Stanice u višećelijskim organizmima moraju preuzeti specijalizirane uloge i moraju znati kada trebaju provoditi određene aktivnosti. Stanice koordiniraju svoje akcije putem različitih vrsta stanične komunikacije, također nazvane stanična signalizacija. Tipični stanični signali su kemijske prirode i mogu se ciljati lokalno ili za organizam općenito.
Stanična komunikacija je višestupanjski proces koji uključuje sljedeće:
- Slanje kemijskog signala.
- Primanje signala na receptoru vanjske membrane ciljne stanice.
- Prenošenje signala u unutrašnjost ciljne stanice.
- Promjena ponašanja ciljne stanice.
Sve različite vrste celularne komunikacije slijede iste korake, ali se razlikuju po brzini signalnog procesa i udaljenosti na kojoj djeluje. Živčane stanice signaliziraju brzo, ali lokalno, dok žlijezde koje oslobađaju hormone djeluju sporije, ali u cijelom organizmu.
Različite vrste stanične signalizacije evoluirale su uzimajući u obzir zahtjeve za brzinom i udaljenostima za različite funkcije stanica.
Stanice komuniciraju s četiri vrste signala
Stanice koriste različite vrste signalizacije, ovisno o tome koje druge stanice žele doseći. Četiri vrste stanične komunikacije su:
-
Paracrine: Signalna stanica luči kemikaliju koja se lokalno difundira na ciljne stanice.
- Autokrino: Slično parakrinom signaliziranju, ali ciljana stanica je signalna stanica. Stanica šalje signale s jednog područja stanične membrane na drugo.
- Endokrini: Endokrina signalizacija proizvodi hormon koji putuje cijelim organizmom kroz krvožilni sustav.
- Sinaptički: Stanice slanje i primanje izgradile su sinaptičku strukturu dovodeći svoje stanične membrane u bliski kontakt radi jednostavne razmjene signala.
Stanice oslobađaju kemijske signale kako bi druge stanice znale koje radnje poduzimaju, a primaju signale koji ih informiraju o aktivnostima drugih stanica organizma. Radnje poput dijeljenje stanica, rast stanica, stanična smrt i proizvodnja proteina koordinira se kroz različite vrste stanične signalizacije.
Parakrini signali održavaju red u ćelijskom susjedstvu
Tijekom parakrinog signaliziranja, stanica luči kemikaliju koja na kraju uzrokuje specifične promjene u ponašanju susjednih stanica. Izvorna stanica proizvodi kemijski signal koji se širi kroz tkivo u blizini. Kemikalija nije stabilna i pogoršava se ako mora putovati na velike udaljenosti.
Kao rezultat, koristi se parakrina signalizacija za lokalna ćelijska komunikacija.
Kemijska tvar koju stanica proizvodi usmjerena je na druge specifične stanice. Ciljane stanice imaju na staničnim membranama receptore za lučenu kemikaliju. Neciljane stanice nemaju potrebne receptore i nisu pogođene. Izlučena kemikalija veže se na receptore ciljanih stanica i izaziva reakciju unutar stanice. Reakcija pak utječe na ponašanje ciljanih stanica.
Na primjer, stanice kože rastu u slojevima s gornjim slojem koji se sastoji od mrtvih stanica. Stanice različitog tkiva leže ispod donjeg sloja stanica kože. Lokalno signaliziranje stanica osigurava da stanice kože znaju u kojem se sloju nalaze i moraju li se dijeliti kako bi nadomjestile mrtve stanice.
Parakrina signalizacija također se koristi za komunikaciju iznutra mišićno tkivo. Parakrinski kemijski signal iz živčanih stanica u mišiću uzrokuje kontrakciju mišićnih stanica, omogućujući mišićno kretanje u većem organizmu.
Autokrina signalizacija može potaknuti rast
Autokrina signalizacija slična je parakrinoj, ali djeluje na stanicu koja u početku luči signal. Izvorna stanica proizvodi kemijski signal, ali receptori za signal nalaze se na istoj ćeliji. Kao rezultat toga, stanica se stimulira da promijeni svoje ponašanje.
Na primjer, stanica može lučiti kemikaliju koja potiče rast stanica. Signal se širi kroz lokalno tkivo, ali ga zahvaćaju receptori na ishodišnoj stanici. Tada se stanica koja je lučila signal stimulira da uključi veći rast.
Ova je značajka korisna u zamecima gdje je važan rast, a također potiče učinkovitu staničnu diferencijaciju, kada autokrina signalizacija pojačava identitet stanice. Autokrina samostimulacija rijetka je u zdravom tkivu odraslih, ali se može naći kod nekih vrsta karcinoma.
