komunikasi seluler , juga disebut komunikasi antar, adalah transmisi molekul sinyal ekstraseluler. Molekul-molekul ini mulai dari sel penghasil sinyal dan mengikat reseptor pada sel target, menghasilkan respons spesifik.
Molekul sinyal dapat berupa molekul kecil (contoh: asam amino), peptida, atau protein. Oleh karena itu, komunikasi yang bersifat kimiawi merupakan ciri organisme uniseluler dan multiseluler.
Sumber: pixabay.com
Pada bakteri, molekul sinyal adalah feromon bakteri. Ini diperlukan untuk fungsi seperti transfer gen horizontal, bioluminesensi, pembentukan biofilm, dan produksi antibiotik dan faktor patogen.
Pada organisme multiseluler, komunikasi seluler dapat berlangsung antar sel yang berdekatan, atau antar sel yang terpisah. Dalam kasus terakhir, molekul sinyal harus menyebar dan menempuh jarak yang jauh. Fungsi sinyal meliputi perubahan ekspresi gen, morfologi, dan pergerakan sel.
Komunikasi sel juga dapat dilakukan oleh vesikel ekstraseluler (VE), yang disebut ektosom dan eksosom. Beberapa fungsi EV adalah: modulasi limfosit dan makrofag; kontrol fungsi sinaptik; di pembuluh darah dan jantung, koagulasi dan angiogenesis; dan pertukaran RNA.
Indeks artikel
Jenis (sistem/mekanisme)
Pada bakteri, ada jenis komunikasi seluler yang disebut penginderaan kuorum , yang terdiri dari perilaku yang terjadi hanya ketika kepadatan populasi bakteri tinggi. kuorum penginderaan melibatkan produksi, rilis, dan deteksi berikutnya dari konsentrasi tinggi molekul sinyal yang disebut autoinducers.
Pada eukariota uniseluler, seperti T. brucei , ada juga penginderaan kuorum . Dalam ragi, perilaku seksual dan diferensiasi sel terjadi sebagai respons terhadap komunikasi oleh feromon dan perubahan lingkungan.
Pada tumbuhan dan hewan, penggunaan molekul sinyal ekstraseluler, seperti hormon, neurotransmiter, faktor pertumbuhan atau gas, adalah jenis komunikasi penting yang melibatkan sintesis molekul sinyal, pelepasannya, pengangkutannya ke sel target, sinyal deteksi dan respon spesifik.
Sehubungan dengan pengangkutan molekul sinyal pada hewan, jarak aksi molekul menentukan dua jenis sinyal: 1) autokrin dan parakrin, yang masing-masing bekerja pada sel yang sama dan sel di dekatnya; dan 2) endokrin, yang bekerja pada sel target yang jauh, diangkut oleh aliran darah.
Komunikasi seluler dengan vesikel ekstraseluler adalah jenis komunikasi seluler yang penting pada organisme eukariotik dan Archaea.
Penginderaan kuorum (qs)
Ketika populasi eukariotik atau bakteri bersel tunggal tumbuh, ia mencapai jumlah sel yang cukup, atau kuorum, untuk menghasilkan konsentrasi penginduksi yang mampu menghasilkan efek dalam sel. Ini merupakan mekanisme untuk melakukan sensus.
Tiga jenis sistem penginderaan kuorum yang dikenal pada bakteri: satu adalah gram negatif; lain dalam gram positif; dan satu lagi pada gram negatif Vibrio harveyi .
Pada bakteri gram negatif, autoinducernya adalah homoserin lakton terasilasi. Zat ini disintesis oleh enzim tipe LuxI dan secara pasif berdifusi melalui membran, terakumulasi di ruang ekstraseluler dan intraseluler. Ketika konsentrasi stimulasi tercapai, transkripsi gen yang diatur oleh QS diaktifkan.
