Ηεξέλιξη της πολυκυτταρικότητας

Transcript

1 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Τα κύτταρα επικοινωνούν µεταξύ τους και µε το περιβάλλον προκειµένου να συντονίζουν τις λειτουργίες που απαιτούνται για την αύξηση, ανάπτυξη και λειτουργία ενός οργανισµού Η επικοινωνία των κυττάρων πραγµατοποιείται µέσω: Χηµικών σηµάτων π.χ ορµόνες Ηλεκτροµαγνητικών σηµάτων π.χ. φως Μηχανικών σηµάτων π.χ. πίεση ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Η µελέτη της κυτταρικής σηµατοδότησης µας βοηθά να κατανοήσουµε: Πώς αλληλεπιδρούν τα κύτταρα για να σχηµατίσουν ένα ολόκληρο οργανισµό από ένα γονιµοποιηµένο ωάριο Μερικά προβλήµατα που προκαλούν καρκίνο Πώς να σχεδιάσουµε νέα φάρµακα που στόχος τους είναι ειδικά µονοπάτια κυτταρικής σηµατοδότησης Και πολλά άλλα ερωτήµατα Ηεξέλιξη της πολυκυτταρικότητας Σε σύγκριση µε τους µονοκύτταρους οργανισµούς ήταν αργή. Τα κύτταρα έπρεπε να επεξεργαστούν ένα αριθµό σηµάτων, ώστε να επικοινωνούν και να συντονίζουν τη συµπεριφορά τους για το κέρδος του οργανισµού ως συνόλου ΠΟΛΛΑΠΛΑ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΑ ΡΟΥΝ ΜΑΖΙ ΓΙΑ ΝΑ ΠΡΟΚΑΛΕΣΟΥΝ ΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ Αποτυχία σηµατοδότησης: Καρκίνοςθάνατος οργανισµού ΟΜΩΣ... Μεταγωγή σηµάτων υπάρχει και στους µονοκύτταρους οργανισµούς: Ζύµες Μεταγωγή σήµατος Προετοιµασία για σύζευξη Mating factor (πεπτίδιο) εκκρίνεται όταν απλοειδή κύτταρα ζύµης είναι έτοιµα να συζευχθούν Το σήµα µεταβιβάζεται µέσω της κυτταρικής µεµβράνης προκαλώντας ένα καταρράκτη αντιδράσεων που ενισχύουν το σήµα και το διαχέουν µέσα στο κύτταρο για να επηρεάσει διάφορες κυτταρικές διαδικασίες ταυτόχρονα

2 Βήµατα της κυτταρικής επικοινωνίας: ΤΥΠΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Κύτταρο (1) (2) (3) (1). Σύνθεση των µορίωνσηµάτων από το κύτταρο (2). Ελευθέρωση των µορίων σηµάτων. (3). Μεταφορά των µορίων στο στόχο (4) (4) Ανίχνευση της δέσµευσης των µηνυµατοφόρων µορίων από ένα ειδικό υποδοχέα (5). Ενδοκυττάρια µεταγωγή σήµατος οδηγεί σε αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση και τον κυτταρικό µεταβολισµό (6). Αποµάκρυσνη των µηνυµάτων και τερµατισµό των κυτταρικών αποκρίσεων (6) Αύξηση, διαφοροποίηση, απόπτωση, κ.λ.π. Ο τύπος της κυτταρικής σηµατοδότησης εξαρτάται από την απόσταση µεταξύ της θέσης παραγωγής του µηνυµατοφόρου µορίου και του κυττάρου στόχου: Αυτοκρινής Αµεσης επαφής Παρακρινής Ενδοκρινής Συναπτική Το σήµα επηρεάζει το ίδιο το κύτταρο που το παράγει Το σήµα µεταφέρεται σε κύτταρα που βρίσκονται σε άµεση επαφή Τέτοια σήµατα συνήθως επάγουν διαφοροποίηση κατά τη διαδικασία της ανάπτυξης π.χ. Τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συνθέτουν τους δικούς τους αυξητικούς παράγοντες, εικοσανοειδή, προσταγλανδίνες, prostacyclins, thromboxanes and leukotieines Μόρια πάνω στις επιφάνειες γειτονικών κυττάρων έχουν άµεση επαφή µεταξύ τους και λειτουργούν ως σήµατα Τέτοια σήµατα είναι σηµαντικοί δείκτες κυτταρικής αναγνώρισης κατά την ανάπτυξη ενός εµβρύου, γιατί καθορίζουν την εξειδίκευση γειτονικών κυττάρων σε ένα ιστό και/ή αναστέλουν την εξειδίκευση Το σήµα µεταφέρεται µόνο στα γειτονικά κύτταρα που βρίσκονται σε µικρή απόσταση (<1mm) Τα σήµατα παράγονται σε ένα κύτταρο ή ιστό και µεταφέρονται διαµέσου του οργανισµού στα κύτταραστόχους Τα σήµατα αυτά είναι τοπικές χηµικές διαβιβαστικές ουσίες: Proteins - Nerve growth factor Peptides - Epidermal growth factor Amino acids - Histamine Fatty acids - PGE2 Π.χ. Γλυκαγόνη και σωµατοστατίνη δρουν στα γειτονικά κύτταρα που εκκρίνουν ινσουλίνη Τέτοια σήµατα είναι οι ορµόνες που µεταφέρονται µέσω του κυκλοφορικού συστήµατος σε αποµακρυσµένα κύτταρα-στόχους Παραδείγµατα: οιστραδιόλη, θυρεοτρόπος ορµόνη

