Různé typy buněčné komunikace

Buňky v mnohobuněčných organismech musí zaujímat specializované role a musí vědět, kdy mají provádět konkrétní činnosti. Buňky koordinují své akce prostřednictvím různých typů buněčné komunikace, nazývané také buněčná signalizace. Typické buněčné signály jsou chemické povahy a lze je cílit lokálně nebo obecně pro organismus.

Mobilní komunikace je vícestupňový proces, který zahrnuje následující:

• Odesílání chemického signálu.
• Příjem signálu na receptor vnější membrány cílové buňky.
  
• Přenos signálu do vnitřku cílové buňky.
• Změna chování cílové buňky.

Všechny různé typy buněčné komunikace postupují podle stejných kroků, ale odlišují se rychlostí procesu signalizace a vzdáleností, na kterou působí. Nervové buňky signalizují rychle, ale lokálně, zatímco žlázy uvolňující hormony pracují pomaleji, ale v celém organismu.

Různé typy buněčné signalizace se vyvinuly tak, aby zohledňovaly požadavky na rychlost a vzdálenost pro různé funkce buněk.

Buňky používají různé typy signalizace podle toho, do kterých dalších buněk se chtějí dostat. Čtyři typy buněčné komunikace jsou:

• Parakrin: Signální buňka vylučuje chemickou látku, která lokálně difunduje do cílových buněk.
  
• Autokrinní: Podobně jako parakrinní signalizace, ale cílová buňka je signální buňka. Buňka vysílá signály z jedné oblasti buněčné membrány do druhé.
• Endokrinní: Endokrinní signalizace produkuje hormon, který prochází tělem přes oběhový systém.
• Synaptický: Vysílající a přijímající buňky mají vybudovanou synaptickou strukturu, díky níž jsou jejich buněčné membrány v těsném kontaktu pro snadnou výměnu signálů.

Buňky uvolňují chemické signály, aby ostatní buňky věděly, jaké kroky provádějí, a přijímají signály, které je informují o činnosti buněk jiného organismu. Akce jako buněčné dělení, buněčný růst, buněčná smrt a produkce proteinů je koordinována prostřednictvím různých typů buněčné signalizace.

Během parakrinní signalizace buňka vylučuje chemickou látku, která nakonec způsobí specifické změny v chování sousedních buněk. Původní buňka produkuje chemický signál, který difunduje do okolní tkáně. Chemická látka není stabilní a zhoršuje se, pokud musí cestovat na dlouhé vzdálenosti.

Ve výsledku se používá parakrinní signalizace místní buňková komunikace.

Chemická látka, kterou buňka produkuje, je zaměřena na jiné specifické buňky. Cílené buňky mají receptory na svých buněčných membránách pro vylučovanou chemickou látku. Necílené buňky nemají požadované receptory a nejsou ovlivněny. Vylučovaná chemická látka se váže na receptory cílených buněk a spouští reakci uvnitř buňky. Reakce zase ovlivňuje cílené chování buněk.

Například, kožní buňky rostou ve vrstvách, přičemž horní vrstva se skládá z odumřelých buněk. Buňky jiné tkáně leží pod spodní vrstvou kožních buněk. Signalizace lokálních buněk zajišťuje, že kožní buňky vědí, ve které vrstvě se nacházejí, a zda se musí dělit, aby nahradily mrtvé buňky.

Parakrinní signalizace se také používá ke komunikaci uvnitř svalová tkáň. Parakrinní chemický signál z nervových buněk ve svalu způsobí kontrakci svalových buněk, což umožňuje pohyb svalů ve větším organismu.

Autokrinní signalizace je podobná parakrinní signalizaci, ale působí na buňku, která původně sekretuje signál. Původní buňka produkuje chemický signál, ale receptory pro signál jsou ve stejné buňce. Výsledkem je, že se buňka stimuluje ke změně svého chování.

Například buňka může vylučovat chemickou látku, která podporuje růst buněk. Signál difunduje do místní tkáně, ale je zachycen receptory na původní buňce. Buňka, která sekretovala signál, je poté stimulována k dalšímu růstu.