Pada bakteri gram negatif, autoinducer adalah peptida yang dimodifikasi, yang diekspor ke ruang ekstraseluler, di mana mereka berinteraksi bersama dengan protein membran. Sebuah kaskade fosforilasi terjadi yang mengaktifkan protein, yang mengikat DNA dan mengontrol transkripsi gen target.
Vibrio harveyi menghasilkan dua autoinducer, yang diberi nama HAI-1 dan A1-2. HAI-1 adalah homoserin lakton terasilasi, tetapi sintesisnya tidak bergantung pada LuxI. A1-2 adalah diester furanosil borat. Kedua zat ini bekerja melalui kaskade fosforilasi yang mirip dengan bakteri gram negatif lainnya. Jenis QS ini mengontrol bioluminesensi.
komunikasi kimia
Pengikatan spesifik molekul sinyal, atau ligan, ke protein reseptor menghasilkan respons seluler spesifik. Setiap jenis sel memiliki jenis reseptor tertentu. Meskipun jenis reseptor tertentu juga dapat ditemukan pada jenis sel yang berbeda, dan menghasilkan respons yang berbeda terhadap ligan yang sama.
Sifat molekul sinyal menentukan jalur yang akan digunakan untuk memasuki sel. Misalnya, hormon hidrofobik, seperti steroid, berdifusi melalui lapisan ganda lipid dan berikatan dengan reseptor untuk membentuk kompleks yang mengatur ekspresi gen tertentu.
Gas, seperti oksida nitrat dan karbon monoksida, berdifusi melalui membran dan umumnya mengaktivasi guanylyl cyclase penghasil GMP siklik. Sebagian besar molekul sinyal bersifat hidrofilik.
Reseptornya ditemukan di permukaan sel. Reseptor bertindak sebagai penerjemah sinyal yang mengubah perilaku sel target.
Reseptor permukaan sel dibagi menjadi: a) reseptor berpasangan protein G; b) reseptor dengan aktivitas enzim, seperti tirosin kinase; dan c) reseptor saluran ion.
Karakteristik reseptor berpasangan protein G
Reseptor berpasangan protein G ditemukan di semua eukariota. Secara umum, mereka adalah reseptor dengan tujuh domain yang melintasi membran, dengan wilayah terminal-N ke arah luar sel dan terminal-C ke arah bagian dalam sel. Reseptor ini terkait dengan protein G yang menerjemahkan sinyal.
Ketika ligan berikatan dengan reseptor, protein G menjadi aktif. Ini pada gilirannya mengaktifkan enzim efektor yang menghasilkan utusan intraseluler kedua, yang dapat berupa adenosin monofosfat siklik (cAMP), asam arakidonat, diasilgliserol, atau inositol-3-fosfat, yang bertindak sebagai penguat sinyal.
Protein G memiliki tiga subunit: alfa, beta, dan gamma. Aktivasi protein G melibatkan disosiasi GDP dari protein G dan pengikatan GTP ke subunit alfa. Dalam kompleks G alpha -GTP mereka berdisosiasi dari subunit beta dan gamma, berinteraksi secara khusus dengan protein efektor, mengaktifkannya.
Jalur cAMP dapat diaktifkan oleh reseptor beta-adrenergik. CAMP diproduksi oleh adenilat siklase. Jalur fosfoinositol diaktifkan oleh reseptor asetilkolin muskarinik. Mereka mengaktifkan fosfolipase C. Jalur asam arakidonat diaktifkan oleh reseptor histamin. Mengaktifkan fosfolipase A2.
jalur CAMP
Pengikatan ligan untuk reseptor, protein stimulasi G (G s ), terikat terhadap PDB, menyebabkan pertukaran GDP untuk GTP, dan disosiasi subunit alpha dari G s dari subunit beta dan gamma. Kompleks G alpha -GTP berasosiasi dengan domain adenil siklase, mengaktifkan enzim, dan memproduksi cAMP dari ATP.
