرتبطة بالميتوكوندريا (MAMs) ، ضعيفة التحديد. في الواقع ، لا يبدو أن عددًا كبيرًا من البروتينات المخصبة في MAMs يتم إثرائها عند تقاطعات ER- الميتوكوندريا عندما يتم تحديد توطينها بطرق أخرى (Helle et al.، 2013 Vance، 2014). لذلك ، لا يزال من غير الواضح سبب تخصيب بعض البروتينات والدهون في MAMs.

هنا ، ستتم مناقشة نتيجتين مثيرتين للاهتمام تقترحان أهمية تقاطعات ER- الميتوكوندريا في إرسال الإشارات بالإضافة إلى دورها المعروف في إشارات Ca 2+.

يتطلب تحريض موت الخلايا المبرمج إرسال إشارة بين ER والميتوكوندريا. يحدث جزء من عملية الإشارات هذه من خلال تفاعل بين بروتين ER Bap31 وبروتين الانشطار الانشطاري للميتوكوندريا Fission 1 homologue (Fis1 Iwasawa et al. ، 2011). يحدث هذا التفاعل في ER – mitochondria MCSs وينتج عنه انقسام Bap31 بواسطة caspase-8 لتشكيل p20Bap31 ، وهو مؤيد للاستماتة. يعتبر كل من Bap31 و Fis1 جزءًا من مجمعات أكبر لا يزال يتم تمييزها. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور مؤخرًا على أن بروتينًا يسمى موت الخلية - يتضمن p53 target-1 (CDIP1) يرتبط بـ Bap31 أثناء إجهاد ER ويعزز إشارات موت الخلايا المبرمج من ER إلى الميتوكوندريا (Namba et al. ، 2013) ، مما يشير إلى كيفية إجهاد ER. تنتقل الإشارات من ER إلى الميتوكوندريا عبر MCSs.

علاقة أخرى مهمة بين ER- الميتوكوندريا MCS والإشارات لها علاقة مع الهدف من مجمعات كيناز رابامايسين (TOR) ، والتي هي منظمات حاسمة للنمو والتمثيل الغذائي. تم العثور على مركب TOR للثدييات 2 (mTORC2) للتفاعل مع مجمع IP3R - Grp75 - VDAC الذي يربط ER والميتوكوندريا (Betz et al. ، 2013). بشكل ملحوظ ، تقدم هذه الدراسة دليلاً على أن mTORC ينظم كل من تكوين MCS ER- الميتوكوندريا ووظيفة الميتوكوندريا ، مما يشير إلى آلية جديدة مثيرة للاهتمام لكيفية تأثير الإشارات الأيضية على وظيفة الميتوكوندريا عبر MCS.

الاستنتاجات ووجهات النظر

تم التعرف على إمكانية MCSs لتسهيل إشارات Ca 2+ ودهون القناة بين العضيات منذ بعض الوقت (Levine and Loewen ، 2006) ، ولكن في السنوات القليلة الماضية فقط بدأنا أخيرًا في الحصول على بعض البصيرة الميكانيكية حول كيفية تحدث هذه العمليات وكيف يتم تشكيل MCSs. العديد من الأسئلة الأساسية لا تزال بحاجة إلى معالجة. كيف يحدث تبادل الدهون في MCSs التي لا تتطلب LTPs قابل للذوبان أو ما إذا كان يحدث الانصهار العابر للأغشية في MCS على الإطلاق أسئلة مفتوحة. والآخر هو الآليات التي ينظم بها Ca 2+ تكوين MCS بين ER والعضيات الأخرى. يتمثل أحد التحديات الرئيسية لهذا المجال في ابتكار طرق أفضل لتصور MCSs وتحديد البروتينات والدهون المخصبة في هذه المواقع. من المهم بشكل خاص أن نفهم بشكل أفضل ما هو جزء MAM وما يعنيه تخصيب البروتينات والدهون في هذا الجزء.

كان أحد أكثر التطورات إثارة في دراسة MCSs في السنوات القليلة الماضية هو اكتشاف دور MCSs في تهريب العضيات والميراث والديناميات. كشفت هذه الدراسات أن MCSs لا تلعب فقط أدوارًا حاسمة في إرسال الإشارات والتمثيل الغذائي ، ولكن أيضًا تعدل التوزيع داخل الخلايا للعضيات وبنية العضية. من المحتمل أن يؤدي فهم كيفية أداء MCSs لهذه الوظائف إلى إلقاء الضوء على العلاقة بين العلاقة التي لا تزال غامضة بين بنية العضية ووظيفتها بالإضافة إلى دور ER كمنظم للعضيات الأخرى. بالنظر إلى الوتيرة الحالية للاكتشاف ، يبدو من المرجح أن معرفتنا بوظائف MCS ستنمو بشكل كبير في السنوات القليلة المقبلة.


