Пренос на сигнали (биологија)

Шематски приказ на најчестите патишта за пренос на сигнали кај цицачите.

Пренос на сигнали — процес со кој во клетката се пренесува хемиски или физички сигнал во вид на низа од молекуларни настани, најчесто фосфорилација на белковини катализирана од белковински кинази, што на крајот резултира со клеточен одговор. Белковините одговорни за откривање на дразбите се нарекуваат рецептори, иако во некои случаи се користи и називот сензор.^[1] Промените во рецепторот предизвикани од врзувањето на лиганд (или друг сигнал) доведуваат до биохемиска каскада, која претставува ланец на биохемиски настани познати како сигнална патека.

Кога сигналните патеки комуницираат едни со други, тие формираат мрежи, кои овозможуваат координирање на клеточните одговори, што честопати резултира со комбинаторно сигнализирање.^[2] На молекуларно ниво, ваквите одговори вклучуваат промени во транскрипцијата и транслацијата на гените, или посттранслациони и конформациски промени на белковини, како и промени во нивната локација. Овие молекуларни настани се основните механизми преку кои се контролира растот на клетките, пролиферацијата, метаболизмот и многу други биолошки процеси.^[3] Кај повеќеклеточните организми, патеките за пренос на сигнали ја регулираат клеточната комуникација на различни начини.

Секоја компонента (или јазол) на една сигналната патека е класифицирана според улогата што ја игра во однос на почетната дразба (стимул). Лигандите се нарекуваат први гласници, додека рецепторите се преносители на сигналот, кои потоа ги активираат првичните ефектори. Таквите ефектори честопати се поврзани со втори (вторични) гласници, кои можат да активираат вторични ефектори, и така натаму. Во зависност од ефикасноста на јазлите, сигналот може да се засили (концепт познат како зајакнување на сигналот), така што една сигнална молекула може да генерира одговор што вклучува стотици до милиони молекули.^[4] Како што е случајот и со небиолошките сигнали, преносот на биолошките сигнали се одликува со одложеност, бучава, повратни информации за сигналот и интерференција, што може да варира од занемарливо до патолошко.^[5]

Дразби

Илустрација на пренос на сигнал во клетка.

Основата на преносот на сигнали е трансформацијата на одредена дразба (стимул) во биохемиски сигнал. Природата на ваквите дразби може да варира во голема мера; од надворешноклеточни промени, како што е присуството на хормони, до внатрешноклеточни промени, како што е оштетувањето на ДНК.^[6] Традиционално, сигналите што стигнуваат до централниот нервен систем на животинските организми се класифицираат како сетила. Тие се пренесуваат од неврон на неврон преку процес наречен синаптички пренос. Кај повеќеклеточните организми постојат многу други механизми за пренос на сигнали помеѓу клетките на организмот, како, на пример, при регулацијата на развојот на ембрионот.^[7]

Лиганди

Поголемиот дел од патиштата за пренос на сигнали вклучуваат врзување на сигнални молекули, познати како лиганди, за рецептори кои покренуваат настани во внатрешноста на клетката.

Врзувањето на сигналната молекула за рецепторот предизвикува промена во конформацијата на рецепторот, позната како активација на рецепторот. Повеќето лиганди се водорастворливи молекули од надворешноклеточната средина кои се врзуваат за рецепторите на површината на клетката. Примери за лиганди се факторите на раст, цитокините и невротрансмитерите. Некои лиганди, како што се стероидните хормони, се растворливи во липиди, па затоа лесно ја преминуваат плазматската мембрана за да дојдат до нивните јадрени рецептори.^[8]

Не сите класификации на сигналните молекули ја земаат предвид молекуларната природа на секој член на класата. На пример, одорантите (мирисни супстанци) припаѓаат на широк спектар на молекуларни класи,^[9] како и невротрансмитерите, кои варираат во големина од мали молекули како што е допаминот^[10] до големи невропептиди како што се ендорфините.^[11] Покрај тоа, некои молекули можат да се вклопат во повеќе од една класа; на пример, епинефринот (адреналин) се смета за невротрансмитер кога се лачи од централниот нервен систем, а за хормон кога се лачи од сржта на надбубрежната жлезда.

Механички сили

Механотрансдукција или механоспроводливост (пренос на механички сигнал) е механизам со кој клетките претвораат механички стимул во електрохемиска активност. Оваа форма на сетилна трансдукција е одговорна за голем број сетила и физиолошки процеси во телото, вклучително проприоцепција, допир, рамнотежа и слух. Основниот механизам на механоспроводливоста е претворањето на механичките сигнали во електрични или хемиски сигнали.

