Hoofdstuk 16 cel signaling
Omgeving, individuele cellen en cellen van een multicellulair organisme moeten hun omgeving waar
kunnen nemen en er op kunnen reageren. Een eencellige moet bv voedsel kunnen vinden, het
verschil tussen licht en donker waar kunnen nemen en misschien kunnen communiceren met andere.
Gistcellen, zijn eencellig maar moeten met elkaar kunnen communiceren wanneer zij willen
voortplanten. Zo kan een gistcel een ‘mating factor’ uitscheiden en een gistcel van het andere
geslacht kan hier op reageren door zijn celdeling te remmen en naar de betreffende cel te gaan.
Multicellulair organisme, in een multicellulair organisme moeten cellen hun gedrag op elkaar af
kunnen stemmen. Cel-cel interacties zijn erg belangrijk.
Principes van cel signaling
Signaling cel, produceert een bepaald type extracellulair signaal molecuul dat waargenomen kan
worden door een target cel. Een cel kan zowel een signaling als een target cel zijn.
Receptoren, target cellen bevatten receptoren die signaal moleculen herkennen en er op reageren.
Signaaltransductie, begint als een receptor een extracellulair signaal ontvangt en dit omzet in een
intracellulair signaal molecuul dat het celgedrag verandert. Dit proces van omzetting is de
signaaltransductie.
Cel signaling, onder cel signaling valt met name signaalreceptie en -transductie.
Extracellulair signaalmolecuul, een signaalmolecuul kan van alles zijn: eiwit, peptide, aminozuur,
nucleotide, steroïde, vetzuur afgeleiden of zelfs opgeloste gassen. Deze zijn allemaal afhankelijk van
een paar manieren van communicatie van het signaal:
- Endocriene signaling, hierbij wordt het signaal
over het hele lichaam (van een multicellulair
organisme) verspreid door bloed of sap (bij
planten). Extracellulaire signaalmoleculen die
op deze manier gebruikt worden, noemen we
hormonen.
- Paracriene signaling, het signaalmoleculen
diffundeert hier door de extracellulaire
vloeistof en blijft dus in de buurt van de cel die
het signaal heeft gesecreteerd. Deze signalen
dienen dus als local mediators. Dit zie je bv bij
signaalmoleculen die een ontstekingsreactie
reguleren of celdeling bij een wond reguleren.
Als een cel op zijn eigen local mediators
reageert, spreek je van autocriene signaling.
Kankercellen promoton soms hun eigen
overleving of proliferatie op deze manier.
- Neuronale signaling, net als endocriene cellen kunnen neuronale cellen signalen doorgeven
over een grote afstand. Hier wordt de boodschap echter niet aan iedere cel beschikbaar
gesteld, maar wordt de boodschap snel en specifiek aan individuele targetcellen gegeven.
Elke elektrische impuls stimuleert secretie van neurotransmitters in axon terminals.
- Contact afhankelijke signaling, deze stijl heeft geen secretie van moleculen nodig. Cellen
maken hierbij direct fysiek contact door signaalmoleculen op het plasmamembraan van de
signaling cel en receptor moleculen op het plasmamembraan van de target cel. Bij
ontwikkeling van de embryo spelen cel-cel contacten een rol.
Endocriene cellen, cellen die hormonen uitscheiden, heten endocriene cellen.
Respons, een typische cel in een multicellulair organisme wordt aan honderden verschillende
signaalmoleculen blootgesteld. Deze kunnen vrij in de extracellulaire vloeistof zitten in de
extracellulaire matrix zitten of aan het oppervlakte van naastgelegen cellen gebonden zijn. Elke cel
moet selectief op deze signalen reageren.
, Receptor, of een cel überhaupt op een signaal reageert of niet hangt ervan af of de cel een receptor
bevat voor het betreffende signaal. Elke receptor wordt meestal maar door één signaal geactiveerd.
Door een gelimiteerde set aan receptoren te produceren sluit een cel zich al van veel signalen af.
