4.3. Calea JAK-STAT
Semnalizarea JAK-STAT mediază transferul mesajului sau semnalului de la exteriorul celulei la nucleu printr-un număr mare de citokine, hormoni și factori de creștere care determină alterarea transcripției unor gene specifice. Calea este formată din receptori de citokine, un subtip de receptori legați enzimatic care depinde de kinazele citoplasmatice pentru a transfera semnale în celulă. Activarea intracelulară și multimerizarea receptorilor are loc atunci când ligandul, cum ar fi interferonul, interleukinele, se leagă de receptor. Ca urmare, Jaks (o tirozin-kinază citoplasmatică) asociată cu receptorul se activează.
La mamifere, sunt cunoscute patru tipuri de Jaks – Jak1, Jak2, Jak3 și Tyk – și fiecare dintre ele este asociată cu receptori specifici de citokine care constituie două sau mai multe lanțuri polipeptidice. Dimerizarea (în unele cazuri multimerizarea) aduce Jak-ul asociat (Janus kinaza) a două unități de receptori în imediata apropiere ajutându-le pe amândouă să se fosforileze reciproc, crescând astfel activitatea domeniilor lor tirozin kinazice. Tirozina fosforilată acționează ca un situs de andocare pentru STATs și alte căi de semnalizare. STATs (Signal Transducer and Activator of Transcription) sunt factori de transcripție latenți care sunt confinați în citoplasmă atunci când sunt inactivi. Există mai multe tipuri de STATs, fiecare cu un domeniu SH2 care joacă un rol crucial în transducția semnalului. Domeniul SH2 al STAT se leagă de reziduul de fosfoirozină al receptorului de citokină activat. Mai departe, Jak fosforilează STAT pe reziduul de tirozină de la extremitatea C-terminală, ceea ce duce la eliberarea acestuia din receptor. Domeniul SH2 al STAT disociat facilitează legarea sa cu un reziduu de fosfatirozină al celei de-a doua proteine STAT, ceea ce duce la formarea fie a unui homodimer, fie a unui heterodimer. Dimerul STAT se translocă în nucleu, unde se leagă de secvențele de reglare specifice și stimulează transcrierea acestora pentru supraviețuirea, proliferarea și diferențierea celulei.
În afară de efectorii pozitivi, există mai mulți regulatori negativi care adesea opresc răspunsul. Unii dintre ei sunt următorii:
- Supresori ai semnalizării citokinelor (SOCs) : STAT activat inițiază transcrierea SOCs și, în cele din urmă, proteina SOCs se asociază cu Jaks fosforilat și prin acest proces pune capăt căii.
- Protein Inhibitors of Activated STAT (PIAS) : Proteina PIAS se leagă de dimerii STAT și inhibă interacțiunea STAT cu elementul de răspuns ADN, inhibând astfel transcrierea proteinelor țintă.
- PTPs (Protein Tyrosine Phosphatases): PTP-urile defosforilează molecula efectoare, făcându-le inactive, reglând astfel, în mod negativ, semnalizarea.
4.4. Calea TGF-β
Factorul de creștere transformant β este o enzimă multifuncțională care poate acționa fie ca hormoni, fie ca moleculă efectoare, fie ca mediatori locali pentru a regla multe răspunsuri celulare. Ligandul pentru semnalizare poate fi însuși TGF-β, proteinele morfogenetice osoase (BMP), hormonul anti-müllerian (AMH), Activin și proteina nodală. Aceste proteine procedează cu ajutorul unor receptori legați de enzime care conțin un domeniu serină/treonină kinază pe partea citoplasmatică a membranei. Acești receptori sunt compuși în principal din două clase – tipul I și tipul II – care se asociază într-un mod specific, necesar pentru semnalizare. SARA (The SMAD Anchor for Receptor Activation) și HGS (Hepatocyte Growth factor-regulated tyrosine kinase Substrate) sunt proteinele care mediază în continuare calea TGF β. Calea de semnalizare decurge după cum urmează:
- Ligandul TGF- β se leagă de homodimerul de tip II cauzând fosforilarea și activarea receptorului de tip I. Astfel, se formează un complex tetrameric.