Осмоларност

Клеточната и системската контрола на осмотскиот притисок (разликата во осмоларноста помеѓу цитозолот и вонклеточниот медиум) е критична за хомеостазата. Постојат три начини на кои клетките можат да детектираат осмотски стимули: како промени во макромолекуларното гомилање, промени во јонската јачина и промени во својствата на плазматската мембрана или цитоскелетот (втората е форма на механоспроводливост).^[12] Овие промени ги откриваат белковини познати како осмосензори или осморецептори. Кај луѓето, најдобро карактеризирани осмосензори се TRP каналите (од англ. Transient receptor potential channels) присутни во првичната трепка (цилиум) на човечките клетки.^[13] Кај квасецот, HOG патеката е најдобро опишана.^[14]

Температура

Регистрирањето на температурата во клетките е познато како термоцепција и главно е посредувано од TRP каналите.^[15] Животинските клетки дополнително содржат механизам за спречување на оштетувања од високи температури, познат како одговор на топлотен шок. Таквиот одговор се активира кога високите температури ја предизвикуваат дисоцијација на неактивниот HSF1 од комплекси со белковини на топлински шок Hsp40/Hsp70 и Hsp90. Со помош на некодирачката РНК hsr1, HSF1 потоа се тримеризира, станува активен и ја регулира експресијата на неговите целни гени.^[16] Многу други термосензорни механизми постојат и кај прокариотите и кај еукариотите.^[15]

Основни одлики на биолошкиот пренос на сигнали

Домино каскадата е аналогна на биолошкиот пренос на сигнали.

Биолошкиот пренос на сигнали е исклучително специфичен и чувствителен.^[17] Специфичноста се должи на прецизната молекуларна комплементарност помеѓу молекулите на сигналот и рецепторот, која е посредувана од истите слаби (нековалентни) сили кои ги посредуваат интеракциите помеѓу ензим-супстрат и антиген-антитело. Повеќеклеточните организми имаат дополнително ниво на специфичност, бидејќи рецепторите за даден сигнал, или внатрешноклеточните цели на дадена сигнална патека, се присутни само во одредени типови на клетки. Три фактори влијаат на извонредната чувствителност на преносот на сигнали: високиот афинитет на рецепторите кон сигналните молекули, коперативноста (често, но не секогаш) во интеракцијата помеѓу лигандот и рецепторот и засилувањето (амплификацијата) на сигналот во ензимските каскади. Афинитетот помеѓу рецепторот и сигналот (лигандот) може да се изрази како константа на дисоцијација K_d, која најчесто има вредност од 10⁻⁷ М или помала, што значи дека рецепторот е способен да детектира микромоларни или наномоларни концентрации на сигналната молекула.^[17] Кооперативноста во интеракциите помеѓу рецепторот и лигандот се дефинира како големи промени во активацијата на рецепторот со мали промени во концентрацијата на лигандот. Амплификацијата на сигналот е резултат на активацијата на одреден ензим од страна на рецепторот, кој потоа активира голем број на молекули на втор ензим, кои пак активираат уште поголем број на молекули на трет ензим, итн., во процес наречен ензимска каскада.^[17] Таквите каскади можат во период од неколку милисекунди да создадат амплификации кои се поголеми неколку редови во големина. Одговорот на сигналот исто така мора да биде прекинат, така што надолните ефекти се пропорционални на јачината на оригиналниот стимул.

Интеракционите сигнални белковини се модуларни. Многу сигнални белковини имаат повеќе домени кои препознаваат специфични одлики кај други белковини или кај цитоскелетот или плазматската мембрана. Оваа модуларност им овозможува на клетките да комбинираат различни сигнални молекули за да создадат широк спектар на мултиензимски комплекси со различни функции или клеточни локации. Една од основните одлики кај овие интеракции е врзувањето на една модуларна сигнална белковина за фосфорилирани остатоци на друга белковина; резултирачката интеракција може да се регулира со фосфорилација или дефосфорилација на белковинскиот партнер. Постојат итн. неензимски „скеле“ белковини кои имаат афинитет кон неколку од ензимите кои учествуваат во каскадите на интеракција.^[17] Нивната улога е просторно да ги зближат ензимите кои стапуваат во интеракција, осигурувајќи на тој начин дека тие комуницираат на специфични клеточни локации и во одредено време. Многу од домените вклучени во интеракциите помеѓу белковините се интринзично неструктурирани, што значи дека се способни да се склопуваат различно во зависност од тоа со која белковина стапуваат во интеракција. Како резултат на ова, една белковина може да има повеќе функции во сигналните патишта.

Чувствителноста (чувствителноста) на рецепторните системи е предмет на модификација. Кога одреден сигнал е континуирано присутен, рецепторниот систем станува десензитизиран, така што тој повеќе не реагира на сигналот. Кога стимулот паѓа под одреден праг, системот повторно станува чувствителен.

Интеграција на сигналот е способноста на системот да прима повеќе сигнали и да создава унифициран одговор, соодветен на комбинираните потреби на клетката или организмот. Различни сигнални патишта се вкрстуваат едни со други на неколку нивоа, што доведува до сложени меѓусебни влијанија (англ. Crosstalk).^[17]

Друга важна одлика на биолошкиот пренос на сигнали е локализацијата на одговорот во клетката. Кога компонентите на сигналниот систем се ограничени на специфична субцелуларна структура, како на пример одредена органела, клетката може локално да го регулира процесот без влијание врз останатите делови од клетката.^[17]

Рецептори

Рецепторите можат грубо да се поделат на две големи класи: надворешноклеточни (вонклеточни) и внатрешноклеточни (внатреклеточни).

