أنواع مختلفة من الاتصالات الخلوية

يجب أن تقوم الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا بأدوار متخصصة ويجب أن تعرف متى تقوم بأنشطة محددة. تنسق الخلايا أفعالها من خلال أنواع مختلفة من الاتصالات الخلوية ، تسمى أيضًا الإشارات الخلوية. إشارات الخلية النموذجية هي إشارات كيميائية بطبيعتها ويمكن استهدافها محليًا أو للكائن الحي بشكل عام.

الاتصال الخلوي هو عملية متعددة المراحل تشمل ما يلي:

• إرسال الإشارة الكيميائية.
• استقبال الإشارة من مستقبل الغشاء الخارجي للخلية المستهدفة.
  
• ترحيل الإشارة إلى داخل الخلية المستهدفة.
• تغيير سلوك الخلية المستهدفة.

تتبع جميع أنواع الاتصالات الخلوية المختلفة نفس الخطوات ولكنها تميز نفسها بسرعة عملية إرسال الإشارات والمسافة التي تعمل بها. ترسل الخلايا العصبية إشارات سريعة ولكن محليًا بينما تعمل الغدد التي تطلق الهرمونات بشكل أبطأ ولكن في جميع أنحاء الكائن الحي.

تطورت الأنواع المختلفة من الإشارات الخلوية لتأخذ في الاعتبار متطلبات السرعة والمسافة لمختلف وظائف الخلية.

تستخدم الخلايا أنواعًا مختلفة من الإشارات اعتمادًا على الخلايا الأخرى التي تريد الوصول إليها. الأنواع الأربعة للاتصالات الخلوية هي:

• باراكرين: تفرز خلية الإشارة مادة كيميائية تنتشر محليًا لاستهداف الخلايا.
  
• الأوتوكرين: على غرار إشارات paracrine ، لكن الخلية المستهدفة هي خلية الإشارة. ترسل الخلية إشارات من منطقة غشاء خلية إلى أخرى.
• الغدد الصماء: تنتج إشارات الغدد الصماء هرمونًا ينتقل في جميع أنحاء الكائن الحي عبر الجهاز الدوري.
• متشابك: لقد بنت الخلايا المرسلة والمستقبلة بنية متشابكة تجعل أغشية الخلايا الخاصة بها على اتصال وثيق لتسهيل تبادل الإشارات.

تطلق الخلايا إشارات كيميائية للسماح للخلايا الأخرى بمعرفة الإجراءات التي تتخذها ، وتتلقى إشارات تخبرهم بأنشطة خلايا الكائن الحي الأخرى. إجراءات مثل انقسام الخلية، يتم تنسيق نمو الخلايا وموت الخلايا وإنتاج البروتينات من خلال أنواع مختلفة من إشارات الخلايا.

أثناء إشارات paracrine ، تفرز الخلية مادة كيميائية تسبب في النهاية تغيرات محددة في سلوك الخلايا المجاورة. تنتج الخلية الأصلية الإشارة الكيميائية التي تنتشر في جميع أنحاء الأنسجة المجاورة. المادة الكيميائية غير مستقرة وتتدهور إذا كان عليها السفر لمسافات طويلة.

نتيجة لذلك ، يتم استخدام إشارات paracrine ل الاتصال الخلوي المحلي.

تستهدف المادة الكيميائية التي تنتجها الخلية خلايا محددة أخرى. تحتوي الخلايا المستهدفة على مستقبلات على أغشية الخلايا الخاصة بها للمادة الكيميائية المُفرزة. لا تحتوي الخلايا غير المستهدفة على المستقبلات المطلوبة ولا تتأثر. تلتصق المادة الكيميائية المُفرزة بمستقبلات الخلايا المستهدفة وتؤدي إلى تفاعل داخل الخلية. رد الفعل بدوره يؤثر على سلوك الخلية المستهدفة.

على سبيل المثال، خلايا الجلد تنمو في طبقات مع الطبقة العليا المكونة من الخلايا الميتة. تقع خلايا من نسيج مختلف تحت الطبقة السفلية من خلايا الجلد. تضمن إشارات الخلايا المحلية أن تعرف خلايا الجلد الطبقة التي توجد فيها وما إذا كان يتعين عليها الانقسام لاستبدال الخلايا الميتة.

تستخدم إشارات Paracrine أيضًا للتواصل في الداخل أنسجة عضلية. تؤدي الإشارة الكيميائية paracrine من الخلايا العصبية في العضلات إلى تقلص خلايا العضلات ، مما يسمح بحركة العضلات في الكائن الحي الأكبر.

تشبه إشارات الأوتوكرين إشارات paracrine ولكنها تعمل على الخلية التي تفرز الإشارة في البداية. تنتج الخلية الأصلية إشارة كيميائية ، لكن مستقبلات الإشارة موجودة في نفس الخلية. نتيجة لذلك ، تحفز الخلية نفسها لتغيير سلوكها.

على سبيل المثال ، يمكن للخلية أن تفرز مادة كيميائية تعزز نمو الخلايا. تنتشر الإشارة في جميع أنحاء الأنسجة المحلية ولكن يتم التقاطها بواسطة مستقبلات على الخلية الأصلية. يتم بعد ذلك تحفيز الخلية التي تفرز الإشارة للانخراط في مزيد من النمو.