- La activare, complexul receptor se leagă și fosforilează proteina reglatoare, Smad 1, Smad 2, Smad 3. Smad fosforilată se disociază de receptor și se combină cu Smad 4.
- Complexul Smad se disociază și intră în nucleu și se leagă de situsul specific din ADN și reglează expresia genelor țintă.
Semnalizarea TGF β este implicată în diverse procese celulare, inclusiv creșterea celulară, diferențierea celulară, proliferarea și apoptoza. Mecanismul este reglementat prin inhibiția prin feedback prin mai multe căi, cum ar fi endocitoza mediată de clathrin, blocarea formării complexului Smad, astfel, oprirea căii TGF- β.
4.5. Receptorii intracelulari ai hormonilor
Familia de receptori ai hormonilor steroidieni și tiroidieni funcționează ca factori de transcripție, deoarece după legarea hormonilor aceștia activează expresia genică. Superfamilia de receptori ai receptorilor de hormoni steroizi-tiroidieni Superfamilia lor de receptori este localizată în citoplasmă și își leagă liganzii hormonali lipofili în acest compartiment, deoarece acești hormoni sunt capabili să pătrundă liber în membrana plasmatică hidrofobă. După legarea ligandului, complexul hormon-receptor se translocă în nucleu și se leagă de secvențe specifice de ADN denumite elemente de răspuns hormonal (HRE). Legarea complexului la un HRE are ca rezultat modificarea ratei de transcriere a genei asociate. Analiza genomului uman a evidențiat 48 de gene de receptori nucleari.
Multe dintre aceste gene sunt capabile să producă mai mult de o izoformă de receptor. Receptorii nucleari conțin toți un domeniu de legare a ligandului (LBD) și un domeniu de legare a ADN-ului (DBD). Receptorii steroizi III se leagă de ADN sub formă de homodimeri, de exemplu receptorul de estrogen (ER), receptorul mineralocorticoid (MR), receptorul de progesteron (PR), receptorul de androgeni (AR) și receptorul de glucocorticoizi (GR). Receptorul steroizilor I se leagă de ADN sub formă de heterodimeri. Receptorii X retinoizi (RXRs), receptorii X hepatici (LXRs), receptorii X farnesoizi (FXRs) și receptorii activați de proliferatorul peroxizomului (PPARs) sunt exemplul receptorilor care se leagă cu liganzi lipofili la fel ca receptorii hormonilor steroizi și receptorii hormonilor tiroidieni.
Hormonii steroizi sunt toți derivați din colesterol. Mai mult, cu excepția vitaminei D, toți conțin același inel ciclopentanofenantren și același sistem de numerotare atomică ca și colesterolul. Steroizii cu 21 de atomi de carbon sunt cunoscuți sub numele de pregnani, în timp ce cei care conțin 19 și 18 atomi de carbon sunt cunoscuți sub numele de androstani și, respectiv, estrane. Acidul retinoic și vitamina D nu sunt derivate din pregnenolon, ci din vitamina A și respectiv colesterol rămânând toți sunt hormoni steroizi sunt derivați din pregneolon.
Toți hormonii steroizi își exercită acțiunea prin trecerea prin membrana plasmatică și legarea la receptorii intracelulari. Complexul hormon – receptor funcționează ca factor de transcripție. Complexul se deplasează spre nucleu se leagă de secvențele sale de ADN cunoscute ca elemente de răspuns hormonal și activează genele.
4.6. Sistemul cu două componente :
La bacterii și la plante, transducția semnalului este mediată de sistemul cu două componente (TCS), implicat în comunicarea celulă-celulă și pentru a răspunde semnalului extracelular. La bacterii, sistemele cu două componente sunt omniprezente. TCS nu este prezent la om și la alte mamifere, devenind astfel o țintă pentru medicamente.