Deze gelimiteerde set kan de cel alsnog op veel manier beïnvloeden: vormverandering, celbeweging,
metabolisme, genexpressie of een combinatie van. Het signaal van een celoppervlakte receptor
wordt meestal via een set van intracellulaire signaling moleculen doorgegeven binnen de target cel.
Deze moleculen reageren in een bepaalde volgorde en veranderen uiteindelijk de activiteit van
effector eiwitten.
Effector eiwitten, zijn de eiwitten die een direct effect hebben op het gedrag v/d target cel.
Intracellulaire signaling moleculen, het systeem van intracellulaire doorgifte van een signaal en de
intracellulaire effector eiwitten die daar op reageren verschillen van cel- tot celtype. Verschillende
typen cellen kunnen dus verschillend reageren op hetzelfde signaalmolecuul. Zo zal een hart
pacemaker cel minder gaan vuren als reactie op acetylcholine, terwijl een slijmklier juist slijm gaat
secreteren een spiercel samen gaat trekken als reactie op acetylcholine. Het is dus niet alleen het
extracellulaire signaalmolecuul, maar ook de informatiedoorgifte in target cel die de respons bepaalt.
Meerdere receptoren, elke cel bevat vele soorten receptoren die allemaal in
vele kopieën aanwezig zijn. Een combinatie van signaalmoleculen kan
hierdoor een respons oproepen die anders is dan het effect van elk signaal
molecuul op zichzelf. Dit gebeurt o.a. omdat het intracellulaire doorgifte
systeem dat door meerdere signalen geactiveerd wordt met elkaar
interacteert. Het effect van het ene signaal modificeert dus het effect van
het ander. Dit is in de afbeelding weergegeven, waarin je ook ziet dat een
cel die geen signalen ontvangt doodgaat.
Snelheid respons, de tijd die het duurt voor een cel reageert op een
extracellulaire signaal is afhankelijk van hetgeen wat gebeurt als het signaal
ontvangen is. Als het signaal effect heeft op de activiteit van eiwitten die al
aanwezig zijn in de target snel, vindt de respons meestal snel plaats. Als het
extracellulaire signaal echter veranderingen oplevert in genexpressie en
eiwitproductie, zal het wat langer duren voor er een respons optreedt. Denk
bijvoorbeeld aan celgroei en deling.
Extracellulair signaalmoleculen, er zijn twee klassen van extracellulaire
signaalmoleculen:
1. De grootste klasse wordt gevormd door moleculen die te groot of te
hydrofiel zijn om het plasmamembraan van de target cel over te steken. Zij
zijn afhankelijk van oppervlaktereceptoren om hun boodschap door te
geven.
2. De tweede en kleinere klasse wordt gevormd door moleculen die klein of
hydrofoob genoeg zijn om door het plasmamembraan het cytosol in te
komen. Deze activeren meestal intracellulaire enzymen of binden aan
intracellulaire receptoren die genexpressie reguleren.
Steroïde hormonen, zijn afhankelijk van intracellulaire receptoren en tot deze
familie behoren o.a. cortisol, estradiol, testosteron en de thyroïde hormonen. Deze
hormonen gaan door het plasmamembraan v/d target cel en binden dan aan een
receptor in het cytosol of in de celkern. Een bepaald hormoon reguleert meestal
andere sets van genen in verschillende celtypen.
Kern receptoren, zowel receptoren in het cytosol als in de kern worden kern
receptoren genoemd, omdat ze als transcriptieregulator in de kern dienen als ze
door een hormoon geactiveerd worden. Als een hormoon bindt, ondergaat de receptor een
conformatieverandering, waardoor die transcriptie van specifieke kan promoten of remmen.
Gassen, opgeloste gassen kunnen ook het plasmamembraan passeren en in het cytosol de activiteit
van specifieke intracellulaire eiwitten reguleren. Deze directe benadering zorgt voor een snelle
respons (seconden tot minuten).