3 Τα χηµικά σήµατα του νευρικού συστήµατος είναι οι νευροδιαβιβαστές ΧΗΜΙΚΗ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΣΗΜΑΤΟ ΟΤΗΣΗ: ΑΝΤΙΛΗΨΗ, ΜΕΤΑΓΩΓΗ, ΑΠΟΚΡΙΣΗ Οι νευροδιαβιβαστές ελευθερώνονται στο άκρο του άξονα ενός νευρικού κυττάρου και µέσω του συναπτικού χώρου (~50 nm) φθάνουν στα κύτταρα στόχους (νευρικά, µυικά). Π.χ. Αµινοξέα (Γλυκίνη, νοραδρεναλίνη, γ-αµινοβουτυρικό οξύ, ακετυλχολίνη) και µικρά πεπτίδια (εγκεφαλίνη) ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ : Το κύτταρο ανιχνεύει το χηµικό σήµα που φθάνει στην κυτταρική µεµβράνη, µέσω υποδοχέων (πρωτεϊνες) εξειδικευµένων για διαφορετικές λειτουργίες. ΜΕΤΑΓΩΓΗ: Το µόριο-σήµα δεσµεύεται στον υποδοχέα προκαλώντας αλλαγή στη διαµόρφωση του. Η αλλαγή αυτή µεταβιβάζεται σε ένα άλλο σήµα (δευτερογενές µήνυµα) που έχει τέτοια µορφή ώστε το κύτταρο να µπορεί να αποκριθεί κατάλληλα. Η µεταβίβαση µπορεί να γίνει σε ένα βήµα ή σε πολλά (µονοπάτι). ΑΠΟΚΡΙΣΗ: Το κύτταρο αποκρίνεται κατάλληλα στο σήµα και ρυθµίζει τη λειτουργία του. Π.χ. Η κατάλληλη απόκριση των κυττάρων στην επινεφρίνη είναι η ενεργοποίηση του ενζύµου glycogen phosphorylase, το οποίο καταλύει τη µετατροπή του γλυκογόνου σε glucose-1-phosphate ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΣΗΜΑΤΟ ΟΤΗΣΗΣ Πρωτογενή µηνυµατοφόρα µόρια Υποδοχείς ευτερογενή µηνυµατοφόρα µόρια Ενζυµα: Κινάσες-Φωσφατάσες