Sistemul cu două componente conține un senzor, care este o proteină transmembranară homodimerică numită Histidină kinază plasată, care are activitate de autofosforilare împreună cu un reziduu de histidină conservat și un regulator de răspuns situat după histidină kinază, care conține un reziduu de aspartat conservat. Histidină kinaza (HK) are două domenii, un domeniu de transfer de histidină fosfo, care posedă histidină specifică și al doilea domeniu de legare a ATP. Regulatorul de răspuns (RR) avea, de asemenea, două domenii, un domeniu receptor conservat, care cuprinde aspartat conservat și al doilea domeniu efector.
Când un ligand vine și se leagă de terminalul N al histidinkinazei, la rândul său determină activarea activității de autofosforilare a histidinkinazei. Ca urmare, aceasta determină transferul unui reziduu fosfat de la ATP la histidina conservată prezentă în domeniul kinazei prezent la terminalul C. Acest lucru duce la transferul acestui fosfat de la histidină la aspartatul conservat prezent în domeniul conservat receptor al regulatorului de răspuns. Fosforilarea aspartatului are ca rezultat o schimbare de conformație în RR, care, la rândul său, determină activarea domeniului efector al RR, ca urmare, se generează un semnal care mediază răspunsul celular în mod specific de oprire sau de activare a expresiei genice.
Histidina kinaza este prezentă, de asemenea, în forma hibridă numită histidinkina kinaza hibridă, care histidinkina kinaza conține, de asemenea, un domeniu receptor intern, când ligandul se leagă de histidinkina kinaza hibridă, aceasta se autofosforilează de histidină prin același mecanism. Apoi transferă acest fosfat la reziduul de aspartat al domeniului receptor intern, după care acest fosfat se transferă la proteina de fosfotransfer al histidinei sau la histidină fosfotransferataza, care transferă acest fosfat la regulatorul de răspuns terminal care conține reziduul conservat de aspartat. Acest sistem se numește sistem de fosforelaj.
4.7. Quorum sensing
Quorum sensing se definește ca un mecanism prin care are loc reglarea proceselor fiziologice (motilitate, competență, conjugare, simbioză, virulență, sporulație și producție de antibiotice) și a activității de cooperare la bacterii, deoarece controlează expresia genelor. Prin acest mecanism, comunicarea între celulele bacteriene are loc prin detectarea și reacția unei molecule de semnal secretate de mică greutate moleculară, care este difuzibilă în natură și cunoscută sub numele de autoinducător, a cărei concentrație definește densitatea celulelor bacteriene, deoarece ambele au o corelație direct proporțională. Acest mecanism ajută bacteriile să îndeplinească diferite funcții, cum ar fi: permite celulelor bacteriene să își identifice densitatea populației, formarea de biofilme, colonizarea bacteriilor, protecția împotriva competitorilor și oferă capacitatea de a se adapta la mediul în schimbare. Vibrio fischeri, un bioluminescent marin, este primul în care a fost descris quorum sensing.
Quorum sensing este responsabil pentru inițierea unei activități coordonate care guvernează expresia genelor, care se realizează atunci când acele gene care guvernează expresia genei, activatorul transcripțional sau senzorul interacționează cu autoinducătorul său respectiv, datorită acestei semnalizări, autoinducătorul își induce, de asemenea, propria expresie genetică. Quorum sensing se realizează ca răspuns la densitatea populației bacteriene și se modifică în funcție de fluctuația populației bacteriene; la rândul său, se modifică și activitatea coordonată care guvernează expresia genelor, deoarece, în această situație, interacțiunea expresiei genice care guvernează activatorul transcripțional sau senzorul cu autoinducătorul său se modifică și ea în funcție de situație. Modificarea expresiei genelor are loc atunci când concentrația autoindicatorului este detectată ca nivel minim al concentrației de prag stimulativ. Mecanismul de quorum sensing este utilizat atât de bacteriile gram-negative, cât și de cele gram-pozitive.