هذه الميزة مفيدة في الأجنة حيث يكون النمو مهمًا ، كما أنها تعزز التمايز الفعال للخلايا ، عندما تعزز الإشارات المستبدة هوية الخلية. يعد التحفيز الذاتي للأوتوكرين أمرًا نادرًا في الأنسجة السليمة للبالغين ولكن يمكن العثور عليه في بعض أنواع السرطان.

في إشارات الغدد الصماء ، تفرز الخلية الأصلية هرمونًا مستقرًا على مسافات طويلة. ينتشر الهرمون عبر أنسجة الخلية في الشعيرات الدموية وينتقل عبر الجهاز الدوري للكائن الحي.

تنتشر هرمونات الغدد الصماء في جميع أنحاء الجسم وتستهدف الخلايا في أماكن بعيدة عن خلية الإشارة. الخلايا المستهدفة لها مستقبلات للهرمون وتغير سلوكها عند تنشيط المستقبلات.

على سبيل المثال ، تنتج الخلايا الموجودة في الغدة الكظرية هرمون الأدرينالين ، الذي يجعل الجسم يدخل في وضع "القتال أو الهروب". ينتشر الهرمون في جميع أنحاء الجسم في الدم ويسبب ردود فعل في الخلايا المستهدفة. الأوعية الدموية ينقبض لزيادة ضغط الدم للعضلات ، يضخ القلب بسرعة أكبر ويتم تنشيط بعض الغدد العرقية. يتم وضع الكائن الحي بأكمله في حالة استعداد لمجهود إضافي.

الهرمون هو نفسه في كل مكان ، ولكن عندما يطلق المستقبلات في الخلايا ، تغير الخلايا سلوكها بطرق مختلفة.

عندما تضطر خليتان باستمرار إلى تبادل إشارات واسعة النطاق ، فمن المنطقي بناء هياكل اتصال خاصة لتسهيل تبادل الإشارات الكيميائية. ال تشابك عصبى هو امتداد للخلية يجعل أغشية الخلايا الخارجية لخليتين على مقربة. دائمًا ما تربط الإشارات عبر المشبك خليتين فقط ، ولكن يمكن أن يكون للخلية روابط وثيقة مع عدة خلايا في نفس الوقت.

تنطلق الإشارات الكيميائية في فجوة متشابكة على الفور من قبل مستقبلات الخلايا الشريكة. بالنسبة لبعض الخلايا ، تكون الفجوة صغيرة جدًا بحيث تتلامس الخلايا بشكل فعال. في هذه الحالة ، يمكن للإشارات الكيميائية الموجودة على الغشاء الخارجي للخلية أن تشتبك مباشرة مع المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية الأخرى ، ويكون الاتصال سريعًا بشكل خاص.

يحدث اتصال متشابك نموذجي بين الخلايا العصبية في الدماغ. تقوم خلايا الدماغ ببناء نقاط الاشتباك العصبي لإنشاء قنوات اتصال مفضلة مع بعض الخلايا المجاورة. يمكن للخلايا بعد ذلك التواصل بشكل جيد مع شركائها في الاتصال المشبكي ، وتبادل الإشارات الكيميائية بسرعة وبشكل متكرر.

يعد إرسال إشارة الاتصال الخلوي أمرًا مستقيمًا نسبيًا حيث تفرز الخلية المادة الكيميائية ويتم توزيع الإشارة وفقًا لنوعها. يعتبر استقبال الإشارة أكثر تعقيدًا لأن الإشارة الكيميائية تبقى خارج الخلية المستهدفة. قبل أن تتمكن الإشارة من تغيير سلوك الخلية ، يجب أن تدخل الخلية وتحفز التغيير.

أولاً ، يجب أن تحتوي الخلية المستهدفة على مستقبلات تتوافق مع الإشارة الكيميائية. المستقبلات عبارة عن مواد كيميائية على سطح الخلية يمكنها الارتباط بإشارات كيميائية معينة. عندما يرتبط المستقبل بإشارة كيميائية ، فإنه يطلق محفزًا داخل غشاء الخلية.

يقوم المشغل بعد ذلك بإشراك عملية نقل الإشارة حيث تستهدف المادة الكيميائية المحفزة جزءًا من الخلية حيث يجب أن يتغير سلوك الخلية.

تنمو الخلايا وتنقسم نتيجة إرسال إشارات من خلايا أخرى. ترتبط إشارة النمو هذه بمستقبلات الخلية المستهدفة وتؤدي إلى نقل إشارة داخل الخلية. تدخل مادة النقل الكيميائية إلى نواة الخلية وتؤدي إلى بدء الخلية في النمو والانقسام اللاحق للخلية.

تقوم المادة الكيميائية التحويلية بتحقيق ذلك من خلال التأثير التعبير الجيني. ينشط الجينات المسؤولة عن إنتاج بروتينات خلوية إضافية تجعل الخلية تنمو وتنقسم. تعبر الخلية عن مجموعة جديدة من الجينات وتغير سلوكها وفقًا للإشارة التي تم استقبالها.

يمكن للخلايا أيضًا تغيير سلوكها وفقًا لإشارات الخلية عن طريق تغيير كمية الطاقة التي تنتجها أو تغيير كميات المواد الكيميائية التي تفرزها أو الانخراط في الخلية موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المتحكم فيه. تظل دورة الاتصال الخلوي كما هي ، مع قيام الخلايا بإنشاء الإشارات ، والخلايا المستهدفة تستقبلها والخلايا المستهدفة ثم تغير سلوكها وفقًا للإشارة المستلمة.