Надворешноклеточни рецептори

Надворешноклеточните рецептори се интегрални трансмембрански белковини и ги сочинуваат повеќето рецептори. Тие се сместени во плазматската мембрана на клетката, така што едниот дел на рецепторот е од надворешната страна на клетката, а другиот дел од внатрешната. Преносот на сигналот се јавува како резултат на врзување на лиганд за надворешниот дел од рецепторот (лигандот не ја поминува мембраната). Врзувањето на лигандот за рецепторот предизвикува конформациона промена на внатрешниот дел од рецепторот, процес кој понекогаш се нарекува „активирање на рецепторот“.^[18] Ова резултира или со активирање на ензимски домен на рецепторот или со изложување на место на рецепторот за кое се врзуваат други внатреклеточни сигнални белковини во клетката.

Во еукариотските клетки, повеќето внатреклеточни белковини кои ги активира интеракцијата помеѓу рецепторот и лигандот имаат ензимска активност, а честопати тие се ковалентно врзани за рецепторот. Некои од овие ензими создаваат втор гласник, како што се цикличниот AMP и IP₃, од кои вториот го контролира ослободувањето на внатреклеточните резерви на калциум во цитоплазмата. Адаптер белковините (STAPs, од англ. Signal Transducing Adaptor Proteins) се помошни белковини во процесот на пренос на сигнали. Тие содржат голем број на модули за врзување на белковини со што го олеснуваат создавањето на поголеми сигнални комплекси, т.е. тие посредуваат во интеракцијата помеѓу други белковини.

Многу ензими и адаптер белковини активирани од процес на пренос на сигнал поседуваат специјализирани белковински домени кои се врзуваат за специфични молекули на втори гласници. На пример, калциумовите јони (втор гласник) се врзуваат за доменот EF рака на калмодулинот, што предизвикува тој да се врзе и да ја активира калмодулин-зависната киназа.

Рецептори поврзани со G белковина

Рецепторите поврзани со G белковина (гванин нуклеотид-врзувачка белковина) се семејство на интегрални трансмембрански белковини кои поседуваат седум трансмембрански домени и се поврзани со хетеротримерна G белковина. Кај цицачите ова е најголемото семејство на мембрански белковини, а воедно и на мембрански рецептори. Човековиот геном кодира околу 850 рецептори поврзани со G белковина (приближно 4% од целокупниот човечки геном), од кои околу 350 служат за детекција на хормони, фактори на раст и други ендогени лиганди, а околу 500 служат како мирисни и густаторни (вкусни) рецептори.^[17]

Рецепторите поврзани со G белковина кај цицачите се поделени на пет главни семејства: 1) рецептори слични на родопсин, 2) секретинска рецепторска фамилија, 3) метаботропни глутаматни рецептори, 4) рецептори поврзани со G белковина за адхезија и 5) фамилија на увиени/измазнети рецептори.^[19] Кај другите еукариотски организми постојат и други класи на рецептори поврзани со G белковина; како што се цикличните АМР рецептори кај Dictyostelium и габичните феромонски рецептори. Кај растенијата и прокариотските организми, рецепторите поврзани со G белковина се отсутни.

Преносот на сигналот кај рецепторите поврзани со G белковина започнува со неактивна G белковина споена со рецепторот; G белковината е хетеротример, составена од G_α, G_β и G_γ подединици.^[20] Во моментот кога рецепторот врзува лиганд, неговата конформација се менува, што предизвикува активација на G белковината, имено G_α подединицата врзува молекула на GTP и дисоцира од G_β и G_γ подединиците. Дисоцијацијата на подединиците изложува места на нивните молекули кои можат да стапуваат во интеракција со други молекули.^[21] Тие се одделуваат од рецепторот и ја иницираат сигнализацијата од повеќе различни низводни ефекторни белковини како што се фосфолипази и јонски канали, од кои вторите го овозможуваат ослободувањето на втори гласници.^[22] Вкупната јачина на амплификацијата на сигналот од рецептор поврзан со G белковина зависи од времетраењето на комплексите лиганд-рецептор и рецептор-ефекторна белковина, и од времето на деактивација на активниот рецептор и ефекторните белковини по пат на различни внатрешни ензимски активности.

Тирозин, серин/треонин и хистидин-специфични белковински кинази

Шематски приказ на активација на рецептор тирозинска киназа.