În bacterii există trei clase de quorum sensing care sunt menționate mai jos:
Prima clasă este guvernată de sistemul LuxI/LuxR care posedă ca moleculă de semnal acil-homoserină lactonă (AHL) și acest tip de quorum sensing este prezent la bacteriile Gram-negative. Proteina asemănătoare cu LuxI, numită ALH-sintetază, este responsabilă de sinteza lactozei acil-homoserinei (AHL), AHL se formează prin cuplarea fracțiunii homocisteinice a S-adenozilmetioninei (SAM) cu o proteină purtătoare acil-acetil specifică (acil-ACP), în cadrul acestei cuplări fracțiunea homocisteinică se unește cu lanțul lateral acil al acil-ACP și lactonizarea acestui intermediar duce la formarea de acil-HSL împreună cu eliberarea de metiltioadenozină. AHL unic este produs de fiecare specie bacteriană ca urmare a faptului că un anumit membru al speciei bacteriene răspunde și recunoaște o moleculă de semnal specifică. După sinteză, aceasta se difuzează și este recunoscută și legată de o proteină LuxR cognată, la rândul său, are loc activarea LuxR, apoi complexul AHL-LuxR se leagă de promotorul genei țintă și începe transcrierea genei respective.
Aceasta este diagrama quorum sensing la bacteriile Gram-negative, definește activarea transcripțională necesită o anumită concentrație de prag pentru a activa transcrierea genei, sub această concentrație nu are loc niciun fel de transcriere.
Cea de-a doua clasă guvernează sistemul cu două componente mediat de oligopeptide care posedă o peptidă mică ca moleculă de semnal și acest tip de quorum sensing este prezent în bacteriile Gram-pozitive. În cazul bacteriilor Gram-pozitive, autoinducătorul nu este capabil să traverseze membrana plasmatică, iar senzorul sau receptorul acestui inductor numit peptidă autoinducătoare (AIP- 5-25 aminoacizi) este o proteină transmembranară, aici este prezent un sistem de transducție a semnalului cu două componente care conține un receptor al AIP numit proteină histidinkinază împreună cu un regulator de răspuns citoplasmatic care continuă transducția semnalului prin medierea reglării expresiei genice prin semnalizare peptidică. AIP este secretat în mediul extern din interiorul celulei prin intermediul transpoterului ABC.
Cea de-a treia clasă este guvernată de autoinducătorul 2 codificat de luxS și acest tip de quorum sensing este prezent atât la bacteriile Gram-negative, cât și la cele Gram-pozitive.
Acum SĂ Vorbim despre exemplul lui Vibrio fischeri, un bioluminescent marin. Vibrio fischeri rezidă în relații simbiotice cu o serie de animale marine gazdă. Vibrio fischeri produce lumină prin producerea enzimei luciferază. Astfel, se numește bioluminescentă, iar bacteriile produc luminescență, care este o lumină albastru-verde, atunci când bacteriile sunt prezente în concentrații mari ca răspuns la quorum sensing AHLs. Producția de lumină are loc în organul specializat prezent în organismul marin numit organ de lumină atunci când bacteriile sunt colonizate în concentrație mare în acest organ de lumină, dar Vibrio fischeri nu produce luminescență atunci când este prezent în stare liberă și această luminescență apare în întuneric.
Chemotaxia la bacterii
Chemotaxia este un fenomen care explică mișcarea bacteriilor ca răspuns la un stimul chimic, într-o direcție specifică. Chimiotaxa joacă un rol important în mișcarea flagelului bacteriei, în căutarea hranei și în caz de protecție, cum ar fi pipăirea otrăvurilor. Dacă mișcarea are loc în direcția unei concentrații mai mari de substanță chimică, se numește chemotaxie pozitivă, iar invers, dacă mișcarea are loc în direcția opusă față de concentrația mai mare de substanță chimică, se numește chemotaxie negativă. Inducătorul chimiotaxei în celula mobilă se numește chemoattractant (chemokine și formil peptide) și chemorepellent (aminoacizi, săruri anorganice și unele chemokine), dacă chemoattractantul este prezent, celula se deplasează în direcția înainte, iar dacă chemorepellentul este prezent, atunci celula se deplasează în direcția opusă sau se îndepărtează de substanța chimică. Ambele substanțe chimice își realizează semnalizarea prin interacțiunea cu receptorul lor, care este o proteină transmembranară. Chimiotaxa se realizează prin intermediul unui sistem cu două componente, care conține o proteină histidinkinază ca receptor transmembranar, împreună cu un regulator de răspuns citoplasmatic care realizează transducția semnalului prin medierea reglării expresiei genice ca răspuns la o anumită substanță chimică.