CAMP berikatan dengan subunit pengatur dari protein kinase yang bergantung pada cAMP. Melepaskan subunit katalitik, yang memfosforilasi protein yang mengatur respons seluler. Jalur ini diatur oleh dua jenis enzim, yaitu fosfodiesterase, dan protein fosfatase.
Jalur fosfoinositol
Pengikatan ligan ke reseptor mengaktifkan protein G (G q ), yang mengaktifkan fosfolipase C (PLC). Enzim ini memecah fosfatidil inositol 1,4,5-bifosfat (PIP 2 ) menjadi dua pembawa pesan kedua, inositol 1,4,5-trifosfat (IP 3 ) dan diasilgliserol (DAG).
IP 3 berdifusi ke dalam sitoplasma dan berikatan dengan reseptor di retikulum endoplasma, menyebabkan pelepasan Ca +2 dari interior. DAG tetap berada di membran dan mengaktifkan protein kinase C (PKC). Beberapa isoform PKC membutuhkan Ca +2 .
Jalur asam arakidonat
Pengikatan ligan untuk reseptor menyebabkan subunit beta dan gamma dari protein G untuk mengaktifkan fosfolipase A 2 (PLA 2 ). Enzim ini menghidrolisis fosfatidilinositol (PI) dalam membran plasma, melepaskan asam arakidonat, yang dimetabolisme oleh jalur yang berbeda, seperti 5 dan 12-lipoksigenase dan siklooksigenase.
Karakteristik reseptor tirosin kinase
Reseptor tirosin kinase (RTK) memiliki domain regulasi ekstraseluler dan domain katalitik intraseluler. Tidak seperti reseptor berpasangan G-protein, rantai polipeptida reseptor tirosin kinase melintasi membran plasma hanya sekali.
Pengikatan ligan, yang merupakan hormon atau faktor pertumbuhan, ke domain regulasi menyebabkan dua subunit reseptor bergabung. Hal ini memungkinkan autofosforilasi reseptor pada residu tirosin, dan aktivasi kaskade fosforilasi protein.
Residu tirosin terfosforilasi dari reseptor tirosin kinase (RTK) berinteraksi dengan protein adaptor, yang menghubungkan reseptor yang diaktifkan dengan komponen jalur transduksi sinyal. Protein adaptor berfungsi untuk membentuk kompleks pensinyalan multiprotein.
RTK mengikat peptida yang berbeda, seperti: faktor pertumbuhan epidermal; faktor pertumbuhan fibroblas; faktor pertumbuhan otak; faktor pertumbuhan saraf; dan insulin.
Karakteristik umum penerima
Aktivasi reseptor permukaan menghasilkan perubahan fosforilasi protein dengan mengaktifkan dua jenis protein kinase: tirosin kinase dan serin dan treonin kinase.
Serin dan treonin kinase adalah: protein kinase yang bergantung pada cAMP; protein kinase yang bergantung pada cGMP; protein kinase C; dan protein yang bergantung pada Ca +2 / Calmodulin. Dalam protein kinase ini, dengan pengecualian cAMP-dependent kinase, domain katalitik dan regulasi ditemukan pada rantai polipeptida yang sama.
Utusan kedua mengikat serin dan treonin kinase ini, mengaktifkannya.
Karakteristik Reseptor Saluran Ion
Reseptor saluran ion memiliki karakteristik sebagai berikut: a) mereka menghantarkan ion; b) mengenali dan memilih ion tertentu; c) membuka dan menutup sebagai respons terhadap sinyal kimia, listrik atau mekanik.
Reseptor saluran ion dapat berupa monomer, atau heteroligomer atau homoligomer, yang daerah rantai polipeptidanya melintasi membran plasma. Ada tiga keluarga saluran ion: a) saluran gerbang ligan; b) saluran gap junction; dan c) saluran tegangan yang bergantung pada Na + .