Рецептор тирозинските кинази (РТК) се трансмембрански белковини со внатреклеточен киназа домен и вонклеточен домен за врзување на лиганди.^[23] За да се изврши пренос на сигналот, РТК треба да формираат димери во плазматската мембрана;^[24] врзувањето на лигандот е она што го стабилизира димерот. Интеракцијата помеѓу цитоплазматските домени ја стимулира автофосфорилацијата на тирозински остатоци во рамките на внатреклеточните киназни домени, што доведува до конформациони промени. Ова ги активира киназните домени на рецепторите, што покренува процес на сигнални каскади на фосфорилација на низводни цитоплазматски молекули кои учествуваат во различни клеточни процеси, како што се диференцијација на клетките и метаболизам.^[23] Човековиот геном кодира 58 рецептор тирозински кинази, кои служат како рецептори за разни полипептидни фактори на раст, цитокини и хормони (пр. инсулин).^[25]  

Кај растенијата, најголемата група на вонклеточни рецептори се рецептор-сличните кинази (англ. Receptor-like kinases, RLKs) кои типично ги фосфорилираат целните белковини на серински или треонински остатоци.^[26] Геномот на Arabidopsis thaliana, на пример, кодира околу 600 RLKs, додека геномот на оризот (Oryza sativa) кодира над 1100 RLKs. Овие рецептори играат клучна улога во голем број на процеси кај растенијата поврзани со нивниот раст и развој, како и одбраната од патогени. Примери за лиганди на овие рецептори се брасиностероидите (класа на растителни хормони) и CLE пептидите (од англ. CLAVATA3/Embryo Surrounding Region-Related), кои се група на растителни сигнални пептиди.^[26]

Најчестиот систем за пренос на сигнали кај бактериите (посебно Грам-негативните бактерии и цијанобактериите) е двокомпонентниот регулаторен систем кој се состои од хистидин-специфична белковинска киназа и регулатор на одговорот. Двокомпонентните системи се ретки кај археите и еукариотите (исклучок се квасните габи, мувлите, лигавите габи и растенијата, каде често се среќаваат), а потполно се отсутни кај животинските организми. Пример за двокомпонентен систем кај растенијата се рецепторите за фитохормоните цитокинини.

Интегрини

Шематски приказ на пренос на сигнали посредуван од интегрински рецептори, преземено од Hehlgens et al. (2007).^[27]

Интегрините се трансмембрански рецептори кои играат улога во адхезијата на клетките за вонклеточната матрица или за други клетки. По врзувањето на лигандот (пр. фибронектин, витронектин, колаген или ламинин) интегрините активираат патишта на пренос на сигнали кои учествуваат во процеси како што се регулација на клеточниот циклус, организација на цитоскелетот и движење на нови рецептори кон клеточната мембрана. Интегрините немаат киназна активност; оттука, преносот на сигналот се постигнува со помош на различни внатреклеточни белковински кинази и адаптер белковини, а главниот координатор е интегрин-поврзаната киназа.^[27] Кооперативната сигнализација на интегрините и рецептор тирозинските кинази ги одредува процесите на клеточно преживување, апоптоза, клеточна пролиферација и диференцијација. 

Постојат важни разлики помеѓу сигнализацијата со интегрини кај циркулирачките крвни клетки и кај нециркулирачките клетки, како што се епителните клетки; интегрините кај циркулирачките клетки најчесто се неактивни. На пример, интегрините на клеточната мембрана на циркулирачките леукоцити се одржуваат во неактивна состојба за да се избегне нивно прилепување за епителните клетки; тие се активираат само како одговор на одредени стимули, како, на пример, оние кои се јавуваат на место на воспалителен одговор. На сличен начин, интегрините на клеточната мембрана на циркулирачките тромбоцити нормално се неактивни за да се избегне тромбоза. Епителните клетки (кои не циркулираат) нормално имаат активни интегрини на нивната клеточна мембрана, помагајќи да се одржи нивната стабилна адхезија за стромалните клетки кои даваат сигнали за одржување на нормалното функционирање.^[28]

Кај растенијата, сè уште не се идентификувани вистински интегрински рецептори; сепак, врз основа на структурна хомологија со животинските интегрински рецептори, биле предложени неколку растителни белковини слични на интегрините.^[29] Растенијата содржат интегрин-поврзани кинази кои по својата првична структура се многу слични со животинските интегрин-поврзани кинази. Кај растението Arabidopsis thaliana се покажало дека еден од гените за интегрин-поврзана киназа, ILK1, е критичен елемент во растителниот имунолошки одговор на сигнални молекули од бактериски патогени и за чувствителноста на растението кон сол и осмотски стрес.^[30] Белковината ILK1 комуницира со високоафинитетниот калиумски транспортер HAK5 и со сензорот за калциум CML9.^[30][31]

Толични рецептори

Толичните рецептори (англ. Toll-like receptors, TLRs) се класа на мембрански рецептори кои играат клучна улога во вродениот имунолошки систем. Тие се наоѓаат на мембраните на леукоцитите (белите крвни зрнца), вклучувајќи ги дендритските клетки, макрофагите, клетките убијци, Т-лимфоцитите, Б-лимфоцитите, како и на неимунолошките клетки (епителните клетки, ендотелните клетки и фибробластите).^[32] Тие се тип на шаблон-препознавачки рецептори (англ. Pattern recognition receptors, PRRs) и препознаваат молекули кои се широко споделувани меѓу патогените организми, но се отсутни од клетките на домаќинот, а се нарекуваат патоген-поврзани молекуларни шаблони (англ. pathogen-associated molecular patterns, PAMPs).

