Различни видове клетъчна комуникация

Клетките в многоклетъчните организми трябва да поемат специализирани роли и трябва да знаят кога да извършват специфични дейности. Клетките координират своите действия чрез различни видове клетъчна комуникация, наричани още клетъчна сигнализация. Типичните клетъчни сигнали имат химичен характер и могат да бъдат насочени локално или към организма като цяло.

Клетъчната комуникация е многоетапен процес, който включва следното:

• Изпращане на химичния сигнал.
• Получаване на сигнала към рецептора на външната мембрана на целевата клетка.
  
• Препредаване на сигнала във вътрешността на целевата клетка.
• Промяна на поведението на целевата клетка.

Различните видове клетъчна комуникация следват едни и същи стъпки, но се различават по скоростта на сигналния процес и разстоянието, на което той действа. Нервните клетки сигнализират бързо, но локално, докато жлезите, освобождаващи хормони, работят по-бавно, но в целия организъм.

Различните видове клетъчна сигнализация са се развили, за да се вземат предвид изискванията за скорост и разстояние за различните клетъчни функции.

Клетките използват различни видове сигнализация в зависимост от това до кои други клетки искат да достигнат. Четирите типа клетъчна комуникация са:

• Паракрин: Сигнализиращата клетка отделя химикал, който дифузира локално към целевите клетки.
  
• Автокрин: Подобно на паракринната сигнализация, но целевата клетка е сигналната клетка. Клетката изпраща сигнали от една област на клетъчната мембрана към друга.
• Ендокринни: Ендокринната сигнализация произвежда хормон, който пътува през целия организъм чрез кръвоносната система.
• Синаптик: Изпращащата и приемащата клетки са изградили синаптична структура, довеждайки техните клетъчни мембрани в близък контакт за лесен обмен на сигнали.

Клетките освобождават химически сигнали, за да уведомят другите клетки какви действия предприемат и те получават сигнали, които ги информират за дейността на други клетки на организма. Действия като клетъчно делене, клетъчният растеж, клетъчната смърт и производството на протеини се координира чрез различните видове клетъчна сигнализация.

По време на паракринното сигнализиране клетката отделя химикал, който в крайна сметка причинява специфични промени в поведението на съседните клетки. Изхождащата клетка произвежда химическия сигнал, който се разпространява в тъканта наблизо. Химикалът не е стабилен и се влошава, ако трябва да пътува на големи разстояния.

В резултат на това се използва паракринна сигнализация за локална клетъчна комуникация.

Химикалът, който клетката произвежда, е насочен към други специфични клетки. Целевите клетки имат рецептори на клетъчните си мембрани за секретирания химикал. Нецелевите клетки нямат необходимите рецептори и не са засегнати. Секретираният химикал се прикрепя към рецепторите на целевите клетки и предизвиква реакция вътре в клетката. Реакцията от своя страна влияе върху целевото поведение на клетките.

Например, кожни клетки растат на слоеве, като горният слой е съставен от мъртви клетки. Клетки от различна тъкан лежат под долния слой на кожните клетки. Локалното клетъчно сигнализиране гарантира, че кожните клетки знаят в кой слой се намират и дали трябва да се разделят, за да заменят мъртвите клетки.

Паракринната сигнализация се използва и за комуникация вътре мускулна тъкан. Паракринният химичен сигнал от нервните клетки в мускула кара мускулните клетки да се свиват, позволявайки движение на мускулите в по-големия организъм.

Автокринната сигнализация е подобна на паракринната, но действа върху клетката, която първоначално секретира сигнала. Оригиналната клетка произвежда химически сигнал, но рецепторите за сигнала са в една и съща клетка. В резултат на това клетката се стимулира да промени поведението си.

Например клетката може да отдели химикал, който насърчава растежа на клетките. Сигналът се разпръсква в локалната тъкан, но се улавя от рецепторите на изходната клетка. След това клетката, която е отделила сигнала, се стимулира да участва в по-голям растеж.