Beberapa contoh reseptor saluran ion adalah reseptor asetilkolin sambungan neuromuskular, dan reseptor glutamat ionotropik, NMDA dan non-NMDA, di sistem saraf pusat .
Komunikasi melalui vesikel ekstraseluler
Vesikel ekstraseluler (EV) adalah campuran ektosom dan eksosom, yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan informasi biologis (RNA, enzim, spesies oksigen reaktif, dll.) antara sel dan sel. Asal usul kedua vesikel berbeda.
Ektosom adalah vesikel yang dihasilkan dengan bertunas dari membran plasma, diikuti oleh pemisahan dan pelepasannya ke dalam ruang ekstraseluler.
Pertama, pengelompokan protein membran menjadi domain diskrit terjadi. Kemudian, jangkar lipid protein mengakumulasi protein sitosol dan RNA di lumen, sehingga menumbuhkan tunas.
Eksosom adalah vesikel yang terbentuk dari badan multivesikular (MVB) dan dilepaskan melalui eksositosis ke dalam ruang ekstraseluler. MVBs adalah endosom akhir, di mana terdapat vesikel intraluminal (ILVs). MVB dapat berfusi menjadi lisosom dan melanjutkan jalur degradatif, atau melepaskan ILVS sebagai eksosom melalui eksositosis.
EV berinteraksi dengan sel target dengan cara yang berbeda: 1) hilangnya membran EV dan pelepasan faktor aktif di dalamnya; 2) EV membangun kontak dengan permukaan sel target, yang mereka fusikan, melepaskan isinya di sitosol; dan 3) EV ditangkap seluruhnya oleh makropinositosis dan fagositosis.
Pentingnya
Berbagai macam fungsi komunikasi antar sel saja menunjukkan pentingnya. Beberapa contoh menggambarkan pentingnya berbagai jenis komunikasi seluler.
– Pentingnya penginderaan kuorum . QS mengatur berbagai proses seperti virulensi dalam suatu spesies, atau mikroorganisme dari spesies atau genera yang berbeda. Misalnya, galur Staphylococcus aureus menggunakan molekul sinyal dalam penginderaan kuorum untuk menginfeksi inang, dan menghambat galur S. aureus lain melakukannya.
– Pentingnya komunikasi kimia. Penandaan kimia diperlukan untuk kelangsungan hidup dan keberhasilan reproduksi organisme multiseluler.
Misalnya, kematian sel terprogram, yang mengatur perkembangan multiseluler, menghilangkan seluruh struktur dan memungkinkan perkembangan jaringan tertentu. Semua ini dimediasi oleh faktor trofik.
– Pentingnya EV. Mereka memainkan peran penting dalam diabetes, peradangan, dan penyakit neurodegeneratif dan kardiovaskular. EV sel normal dan sel kanker sangat berbeda. EV dapat membawa faktor yang mempromosikan atau menekan fenotipe kanker dalam sel target.
Referensi
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., dkk. 2007. Biologi Molekuler Sel. Ilmu Garland, New York.
- Bassler, BL 2002. Obrolan Ringan: Komunikasi Sel-ke-Sel pada Bakteri. Sel, 109: 421-424.
- Cocucci, E. dan Meldolesi, J. 2015. Ektosom dan eksosom: menumpahkan kebingungan antara vesikel ekstraseluler. Tren Biologi Sel, xx: 1–9.
- Kandel, E., Schwarts, JH, dan Jessell, T., 2000. Prinsip Ilmu Saraf. McGraw-Hill USA.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Seluler dan biologi molekuler. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
- Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Komunikasi kimia dalam proteobacteria: studi biokimia dan struktural sintase sinyal dan reseptor yang diperlukan untuk pensinyalan antar sel. Mikrobiologi Molekuler, 53: 755–769.
- Perbal, B. 2003. Komunikasi adalah kuncinya. Komunikasi Sel dan Sinyal. Redaksi, 1-4.