По активацијата, толичните рецептори регрутираат адаптер белковини (белковини кои се посредници во интеракцијата помеѓу други белковини) во цитоплазмата на клетката. Адаптер белковините се одговорни за активација на разни низводни белковини, вклучувајќи белковински кинази (пр. IKKi, IRAK1, IRAK4 и TBK1), кои го амплифицираат сигналот што резултира со нагорна или надолна регулација на експресијата на разни гени кои учествуваат во воспалителниот одговор.^[33]  

Белковини со слична молекуларна структура на толичните рецептори се откриени и кај бактериите и кај растенијата. Кај растенијата, за овие белковини е познато дека се учесници во одбраната од разни патогени организми. Од овие причини се смета дека толичните рецептори се меѓу најстарите сочувани елементи на имунолошкиот систем.

Лигандно-контролирани јонски канали

Лигандно-контролираните јонски канали (исто така наречени јонотропни рецептори), при врзувањето на лигандот, ја менуваат својата конформација за да се овозможи отворање на канал во клеточната мембрана низ кој поминуваат јони кои се носители на сигналот.^[17][34] Типичен пример за овој механизам на пренос на сигнали се среќава кај невронската синапса, каде улогата на лиганд ја имаат различни невротрансмитери. Инфлуксот на јони како резултат на отворањето на овие канали создава дејствен потенцијал преку деполаризација на мембраната на постсинаптичката клетка, која настанува како резултат на отворањето на напонскоконтролираните јонски канали.

Јони кои минуваат низ мембраната преку лигандно-контролираните јонски канали се Ca²⁺, Na⁺, K⁺ и Cl^-. Калциумот игра улога на втор гласник кој започнува каскади за пренесување на сигналот и ја менува физиологијата на клетката која го прима и одговара на сигналот.

Внатрешноклеточни рецептори

Внатрешноклеточните рецептори, како што се цитоплазматските и јадрените рецептори, се водорастворливи белковини, локализирани на специфични места внатре во клетката. Типични лиганди за јадрените рецептори се неполарните хормони (пр. стероидните хормони), кои минуваат низ плазматската и јадрената мембрана со пасивна дифузија, а во јадрото се врзуваат за своите рецептори што води до промена во експресијата на гените.^[17]

Активираните јадрени рецептори се врзуваат за специфични HRE секвенци (од англ. hormone-responsive element) на ДНК, кои се сместени на промоторскиот регион на гените кои се активирани од комплексот хормон-рецептор. Поради тоа што ја овозможуваат транскрипцијата на гените, тие исто така се нарекуваат индуктори на генска експресија. Сите хормони кои делуваат преку регулирање на генската експресија имаат две одлики во нивниот механизам на дејство; нивните ефекти доаѓаат до израз по карактеристично долг временски период и тие траат подолг временски период, дури и по опаѓање на нивната концентрација на нула. Ова се должи на релативно бавниот обрт на повеќето ензими и белковини кои учествуваат во раскинување на врската помеѓу лигандот и рецепторот.

Јадрените рецептори имаат домени за врзување на ДНК кои содржат цинкови прсти и домен за врзување на лигандот; цинковите прсти ја стабилизираат врската со ДНК така што се врзуваат за нејзиниот фосфатен ’рбет. ДНК секвенците што одговараат на рецепторот обично се хексамерни повторувања од каков било вид; секвенците се слични, но она што ги диференцира се нивната ориентација и растојание. Доменот за врзување на лигандот е дополнително одговорен за димеризација на јадрените рецептори пред нивното врзување за ДНК, и за обезбедувањето на структури за трансактивација кои комуницираат со транслациониот апарат.

Стероидните рецептори се подкласа на јадрени рецептори сместени главно во цитозолот на клетката. Во отсуство на стероидни хормони, тие се здружуваат во апорецепторен комплекс кој содржи шаперони или белковини на топлински шок. Белковините на топлински шок се неопходни за активирање на рецепторот помагајќи му да се склопи на таков начин што сигналната секвенца за негов влез во јадрото станува достапна. Од друга страна, кога доменот за трансактивација е скриен, стероидните рецептори можат да бидат репресивни врз генската експресија. Активноста на рецепторот може да се засили со фосфорилација на серинските остатоци на N-терминалот како резултат на друга патека за пренос на сигнал.

Рецепторите на ретиноинска киселина се друга подгрупа на јадрени рецептори. Тие можат да бидат активирани од ендокрино-синтетизиран лиганд кој навлегол во клетката по пат на дифузија, од лиганд синтетизиран од ретинолот кој во клетката дошол преку крвотокот, или од лиганд синтетизиран вантре во самата клетка, како што е простагландинот. Овие рецептори се наоѓаат во клеточното јадро и не се наоѓаат во асоцијација со белковини на топлински шок. Кога немаат врзано лиганд тие вршат инхибиција на активноста на целните гени врзувајќи се за специфични ДНК секвенци, а по врзувањето на лигандот транскрипцијата на гените се активира.