Endokrina signalizacija utječe na cijeli organizam
U endokrinom signaliziranju, stanica podrijetla luči hormon koji je stabilan na velike udaljenosti. Hormon se kroz stanično tkivo difundira u kapilare i putuje kroz krvožilni sustav organizma.
Endokrini hormoni šire se tijelom i ciljane stanice na mjestima koja su udaljena od signalne stanice. Ciljane stanice imaju receptore za hormon i mijenjaju svoje ponašanje kad se receptori aktiviraju.
Na primjer, stanice u nadbubrežnoj žlijezdi proizvode hormon adrenalin, zbog čega tijelo ulazi u način "borbe ili bijega". Hormon se širi cijelim tijelom u krvi i uzrokuje reakcije u ciljanim stanicama. Krvne žile stisne se da poveća krvni tlak u mišićima, srce brže pumpa i aktiviraju se neke znojne žlijezde. Cijeli je organizam u stanju spremnosti za dodatni napor.
Hormon je svugdje jednak, ali kada pokreće receptore na stanicama, stanice mijenjaju svoje ponašanje na različite načine.
Sinaptička signalizacija povezuje dvije ćelije
Kada dvije stanice neprekidno moraju razmjenjivati opsežnu signalizaciju, ima smisla izgraditi posebne komunikacijske strukture kako bi se olakšala razmjena kemijskih signala. The sinapsi je stanični nastavak koji dovodi vanjske stanične membrane dviju stanica u neposrednu blizinu. Signalizacija u sinapsi uvijek povezuje samo dvije stanice, ali stanica može imati tako bliske asocijacije s nekoliko stanica istodobno.
Kemijski signali ispušteni u sinaptički jaz odmah ih preuzimaju receptori partnerskih stanica. Za neke stanice jaz je toliko malen da se stanice učinkovito dodiruju. U tom slučaju, kemijski signali na vanjskoj staničnoj membrani jedne stanice mogu izravno zahvatiti receptore na membrani druge stanice, a komunikacija je posebno brza.
Tipična sinaptička komunikacija odvija se između neuroni u mozgu. Moždane stanice grade sinapse kako bi uspostavile poželjne komunikacijske kanale s nekim susjednim stanicama. Stanice tada mogu posebno dobro komunicirati sa svojim sinaptičkim komunikacijskim partnerima, razmjenjujući kemijske signale brzo i često.
Proces prijema signala sličan je za sve vrste staničnih komunikacija
Slanje signala stanične komunikacije relativno je ravno prema naprijed jer stanica luči kemijsku tvar, a signal se distribuira prema svojoj vrsti. Primanje signala je složenije jer signalna kemikalija ostaje izvan ciljne stanice. Prije nego što signal može promijeniti ponašanje stanice, mora ući u ćeliju i pokrenuti promjenu.
Prvo, ciljana stanica mora imati receptore koji odgovaraju kemijskom signalu. Receptori su kemikalije na površini stanice koje se mogu vezati za određene kemijske signale. Kad se receptor veže na kemijski signal, on otpušta okidač s unutarnje strane stanične membrane.
Okidač zatim uključuje proces prijenos signala u kojem aktivirana kemikalija cilja dio stanice u kojem bi se ponašanje stanice trebalo promijeniti.
Ekspresija gena je mehanizam za promjene u ponašanju stanica
Stanice rastu i dijele se kao rezultat signala iz drugih stanica. Takav signal rasta veže se na receptore ciljne stanice i pokreće transdukciju signala unutar stanice. Kemikalija za transdukciju ulazi u staničnu jezgru i uzrokuje da stanica pokreće rast i naknadnu diobu stanice.
Kemikalija za transdukciju to postiže utjecajem ekspresija gena. Aktivira gene koji su odgovorni za proizvodnju dodatnih staničnih proteina zbog kojih stanica raste i dijeli se. Stanica izražava novi skup gena i mijenja svoje ponašanje u skladu s primljenim signalom.
Stanice također mogu promijeniti svoje ponašanje u skladu sa staničnim signalima mijenjajući količinu energije koju proizvode, mijenjajući količinu kemikalija koje luče ili sudjelujući u stanici apoptoza ili kontrolirana smrt stanica. Ciklus stanične komunikacije ostaje isti, sa stanicama koje potječu signale, ciljane stanice ih primaju i ciljne stanice mijenjaju svoje ponašanje u skladu s primljenim signalom.