4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΗΝΥΜΑΤΟΦΟΡΩΝ ΜΟΡΙΩΝ Ορµόνες Nitric oxide, Carbon monoxide Nευροδιαβιβαστές -Αµινοξέα και συγγενείς ενώσεις π.χ. Γλυκίνη, νορεπινεφρίνη, γ-αµινοβουτυρικό οξύ (GABA), ακετυλχολίνη -Μικρά πεπτίδια π.χ. εγκεφαλίνη Τοπικά χηµικά µόρια σηµατοδότησης -Πρωτεϊνες -Μικρά πεπτίδια -Παράγωγα αµινοξέων -Παράγωγα λιπαρών οξέων Tα Ligands µπορούν να ταξινοµηθούν µε βάσει τη διαλυτότητα τους και τη θέση του υποδοχέα: Α. Μικρά λιπόφιλα µόρια: διαχέονται ελεύθερα κατά µήκος της κυτταρικής µεµβράνης. Θέση υποδοχέα : ενδοκυττάριος Παράδειγµα: στεροειδείς ορµόνες (οιστρογόνα) Β. Υδατοδιαλυτά µόρια: δεν µπορούν να διασχίσουν τη κυτταρική µεµβράνη. Θέση υποδοχέα : κυτταρική επιφάνεια Παράδειγµα: πεπτιδικοί αυξητικοί παράγοντες, ινσουλίνη, φορτισµένα µόρια (νευροδιαβιβαστές) Γ. Λιπόφιλες ορµόνες µε µεµβρανικούς υποδοχείς: Θέση υποδοχέα : κυτταρική επιφάνεια Παράδειγµα: : Προσταγλανδίνες. ιασχίζουν την κυτταρική µεµβράνη για να δεσµευθούν σε υποδοχείς του κυτταροπλάσµατος ή του πυρήνα Κορτιζόλη, οιστραδιόλη, τεστοστερόνη, θυρεοειδείς ορµόνες Transmitter Steroid Hormones NO Neurotransmitters Peptide Hormones, Neuropeptides, Growth Factors. chemistry lipid gas hydrophilic small molecules peptides membr Receptor ane permea ble? Yes steroid hormone receptor Yes enzyme No No gated ion channels, G- prot. receptors varied cell surface receptors example function transcription regulation-cell differentiation blood vessel dilation neuromuscular synapses, hormones like adrenalin cell growth and differentiation (includes oncogenes) ΟΡΜΟΝΕΣ ΤΙ ΕΙΝΑΙ? Χηµικά µόρια που παράγονται σε ένα µέρος και δρουν σε άλλο. Παράγονται σε ειδικού ιστούς ή αδένες Εκκρίνονται στο αίµα σε µικρές ποσότητες και επηρεάζουν τη λειτουργία αποµακρυσµένων κυττάρων

5 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΜΟΝΩΝ ΜΕ ΒΑΣΕΙ ΤΗ ΘΕΣΗ ΡΑΣΗΣ Τοπικές ορµόνες: ασκούν συγκεκριµένες τοπικές δράσεις π.χ. Ακετυλχολίνη, εκκριµατίνη (δωδεκαδάκτυλοπάγκρεας), χολοκυστοκινίνη (λεπτό έντερο-χοληδόχο κύστη) Γενικές ορµόνες: Εκκρίνονται από ενδοκρινείς αδένες και δρουν σε αποµακρυσµένα σηµεία του οργανισµού. Επηρεάζουν ένα µόνο ιστό-αδένα (π.χ. Κορτικοτροπίνηεπινεφρίδια) ή όλα τα κύτταρα του οργανισµού (π.χ. Αυξητική ορµόνη) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΡΑΣΗΣ Περισσότερες από 50. Μερικές επηρεάζουν µόνο ένα ιστό, άλλες ολόκληρο το σώµα ιαφορετικές ορµόνες ενεργοποιούν διαφορετικούς κυτταρικούς µηχανισµούς εν αποκρίνονται όλα τα κύτταρα σε κάθε ορµόνη ύο διαφορετικά κύτταρα µπορούν να αποκριθούν διαφορετικά στην ίδια ορµόνη Οι ορµόνες δρουν σε πολύ χαµηλές συγκεντρώσεις ( M) Οι ορµόνες επηρεάζουν τις µεταβολικές δραστηριότητες του κυττάρου: 1. Μεταβάλλοντας τη µεµβρανική διαπερατότητα 2. επάγοντας τη παραγωγή πρωτεϊνών ή ρυθµιστικών µορίων στα κύτταρα 3. ενεργοποιώντας ή απενεργοποιώντας ένζυµα στα κύτταρα 4. διεγείροντας τα κύτταρα-στόχους να εκκρίνουν ορµόνες