Одредени внатрешноклеточни рецептори на имунолошкиот систем се цитоплазматски рецептори; како на пример NOD-сличните рецептори (од англ. nucleotide-binding oligomerization domain), кои се тип на шаблон-препознавачки рецептори (PRRs). За интеракција со лигандот, NOD-сличните рецептори користат структурен мотив наречен повторување богато со леуцин (LRR, од англ. leucine-rich repeat), слично како толичните рецептори. NOD-сличните рецептори се наоѓаат во лимфоцитите, макрофагите, дендритските клетки, но и во неимунолошките клетки, како на пример епителните клетки. Нивни хомолози се откриени и во растителниот свет (R-белковини за отпорност кон болести).

Кај растенијата, внатрешноклеточни рецептори се рецепторите за хормоните етилен, ауксини и гиберелини. Две фамилии на растителни фоторецептори (рецептори за светлина), фитохромите и криптохромите, исто така се внатрешноклеточни.^[26]

Втори гласници

Вторите гласници се внатрешноклеточни сигнални молекули кои ги ослободува клетката како одговор на изложеност на надворешноклеточни сигнални молекули - први гласници. Тие активираат физиолошки промени на клеточно ниво, како што се пролиферација, диференцијација, миграција, преживување, апоптоза и деполаризација. Тие се еден од активаторите на каскадите за пренос на внатрешноклеточниот сигнал.^[17][35]

Постојат три основни типа на молекули кои имаат улога на втори гласници:

• Хидрофобни молекули: молекули кои не се растворливи во вода и се наоѓаат во плазматската мембрана, како што се диацилглицеролот (DAG) и фосфатидилинозитолите.
• Хидрофилни молекули: молекули кои се растворливи во вода и се наоѓаат во цитозолот, како што се калциумовите јони (Ca²⁺), инозитол трифосфатот (IP₃), цикличниот аденозин монофосфат (cAMP) и цикличниот гванозин монофосфат (cGMP).
• Гасови: азотен моноксид (NO), јаглерод моноксид (CO) и сулфурводород (H₂S), кои можат да дифундираат и низ цитозолот и низ клеточните мембрани.

Клеточни одговори

Примери за клеточни одговори на преносот на сигнали се генската активација^[36] и промените во метаболизмот.^[37] Генската активација води до понатамошни клеточни ефекти, бидејќи производите на одговарачките гени вклучуваат инстигатори на активација; транскрипционите фактори кои се создадени како резултат на пренос на сигнал можат да активираат уште повеќе гени. На тој начин, еден почетен стимул може да ја поттикне експресијата на голем број гени, што на крајот води до промени во физиологијата на клетката, како, на пример, зголемена апсорпција на гликоза или клеточна миграција. Комплетот на гени и редоследот на нивно активирање на одредени стимули се означува како генетска програма.^[38]

Кај цицачите, потребна е стимулација за клеточно преживување и клеточна делба; во отсуство на факторите на раст настанува апоптоза. Вонклеточната стимулација е неопходна за контрола на однесувањето на клетките и кај едноклеточните организми и кај повеќеклеточните организми; се смета дека патеките за пренос на сигнали се толку централни во биолошките процеси што голем број на болести се припишуваат на нивната дерегулација. Три основни сигнали го одредуваат клеточниот раст:

• Стимулаторни (фактори на раст)
  • Транскрипционо-зависен одговор (пример е одговорот на врзувањето на стероидните хормони)
  • Транскрипционо-независен одговор (пример е одговорот на врзувањето на епидермалниот фактор на раст)
• Инхибиторни (клетка-клетка контакт)
• Пермисивни (интеракции помеѓу клетката и вонклеточната матрица)

Поважни патеки на пренос на сигнали

Некои од поважните патеки на пренос на сигнали се:

• MAPK/ERK патека (од англ. Mitogen-Activated Protein Kinase/Extracellular signal-Regulated Kinase): патека која се активира со врзувањето на фактори на раст за рецептори на површината на клетката.
• cAMP-зависна патека: се покренува со активација на рецептор поврзан со G белковина.
• IP₃/DAG-патека: води до отворање на калциумови канали во ендоплазматскиот ретикулум и ослободување на Ca²⁺ како втор гласник.

Поврзано

• Адаптер белковина
• Скеле белковина
• Биосемиотика
• Клеточна сигнализација
• Метаболна патека