Tato funkce je užitečná u embryí, kde je důležitý růst, a také podporuje efektivní diferenciaci buněk, když autokrinní signalizace posiluje identitu buňky. Autokrinní autostimulace je u dospělých zdravých tkání vzácná, ale lze ji nalézt u některých druhů rakoviny.

Při endokrinní signalizaci vylučuje původní buňka hormon, který je stabilní na velké vzdálenosti. Hormon difunduje přes buněčnou tkáň do kapilár a cestuje oběhovým systémem organismu.

Endokrinní hormony se šíří po celém těle a cílových buňkách v místech vzdálených od signální buňky. Cílové buňky mají receptory pro hormon a mění své chování, když jsou receptory aktivovány.

Například buňky v nadledvinách produkují hormon adrenalin, který způsobuje, že tělo přejde do režimu „boj nebo útěk“. Hormon se šíří po celém těle v krvi a způsobuje reakce v cílených buňkách. Cévy Omezit na zvýšení krevního tlaku na svaly, srdce pumpuje rychleji a některé potní žlázy jsou aktivovány. Celý organismus je uveden do stavu připravenosti na další námahu.

Hormon je všude stejný, ale když spouští receptory na buňkách, buňky mění své chování různými způsoby.

Když dvě buňky musí nepřetržitě vyměňovat rozsáhlou signalizaci, má smysl vybudovat speciální komunikační struktury, které usnadní výměnu chemických signálů. The synapse je buněčná extenze, která přivádí vnější buněčné membrány dvou buněk do těsné blízkosti. Signalizace napříč synapsí vždy spojuje pouze dvě buňky, ale buňka může mít tak úzkou asociaci s několika buňkami současně.

Chemické signály uvolňované do synaptická mezera jsou okamžitě absorbovány receptory partnerských buněk. U některých buněk je mezera tak malá, že se buňky skutečně dotýkají. V takovém případě mohou chemické signály na vnější buněčné membráně jedné buňky přímo zabírat receptory na membráně druhé buňky a komunikace je obzvláště rychlá.

Typická synaptická komunikace probíhá mezi neurony v mozku. Mozkové buňky konstruují synapse, aby vytvořily preferované komunikační kanály s některými sousedními buňkami. Buňky pak mohou obzvláště dobře komunikovat se svými synaptickými komunikačními partnery a rychle a často si vyměňovat chemické signály.

Odeslání buněčného komunikačního signálu je relativně přímé, protože buňka vylučuje chemickou látku a signál je distribuován podle svého typu. Příjem signálu je komplikovanější, protože signální chemická látka zůstává mimo cílovou buňku. Než signál může změnit chování buňky, musí vstoupit do buňky a spustit změnu.

Nejprve musí mít cílová buňka receptory odpovídající chemickému signálu. Receptory jsou chemikálie na povrchu buňky, které se mohou vázat na určité chemické signály. Když se receptor váže na chemický signál, uvolňuje spoušť na vnitřní straně buněčné membrány.

Spoušť pak zapojí proces signální transdukce ve kterém spuštěná chemická látka zacílí na část buňky, kde by se mělo změnit chování buňky.

Buňky rostou a dělí se v důsledku signalizace z jiných buněk. Takový růstový signál se váže na receptory cílové buňky a spouští signální transdukci uvnitř buňky. Transdukční chemikálie vstupuje do buněčného jádra a způsobuje, že buňka iniciuje růst a následné dělení buněk.

Transdukční chemikálie toho dosahuje ovlivňováním genová exprese. Aktivuje geny, které jsou odpovědné za produkci dalších buněčných proteinů, díky nimž buňka roste a dělí se. Buňka exprimuje novou sadu genů a mění své chování podle signálu, který byl přijat.

Buňky mohou také změnit své chování podle buněčných signálů změnou množství energie, kterou produkují, změnou množství chemikálií, které vylučují, nebo zapojením do buňky apoptóza nebo řízená buněčná smrt. Buněčný komunikační cyklus zůstává stejný, buňky pocházejí ze signálů, cílové buňky je přijímají a cílové buňky poté mění své chování podle přijatého signálu.