Rotația flagelară la E.coli guvernată de chemotaxie și mișcarea flagelului este corelată cu comportamentul de înot al bacteriilor, în timpul rotației flagelare în sens invers acelor de ceasornic, bacteriile se deplasează în direcția înainte, ceea ce se mai numește și alergare, odată cu aceasta bacteriile înoată în linie dreaptă, acest tip de mișcare se realizează deoarece rotația în sens invers acelor de ceasornic determină alinierea flagelilor într-un singur fascicul rotativ. În timpul rotației flagelare în sensul acelor de ceasornic, mișcarea bacteriilor în direcția înainte încetează, iar bacteriile se rostogolesc pe loc. Acest tip de mișcare are loc deoarece rotația în sensul acelor de ceasornic rupe mănunchiul de flageli separat, aici fiecare flagel arată în direcție separată. Dacă nu există un gradient chimic, mișcarea bacteriilor este aleatorie, în acest caz bacteriile se deplasează înainte / aleargă. Astfel, înoată și după un anumit timp se oprește, astfel se rostogolește. Dacă gradientul chimic este prezent, în cazul prezenței unui chemoattractant, rostogolirea este mai puțin frecventă și apare o alergare mai lungă sau, în cazul prezenței unui chemorepelent, apare o alergare mai lungă în direcția opusă, împreună cu o rostogolire mai mică.
Mișcarea flagelară are loc prin intermediul unui sistem cu două componente, așa cum s-a menționat mai sus, aici receptorul este cunoscut sub numele de proteină de chemotaxie acceptantă de metil (MCP) și metilarea receptorului se face de către o metiltransferază numită CheR, CheW o proteină adaptoare se leagă de receptor într-o parte și se leagă de CheA în cealaltă parte, legând astfel CheA de o proteină senzor. CheA, o histidinkinază senzor, posedă un reziduu de histidină conservat. Atunci când un chemorepellent vine și se leagă de MCP, la rândul său activează MCP, care activează CheW și care activează CheA în cascadă, CheA activată provoacă autofosforilarea propriului reziduu conservat de histidină și, după aceea, CheA transferă fosfatul către CheY, care este un regulator de răspuns și care posedă un reziduu de aspartat conservat, ca urmare are loc difuzia lui ChsY și interacționează cu proteina de comutare flagelară FliM sau cu proteina motorului flagelar, ceea ce duce la schimbarea rotației flagelului din sens invers acelor de ceasornic în sensul acelor de ceasornic.
CheY este responsabilă pentru controlul motorului flagelului. Pe măsură ce are loc schimbarea rotației unui singur flagel, aceasta provoacă întreruperea întregului fascicul de flageli, ceea ce duce la rostogolire. Starea de fosforilare a lui CheY persistă timp de câteva secunde, iar CheY este desfosforilat de CheZ, care este responsabil pentru terminarea semnalului și cunoscut sub numele de fosfatare specifică Asp. Inactivarea lui CheY este realizată de CheZ. Legarea atractantului exercită un efect opus, cauzează inactivarea receptorului, la rândul său, fosforilarea CheA și CheY scade, ca urmare are loc o rotație inversă a flagelului, astfel încât bacteriile se deplasează și înoată în direcția înainte. Bacteria se desensibilizează în cazul în care este prezentă o concentrație mai mare de ligand și care este mai mare decât concentrația obișnuită mai mare.
UrmitorPrecedent