Наводи

1. Bradshaw, Ralph A., 1941-; Dennis, Edward A. (2010). Handbook of cell signaling. Volume 1 (2 ed. изд.). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. ISBN 978-0-08-092091-7. OCLC 720621494.
2. Papin, Jason A.; Hunter, Tony; Palsson, Bernhard O.; Subramaniam, Shankar (2005-02). „Reconstruction of cellular signalling networks and analysis of their properties“. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 6 (2): 99–111. doi:10.1038/nrm1570. ISSN 1471-0072. PMID 15654321.
3. Krauss, Gerhard. (2008). Biochemistry of signal transduction and regulation (4 enl. and improved ed. изд.). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31397-6. OCLC 137222284.
4. Campbell, Neil A., 1946-2004. (2002). Biology (6 ed. изд.). San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-6624-5. OCLC 47521441.
5. Kolch, Walter; Halasz, Melinda; Granovskaya, Marina; Kholodenko, Boris N. (2015-09). „The dynamic control of signal transduction networks in cancer cells“. Nature Reviews. Cancer. 15 (9): 515–527. doi:10.1038/nrc3983. ISSN 1474-1768. PMID 26289315.
6. Smogorzewska, Agata; de Lange, Titia (2002-08-15). „Different telomere damage signaling pathways in human and mouse cells“. The EMBO journal. 21 (16): 4338–4348. doi:10.1093/emboj/cdf433. ISSN 0261-4189. PMID 12169636.
7. Lawrence, Peter A.; Levine, Michael (2006-04-04). „Mosaic and regulative development: two faces of one coin“. Current biology: CB. 16 (7): R236–239. doi:10.1016/j.cub.2006.03.016. ISSN 0960-9822. PMID 16581495.
8. Beato, M.; Chávez, S.; Truss, M. (1996-04). „Transcriptional regulation by steroid hormones“. Steroids. 61 (4): 240–251. doi:10.1016/0039-128x(96)00030-x. ISSN 0039-128X. PMID 8733009.
9. Ronnett, Gabriele V.; Moon, Cheil (2002). „G proteins and olfactory signal transduction“. Annual Review of Physiology. 64: 189–222. doi:10.1146/annurev.physiol.64.082701.102219. ISSN 0066-4278. PMID 11826268.
10. Missale, C.; Nash, S. R.; Robinson, S. W.; Jaber, M.; Caron, M. G. (1998-01). „Dopamine receptors: from structure to function“. Physiological Reviews. 78 (1): 189–225. doi:10.1152/physrev.1998.78.1.189. ISSN 0031-9333. PMID 9457173.
11. Goldstein, A. (1976-09-17). „Opioid peptides endorphins in pituitary and brain“. Science (New York, N.Y.). 193 (4258): 1081–1086. doi:10.1126/science.959823. ISSN 0036-8075. PMID 959823.
12. Pedersen, Stine Falsig; Kapus, András; Hoffmann, Else K. (2011-09). „Osmosensory mechanisms in cellular and systemic volume regulation“. Journal of the American Society of Nephrology: JASN. 22 (9): 1587–1597. doi:10.1681/ASN.2010121284. ISSN 1533-3450. PMID 21852585.
13. Verbalis, Joseph G. (2007-12). „How does the brain sense osmolality?“. Journal of the American Society of Nephrology: JASN. 18 (12): 3056–3059. doi:10.1681/ASN.2007070825. ISSN 1533-3450. PMID 18003769.
14. Hohmann, Stefan (2002-06). „Osmotic stress signaling and osmoadaptation in yeasts“. Microbiology and molecular biology reviews: MMBR. 66 (2): 300–372. doi:10.1128/mmbr.66.2.300-372.2002. ISSN 1092-2172. PMID 12040128.
15. Sengupta, Piali; Garrity, Paul (2013-04-22). „Sensing temperature“. Current biology: CB. 23 (8): R304–307. doi:10.1016/j.cub.2013.03.009. ISSN 1879-0445. PMC 3685181. PMID 23618661.
16. Shamovsky, Ilya; Ivannikov, Maxim; Kandel, Eugene S.; Gershon, David; Nudler, Evgeny (2006-03-23). „RNA-mediated response to heat shock in mammalian cells“. Nature. 440 (7083): 556–560. doi:10.1038/nature04518. ISSN 1476-4687. PMID 16554823.
17. Nelson, David L. (David Lee), 1942-; Lehninger, Albert L. Lehninger principles of biochemistry (Seventh edition. изд.). New York, NY. ISBN 978-1-4641-2611-6. OCLC 986827885.
18. Rubenstein, Lester A.; Zauhar, Randy J.; Lanzara, Richard G. (2006-12). „Molecular dynamics of a biophysical model for beta2-adrenergic and G protein-coupled receptor activation“. Journal of Molecular Graphics & Modelling. 25 (4): 396–409. doi:10.1016/j.jmgm.2006.02.008. ISSN 1093-3263. PMID 16574446.
19. Fredriksson, Robert; Schiöth, Helgi B. (2005-05). „The repertoire of G-protein-coupled receptors in fully sequenced genomes“. Molecular Pharmacology. 67 (5): 1414–1425. doi:10.1124/mol.104.009001. ISSN 0026-895X. PMID 15687224.
20. Qin, Kou; Dong, Chunmin; Wu, Guangyu; Lambert, Nevin A. (2011-08-28). „Inactive-state preassembly of G(q)-coupled receptors and G(q) heterotrimers“. Nature Chemical Biology. 7 (10): 740–747. doi:10.1038/nchembio.642. ISSN 1552-4469. PMC 3177959. PMID 21873996.