Тази функция е полезна при ембриони, където растежът е важен, а също така насърчава ефективна диференциация на клетките, когато автокринното сигнализиране засилва идентичността на клетката. Автокринната самостимулация е рядка при здрави здрави тъкани при възрастни, но може да се намери при някои видове рак.

При ендокринната сигнализация, произхождащата клетка секретира хормон, който е стабилен на големи разстояния. Хормонът дифузира през клетъчната тъкан в капиляри и пътува през кръвоносната система на организма.

Ендокринните хормони се разпространяват в тялото и насочват клетките на места, отдалечени от сигналната клетка. Целевите клетки имат рецептори за хормона и променят поведението си, когато рецепторите се активират.

Например, клетките в надбъбречната жлеза произвеждат хормона адреналин, който кара тялото да влезе в режим „борба или бягство“. Хормонът се разпространява в тялото в кръвта и причинява реакции в целевите клетки. Кръвоносни съдове свиват се, за да повишат кръвното налягане на мускулите, сърцето помпа по-бързо и някои потни жлези се активират. Целият организъм се поставя в състояние на готовност за допълнително натоварване.

Хормонът е еднакъв навсякъде, но когато задейства рецепторите на клетките, клетките променят поведението си по различни начини.

Когато две клетки непрекъснато трябва да обменят обширна сигнализация, има смисъл да се изграждат специални комуникационни структури, които да улесняват обмена на химични сигнали. The синапс е клетъчно удължение, което приближава външните клетъчни мембрани на две клетки в непосредствена близост. Сигнализирането в синапса винаги свързва само две клетки, но клетката може да има толкова близки асоциации с няколко клетки едновременно.

Химични сигнали, пуснати в синаптична празнина се приемат незабавно от рецепторите на партньорските клетки. За някои клетки празнината е толкова малка, че клетките ефективно се докосват. В този случай химичните сигнали на външната клетъчна мембрана на една клетка могат директно да ангажират рецепторите на мембраната на другата клетка и комуникацията е особено бърза.

Типична синаптична комуникация се осъществява между неврони в мозъка. Мозъчните клетки изграждат синапси, за да установят предпочитани комуникационни канали с някои съседни клетки. Тогава клетките могат да комуникират особено добре със своите синаптични комуникационни партньори, обменяйки химически сигнали бързо и често.

Изпращането на клетъчен комуникационен сигнал е относително право напред, тъй като клетката секретира химичното вещество и сигналът се разпределя според вида си. Получаването на сигнал е по-сложно, тъй като химическият сигнал остава извън целевата клетка. Преди сигналът да може да промени поведението на клетката, той трябва да влезе в клетката и да задейства промяната.

Първо, целевата клетка трябва да има рецептори, съответстващи на химичния сигнал. Рецепторите са химикали на повърхността на клетката, които могат да се свържат с определени химични сигнали. Когато рецепторът се свърже с химичен сигнал, той освобождава спусък от вътрешната страна на клетъчната мембрана.

След това спусъкът включва процес на предаване на сигнала в която задействаният химикал е насочен към част от клетката, където поведението на клетката трябва да се промени.

Клетките растат и се делят в резултат на сигнализиране от други клетки. Такъв сигнал за растеж се свързва с целевите клетъчни рецептори и задейства сигнална трансдукция вътре в клетката. Трансдукционният химикал навлиза в клетъчното ядро ​​и кара клетката да инициира растеж и последващо клетъчно делене.

Трансдукционният химикал постига това чрез въздействие генната експресия. Той активира гените, които са отговорни за производството на допълнителни клетъчни протеини, които карат клетката да расте и да се дели. Клетката изразява нов набор от гени и променя поведението си в съответствие с получения сигнал.

Клетките също могат да променят поведението си според клетъчните сигнали, като променят количеството енергия, която произвеждат, променят количествата химикали, които отделят или ангажират в клетката апоптоза или контролирана клетъчна смърт. Цикълът на клетъчната комуникация остава същият, като клетките произвеждат сигнали, целевите клетки ги получават и целевите клетки след това променят поведението си според получения сигнал.