Signaaltransductie is de overdracht van externe en interne stimuli in het organisme. Receptor eiwitten, tweede boodschappers, en enzymen zijn primair betrokken bij deze signaaltransductie. Defecten in signaaltransductie liggen ten grondslag aan de meeste ziekten, zoals kanker en autoimmuunziekten.
Wat is signaaltransductie?
Door middel van fysiologische signaaltransductie of signaaltransductie reageren lichaamscellen op externe en interne prikkels. Door middel van fysiologische signaaltransductie of signaaltransductie reageren lichaamscellen op externe en interne prikkels. In dit proces wordt een signaal getransformeerd en dringt het binnen in een cel, waar het het cellulaire effect triggert via een signaalketen. Op deze manier kunnen signalen van het ene lichaamscompartiment naar het andere worden overgebracht. Cellen kunnen dus met elkaar communiceren. Signaaloverdracht vindt plaats op één niveau of op meerdere niveaus. Wanneer meerdere in serie geschakelde niveaus bij het proces betrokken zijn, wordt dit een signaleringscascade genoemd. Enzymen en secundaire boodschappers zijn betrokken bij signaaltransductie. Daarom spreken we vaak van een enzym-gemedieerd biochemisch proces waarbij biologische informatie via dragers wordt overgedragen. Signalen uit verschillende bronnen worden gecoördineerd in het cytoplasma of de kern. Samen vormen de verschillende signaleringsroutes van een celtype het zogenaamde signaleringsnetwerk. Immuunresponsen en spieren contracties, evenals visuele en olfactorische waarnemingen, alle vertrouwen op signaaltransductie.
Functie en taak
Eiwitten zijn te vinden op de celmembraan en in een lichaamscel. Deze eiwitten dienen als receptoren. Signalering moleculen hechten zich aan receptoreiwitten op het oppervlak. De receptoren ontvangen dus signalen van buiten of binnen en zenden deze voor verwerking naar de binnenkant van de cel. De bekendste signalering moleculen omvatten neurotransmitters en hormonen, bijvoorbeeld. Er zijn veel verschillende receptoren in het menselijk lichaam. Cystolische receptoren bevinden zich bijvoorbeeld in het stroperige deel van het cytoplasma. Dit type receptoren omvat voornamelijk steroïde receptoren. Te onderscheiden van deze receptoren zijn de membraanreceptoren. Ze hebben een intracellulair en een extracellulair niveau. Ze zijn dus in staat signaalmoleculen buiten de cel te binden. Om het signaal naar binnen te laten doordringen, veranderen ze hun ruimtelijke structuur. Het signaal zelf dringt de cel niet binnen. In plaats daarvan bereikt de signaalinformatie de binnenkant van de cel via biochemische processen van de eiwitten. Deze biochemische processen worden aangestuurd door hydrofiele stoffen zoals neurotransmitters. Membraangebonden receptoren zijn ofwel ionkanalen, G-proteïne-gekoppelde receptoren of enzymgekoppelde signaalroutes. Ionenkanalen zijn transmembraaneiwitten. Ze worden geactiveerd of gedeactiveerd door een signaal. De doorlaatbaarheid van het membraan neemt dus voor bepaalde ionen toe of af. Ionenkanalen zijn vooral relevant voor zenuwsignalen. G-eiwit-gekoppelde receptoren stimuleren een G-eiwit om gebonden GDP te vervangen door de chemische verbinding GTP. Dit zorgt ervoor dat het G-eiwit wordt afgebroken in α- en βγ-eenheden, die beide het signaal doorgeven. G-eiwit-gekoppelde receptoren zijn betrokken bij processen zoals zicht en reukzin. Enzym-gekoppelde signaalroutes bestaan uit zes subklassen. Ze komen allemaal overeen met transmembraaneiwitten. Processen zoals kinase-gemedieerde fosforylering en fosfatase-gemedieerde defosforylering spelen een rol in relatie tot deze signaalroutes. Ongeacht de signaleringsroute is de overdracht van interne en externe signalen naar effector-eiwitten in de cel het eigenlijke doel van signaaltransductie. Deze transductie vindt plaats via gerichte interacties tussen meerdere eiwitten. Activering van signaaleiwitten en intracellulaire signaaleiwitten speelt een grote rol in dit proces. Sommige signalen worden versterkt door gelijktijdig meerdere effector-eiwitten te activeren. Tweede boodschappers zijn in het bijzonder relevant voor de onderlinge verbinding van signaaltransductieroutes en de integratie van verschillende signalen. Dit zijn interfaces van verschillende routes die celspecifieke reacties kunnen triggeren. Signaaltransductie stelt een eencellig organisme in staat zich aan zijn omgeving aan te passen, bijvoorbeeld door middel van regulering van het metabolisme of gen uitdrukking. Op deze manier maakt het proces het overleven van het eencellige organisme mogelijk. In meercellige organismen maakt signaaltransductie de ontvangst en verwerking van interne en externe stimuli mogelijk. Signaaltransductie is daarom ook onvervangbaar voor hun overleving. Celgroei, celdeling en celdood worden bijvoorbeeld beïnvloed door de beschreven processen.
Ziekten en aandoeningen
Wanneer signaleringsroutes worden verstoord, kan deze verstoring leiden tot verschillende ziekten. Kankers, suikerziekte, nier ziekte, en autoimmuunziekten is aangetoond dat ze verband houden met defecten in signaaltransductie. Een signaalmolecuul bindt gewoonlijk aan een van de beschreven receptoren op het oppervlak van een cel en kan celdelingen veroorzaken in een complexe respons. In kanker, mutaties in coderende genen voor signalering moleculen, receptoren, of enzymen resulteren in verhoogde of verkeerd gerichte signaleringsroute-activiteit. Dit resulteert in een toename van de celdelingsstimulatie. In deze context spelen enzymen die betrokken zijn bij transductie een grote rol. Ze vertonen vaak verhoogde activiteit in kanker De farmacologie wil deze enzymen daarom in de toekomst selectief remmen en zo een antikankermedicijn ontwikkelen. Afgezien van antikankermiddelen, wordt medisch onderzoek momenteel (vanaf 2015) intensief beziggehouden met de ontwikkeling van genezingen op basis van signaaltransductieprocessen. Zelfs cholera, gierend hoesten, en wijdverspreide veel voorkomende aandoeningen zoals hypertensie worden geassocieerd met defecten in signaaltransductie waarvan wordt aangenomen dat ze worden vergemakkelijkt door bepaalde externe stimuli. De drugs vandaag beschikbaar voor verschillende ziekten die ook al specifiek interfereren met signaaltransductie. In de toekomst zal deze interventie waarschijnlijk nog gerichter en doelgerichter worden.