21. Berg, Jeremy M. (Jeremy Mark), 1958-; Stryer, Lubert.; Stryer, Lubert. (2002). Biochemistry (5 ed. изд.). New York: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-3051-0. OCLC 48055706.
22. Yang, Wen; Xia, Shi-Hai (2006-12-28). „Mechanisms of regulation and function of G-protein-coupled receptor kinases“. World Journal of Gastroenterology. 12 (48): 7753–7757. doi:10.3748/wjg.v12.i48.7753. ISSN 1007-9327. PMC 4087537. PMID 17203515.
23. Li, Edwin; Hristova, Kalina (2006-05-23). „Role of receptor tyrosine kinase transmembrane domains in cell signaling and human pathologies“. Biochemistry. 45 (20): 6241–6251. doi:10.1021/bi060609y. ISSN 0006-2960. PMC 4301406. PMID 16700535.
24. Schlessinger, J. (1988-11). „Signal transduction by allosteric receptor oligomerization“. Trends in Biochemical Sciences. 13 (11): 443–447. doi:10.1016/0968-0004(88)90219-8. ISSN 0968-0004. PMID 3075366.
25. Robinson, D. R.; Wu, Y. M.; Lin, S. F. (2000-11-20). „The protein tyrosine kinase family of the human genome“. Oncogene. 19 (49): 5548–5557. doi:10.1038/sj.onc.1203957. ISSN 0950-9232. PMID 11114734.
26. Buchanan, Bob B.,; Gruissem, Wilhelm,; Jones, Russell L.,. Biochemistry & molecular biology of plants (Second edition. изд.). Chichester, West Sussex. ISBN 978-1-118-50219-8. OCLC 915248367.
27. Hehlgans, Stephanie; Haase, Michael; Cordes, Nils (2007-01). „Signalling via integrins: implications for cell survival and anticancer strategies“. Biochimica Et Biophysica Acta. 1775 (1): 163–180. doi:10.1016/j.bbcan.2006.09.001. ISSN 0006-3002. PMID 17084981.
28. Gilcrease, Michael Z. (2007-03-08). „Integrin signaling in epithelial cells“. Cancer Letters. 247 (1): 1–25. doi:10.1016/j.canlet.2006.03.031. ISSN 0304-3835. PMID 16725254.
29. Knepper, Caleb; Savory, Elizabeth A.; Day, Brad (2011-05). „Arabidopsis NDR1 is an integrin-like protein with a role in fluid loss and plasma membrane-cell wall adhesion“. Plant Physiology. 156 (1): 286–300. doi:10.1104/pp.110.169656. ISSN 1532-2548. PMC 3091050. PMID 21398259.
30. Brauer, Elizabeth K.; Ahsan, Nagib; Dale, Renee; Kato, Naohiro; Coluccio, Alison E.; Piñeros, Miguel A.; Kochian, Leon V.; Thelen, Jay J.; Popescu, Sorina C. (6 2016). „The Raf-like Kinase ILK1 and the High Affinity K+ Transporter HAK5 Are Required for Innate Immunity and Abiotic Stress Response“. Plant Physiology. 171 (2): 1470–1484. doi:10.1104/pp.16.00035. ISSN 1532-2548. PMC 4902592. PMID 27208244.
31. Popescu, Sorina C.; Popescu, George V.; Bachan, Shawn; Zhang, Zimei; Seay, Montrell; Gerstein, Mark; Snyder, Michael; Dinesh-Kumar, S. P. (2007-03-13). „Differential binding of calmodulin-related proteins to their targets revealed through high-density Arabidopsis protein microarrays“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (11): 4730–4735. doi:10.1073/pnas.0611615104. ISSN 0027-8424. PMC 1838668. PMID 17360592.
32. Delneste, Yves; Beauvillain, Céline; Jeannin, Pascale (2007-01). „[Innate immunity: structure and function of TLRs]“. Medecine Sciences: M/S. 23 (1): 67–73. doi:10.1051/medsci/200723167. ISSN 0767-0974. PMID 17212934.
33. Kawai, Taro; Akira, Shizuo (2010-05). „The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: update on Toll-like receptors“. Nature Immunology. 11 (5): 373–384. doi:10.1038/ni.1863. ISSN 1529-2916. PMID 20404851.
34. Purves, Dale.; Augustine, George J., (George James) 1955-; Fitzpatrick, David, 1952-; Hall, William C. (William Charles), 1940-; LaMantia, Anthony-Samuel,; McNamara, James O. (James O'Connell), 1969-; White, Leonard E. (Leonard Edward) Ph. D., (2008). Neuroscience (4 ed. изд.). Sunderland, Mass.: Sinauer. ISBN 978-0-87893-697-7. OCLC 144771764.
35. Encyclopedia of life sciences. Chichester, England: Wiley. 2005. ISBN 978-0-470-01590-2. OCLC 527355625.
36. Lalli, E.; Sassone-Corsi, P. (1994-07-01). „Signal transduction and gene regulation: the nuclear response to cAMP“. The Journal of Biological Chemistry. 269 (26): 17359–17362. ISSN 0021-9258. PMID 8021233.
37. Rosen, O. M. (1987-09-18). „After insulin binds“. Science (New York, N.Y.). 237 (4821): 1452–1458. doi:10.1126/science.2442814. ISSN 0036-8075. PMID 2442814.
38. Massagué, Joan; Gomis, Roger R. (2006-05-22). „The logic of TGFbeta signaling“. FEBS letters. 580 (12): 2811–2820. doi:10.1016/j.febslet.2006.04.033. ISSN 0014-5793. PMID 16678165.