Sinyal transdüksiyonu

Biyolojide sinyal transdüksiyonu bir hücrenin bir cins sinyal veya uyarıyı başka birine dönüştürme sürecidir. Çoğu zaman bu, hücre içinde enzimlerin yürüttüğü biyokimyasal reaksiyonlarla gerçekleşir, bunlar birbirine ikincil habercilerle bağlanıp bir "ikincil haberci yolu" oluştururlar. Bu süreçler genelde hızlı olur, iyon akıları durumunda milisaniyeler mertebesinde, protein ve lipit aracılıklı kinaz çağlayanı (cascade) durumunda dakikalar mertebesinde sürer. Çoğu sinyal transdüksiyonu işleminde sinyal ilk uyarandan ileri doğru yayıldıkça bu olaylara katılan protein ve diğer moleküllerin sayısı da artar ve böylece küçük bir sinyal büyük bir tepki doğurabilir; buna "sinyal kaskadı" denir. Bakteri ve diğer tek hücreli organizmalarda, hücrenin sahip olduğu sinyal trasndüksiyon süreçleri onun çevresine nasıl tepki vereceğini belirler. Çok hücreli organizmalarda organizmanın bir bütün olarak çalışmasını sağlamak için bireysel hücrelerin davranışlarını koordine eden pek çok sinyal transdüksiyon süreci gerekmektedir. Tahmin edileceği üzere, bir organizma ne kadar karmaşıksa organizmanın sahip olduğu sinyal transdüksiyon süreçlerinin repertuvarı da o derece karmaşık olmak durumundadır. Dolasıyla hücresel seviyede hem iç hem de dış çevrenin duyumu sinyal transdüksiyonuna dayalıdır. Çoğu hastalık, örneğin diyabet, ateroskleroz, özbağışıklık (otoimmünite), kanser, sinyal transdüksiyon yollarındaki bozukluklardan kaynaklanır. Bu durum, sinyal transdüksiyonunun biyoloji kadar tıpta da olan önemini ortaya koyar.

Sinyal transdüksiyon olaylarını uyaran çoğu molekül hücre dışından kaynaklanır ve hücre zarı içine yerleşmiş proteinlerle etkileşirler. Çok hücreli organizmalarda ikincil haberci sinyal kaskadlarını uyarıp hücrenin biyolojik etkinliğini organizmanın bütünü ile koordine etemeye yarayan pek çok küçük molekül ve peptit vardır. Bu moleküller işlevsel olarak hormonlar (örneğin melatonin), büyüme faktörleri (ör. epidermal büyüme faktörü), hücre dışı matriks bileşenleri (ör. fibronektin), sitokinler (ör. interferon gama), kemokinler (ör. RANTES), nörotransmiterler (ör. asetilkolin) ve nörotrofinler (ör. sinir büyüme faktörü) olarak sınıflandırılmışlardır. Bu sınıflandırmaların çoğu o sınıftaki moleküllerin moleküler yapısını göz önüne almaz. Örneğin, bir sınıf olarak nörotransmiterler endorfin gibi nöropeptitler ve serotonin ve dopamin gibi küçük moleküllerden oluşur. Hormonlar sinyal transdüksiyonunu başlatan jenerik bir molekül sınıfıdır, aralarında insülin (bir polipeptit), testosteron (bir steroit) ve epinefrin (bir küçük organik molekül) bulunur.

Yukarıda sıralanmış uyaranlara ek olarak çevresel uyaranlar da sinyal transdüksiyon kaskadlarını uyarabilir. Retinaya düşen ışık, burun epitelinde bulunan koku reseptörlerine bağlanan kokular, tat tomurcuklarındaki tat reseptörlerini uyaran tatlar iyi bilinen örneklerdir. Tek hücreli organimalar da sinyal transdüksiyon yollarıyla birbirleriyle haberleşirler. Örneğin cıvık mantarlar aç kaldıkları zaman siklik AMP salgılarlar, bu da civarlarındaki hücreleri öbekleşmeleri için uyarır. Maya hücreleri eşeyli üremede birbirlerinin eşey tipini anlamak için üreme faktörleri kullanır.

Tüm sinyal transdüksiyon uyaranlarının ortak özelliği, belli proteinlerin (hücre zarında veya hücre içinde) etkinliğini değiştirebilmeleri ve bunun sonucunda hücrenin biolojik davranışının bir şekilde değişmesine yol açmalarıdır.

Genlerin etkinleşmesi, metabolizmada değişimler, hücrenin çoğalması veya hayatta kalmaya devam etmesi, hücre hareketinin uyarılması veya bastırılması, sinyal üretimi sonucu hücrenin verdiği tepkilerden bazılarıdır. Gen etkinleşmesi sonucunda başka hücresel değişimler de olur, çünkü tepki veren genlerin protein ürünleri arasında enzimler ve transkripsiyon faktörleri de bulunur. Sinyal iletim kaskadı sonucu üretilen transkripsiyon faktörleri sonra başka genleri de etkinleştirebilirler. Dolayısıyla bir ilk uyaran, bir sürü başka genin ifadesini tetikleyebilir, bu da çeşitli sayıda karmaşık fizyolojik olayı harekete geçirebilir. Bu olaylara örnek olarak insülin uyarısı sonucu kandan glikoz alımı ve bakteri ürünlerinin uyarısı sonucu nötrofillerin bir enfeksiyon bölgesine göç etmeleri sayılabilir. Bir uyaranın etkisiyle etkinleşen genler grubuna ve bunların etkinleşme sırasına "genetik program" denir.

Çoğu memeli hücresi hem bölünmek için hem de hayatta kalabilmek için uyarılmaya gerek duyar. Büyüme faktörü uyarısı olmayınca programlı hücre ölümü meydana gelir. Bu tür hücre dışı uyarımlar, hem çok hücreli hem de tek hücreli canlılarda hücre davranışının kontrolü için gereklidir. Sinyal transdüksiyon yolları biyolojik süreçler için o kadar merkezî bir role sahiptir ki onların bozulması pek çok hastalığa yol açar.