الإشارات في البكتيريا

تسمح الإشارات البكتيرية للبكتيريا بمراقبة الظروف الخلوية والتواصل مع بعضها البعض.

أهداف التعلم

وصف كيفية حدوث إشارات الخلية في الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يبدأ التعبير الجيني في البكتيريا عندما تصل الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين.
  • تسمى الإشارات البكتيرية استشعار النصاب لأن كثافة الخلية هي العامل المحدد للإشارة.
  • يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية ، التي تفرزها البكتيريا للتواصل مع البكتيريا الأخرى من نفس النوع ، مثل جزيئات الإشارة.
  • قد تكون المحرضات الذاتية جزيئات صغيرة كارهة للماء ، أو يمكن أن تكون جزيئات أكبر قائمة على الببتيد بغض النظر ، كل نوع من الجزيئات له طريقة عمل مختلفة.
  • تشكل بعض البكتيريا أغشية حيوية ، وهي عبارة عن مستعمرات معقدة من البكتيريا تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف.

الشروط الاساسية

  • إدراك النصاب: طريقة للتواصل بين الخلايا البكتيرية عن طريق إطلاق واستشعار جزيئات الإشارة الصغيرة القابلة للانتشار
  • المحرض الذاتي: أي من المركبات العديدة التي تصنعها البكتيريا والتي لها وظائف تأشير في استشعار النصاب
  • بيوفيلم: طبقة رقيقة من المخاط تم إنشاؤها وتحتوي على مستعمرة من البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى

الإشارات في البكتيريا

تُمكِّن الإشارات في البكتيريا ، المعروفة باسم استشعار النصاب ، البكتيريا من مراقبة الظروف خارج الخلية ، والتأكد من وجود كميات كافية من العناصر الغذائية ، وتجنب المواقف الخطرة. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. عندما وصلت الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين ، بدأ التعبير الجيني المحدد: أنتجت البكتيريا بروتينات ضيائية حيوية تنبعث منها الضوء. نظرًا لأن عدد الخلايا الموجودة في البيئة (كثافة الخلية) هو العامل المحدد للإشارة ، فقد تم تسمية الإشارات البكتيرية باسم استشعار النصاب. ومن المثير للاهتمام ، في السياسة والأعمال ، أن النصاب القانوني هو الحد الأدنى لعدد الأعضاء المطلوب حضورهم للتصويت على قضية ما.

يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الذاتية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. يمكن أن تكون المحرضات الذاتية المفرزة عبارة عن جزيئات صغيرة كارهة للماء ، مثل أسيل هوموسيرين لاكتون (AHL) ، أو جزيئات أكبر قائمة على الببتيد. لكل نوع من الجزيئات طريقة عمل مختلفة. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني. تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

المحرضات الآلية: المحرضات الذاتية هي جزيئات صغيرة أو بروتينات تنتجها البكتيريا التي تنظم التعبير الجيني.

تشكل بعض أنواع البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب أغشية حيوية ، وهي مستعمرات معقدة من البكتيريا (غالبًا ما تحتوي على عدة أنواع) تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف. يمكن أحيانًا العثور على الأغشية الحيوية البكتيرية على المعدات الطبية. عندما تغزو الأغشية الحيوية الغرسات ، مثل بدائل الورك أو الركبة أو أجهزة تنظيم ضربات القلب ، فإنها يمكن أن تسبب التهابات تهدد الحياة.

الأغشية الحيوية البكتيرية: اتصال الخلايا الخلوية يمكّن هذه البكتيريا العنقودية الذهبية من العمل معًا لتشكيل غشاء حيوي داخل قثطار المريض بالمستشفى # 8217s ، ويُرى هنا عبر الفحص المجهري الإلكتروني. المكورات العنقودية الذهبية هي السبب الرئيسي للعدوى المكتسبة من المستشفيات. (ب) لدى حبار هاواي ذيل الحصان علاقة تكافلية مع بكتيريا الضيائية الحيوية Vibrio fischeri. يجعل اللمعان من الصعب رؤية الحبار من الأسفل لأنه يزيل ظله بشكل فعال. في مقابل التمويه ، يوفر الحبار الغذاء للبكتيريا. لا ينتج V. fischeri الذي يعيش بحرية ، luciferase ، وهو الإنزيم المسؤول عن التلألؤ ، لكن V. fischeri تعيش في علاقة تكافلية مع الحبار. يحدد استشعار النصاب ما إذا كان يجب على البكتيريا إنتاج إنزيم لوسيفيراز.


شاهد الفيديو: chapter 3 Cell signaling الاشارات بين الخلايا وطرق الاتصال بين الخلايا في جسم الانسان (أغسطس 2022).