Inligting

Wat is die molekulêre meganisme van die sein van reuk -transduksie -sein?

Wat is die molekulêre meganisme van die sein van reuk -transduksie -sein?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het 'n paar artikels gelees oor die onderwerp van die reukwegsein. Die volgende referate word as voorbeelde gelys. Ek het egter gevind dat daar nie 'n duidelike roete-voorstelling van die reukmiddel-seinweg is nie, waardeur die betrokke gene en regulasies bekend behoort te wees. Is daar enige vraestel wat ek gemis het?

  • Menzel, R. en P. Benjamin (2013). Invertebrate leer en geheue, Academic Press.
  • Leal WS: Reukontvangs by insekte: rolle van reseptore, bindende proteïene en afbrekende ensieme. Annu ds Entomol 2013, 58: 373-391.
  • Kaupp, U. B. (2010). "Reuksein by gewerwelde diere en insekte: verskille en gemeenskaplikhede." Nat Rev Neurosci 11(3): 188-200.
  • Vosshall, L. B. en R. F. Stocker (2007). "Molekulêre argitektuur van reuk en smaak in Drosophila." Annu Rev Neurosci 30: 505-533.

Inligting wat hieroor beskikbaar is, is groot. Ek sal die belangrikste punte noem. Oor die algemeen behels hierdie sein vier komponente, nl. reseptore, transduksiemasjinerie, perireceptor prosesse en stroomaf verwerking van chemosensoriese inligting.

Reseptors
Die eerste stap is om 'n sein te ontvang (hier is reukstof of chemikalieë). Die volgende figuur toon vergelyking tussen primêre chemoreseptorneurone in vertebrate, insekte en nematodes.

Hierdie neurone ondergaan voortdurend geboorte-rypwording-dood en die proses word in baie modelstelsels goed bestudeer.

Seintransduksie

Nadat stimulus ontvang is, moet dit binne die sel oorgedra word vir verdere verwerking. In hierdie geval vind transduksie gewoonlik plaas via GPCR -sein. Hierdie neurone gebruik twee algemeen gebruikte seinkaskades. Die volgende figuur toon hoofkomponente in hierdie sein ((a):gewerwelde olfaktoriese reseptorneurone (b): kreef reukreseptorneurone),

Perireceptor prosesse

Hierdie proses is belangrik vir reseptoraktivering en transduksie. Hulle kan van enige soort wees, soos meganies of biochemies.

Stroomafwaartse verwerking

Daar is groot inligting beskikbaar op die vlak van die pad. Die volgende figuur verteenwoordig hoofkomponente in twee modelstelsels.

Om gene te vind, moet jy in 'n spesifieke deel van hierdie proses soek (soos dit 'n goeie voorbeeld van reseptorgene in die mens is).

Ek sal sterk aanbeveel om hoofstuk 4 van "The Senses - Comprehensive Reference" te lees. Alle bogenoemde inligting is uit hierdie boek geneem. Nog 'n goeie oopbronverwysing is The Neurobiology of Olfaction, hierdie verwysing het alles waarvoor jy nodig het vry.


Meganisme van reukaanpassing in die reukreseptorsel

Aanpassing aan reukmiddels begin op die vlak van sensoriese reseptorselle 1-5, vermoedelik deur modulasie van hul transduksiemasjiene. Die reukseintransduksie behels die aktivering van die adenylyl siklase/sikliese AMP tweede boodskappersisteem wat lei tot die opeenvolgende opening van cAMP -omheinde kanale en Ca 2+ geaktiveerde chloried ioonkanale 4-7. Verskeie verslae van resultate verkry van in vitro voorbereidings beskryf die moontlike molekulêre meganismes wat betrokke is by reukaanpassing, naamlik ordorantreseptorfosforilering 8,9, aktivering van fosfodiesterase 10 en ioonkanaalregulering 11–14. Dit is egter nog onbekend of hierdie vermeende meganismes in die ongeskonde reukreseptorsel werk. Hier ondersoek ons ​​die aard van die aanpassingsmeganisme in ongeskonde reukselle deur 'n kombinasie van reukstimulasie en hok -cAMP -fotolise 15 te gebruik, wat huidige reaksies lewer wat die vroeë stadiums van seintransduksie omseil (met betrekking tot die reseptor, G -proteïen en adenylyl siklase). Reuk- en cAMP-geïnduseerde reaksies toon dieselfde aanpassing op 'n Ca 2+ -afhanklike manier, wat daarop dui dat aanpassing heeltemal stroomaf van die siklase plaasvind. Boonop toon ons dat fosfodiesterase-aktiwiteit konstant bly tydens aanpassing en dat 'n affiniteitsverandering van die cAMP-omhulde kanaal vir ligande goed bydra tot ons resultate. Ons kom tot die gevolgtrekking dat die hoofmeganisme onderliggend aan reukmiddelaanpassing eintlik 'n modulasie van die cAMP-omheinde kanaal is deur Ca 2+ terugvoer.


Wat is die molekulêre meganisme van reukmiddeltransduksie-seinweg? - Biologie

Artikelopsomming:

By gewerwelde oë kom die ligstrale deur die pupil en hierdie ligstrale is gefokus op 'n hoogs georganiseerde versameling ligsensitiewe neurone bekend as retina. Retina bestaan ​​uit twee tipes ligwaarnemende neurone wat hieronder bespreek word:

(a) Staafselle: Hierdie selle voel lae vlak van lig, maar kan nie kleure onderskei nie.

(b) Kegelselle: Hierdie selle is minder sensitief vir lig, maar kan kleure diskrimineer.

Struktuur van staaf en keël

Beide selle is lang, smal, fotosensoriese neuron met twee afsonderlike sellulêre kompartemente, die buitenste segment bestaan ​​uit 'n aantal membraanskyfies wat membraanproteïen rhodopsien bevat, en die binneste segment bestaan ​​uit 'n kern en baie mitochondria wat benodig word vir die produksie van ATP wat gebruik word tydens foto transduksie. Die binneste segment bevat ook Na+ K+ ATPase wat elektriese potensiaal van transmembraan skep. Hierdie membraanpotensiaal word verminder deur vloei van Na+ of Ca2+ deur 'n ioonkanaal in die buitenste segment. Hierdie ioonkanaal word deur cGMP omhein. In donker bestaan ​​staafselle uit 'n sekere vlak van cGMP wat hierdie kanaal oop hou. Die membraanpotensiaalwaarde hang af van die netto verskil tussen Na+ en K+ konsentrasie wat geskep word deur Na+ K+ ATPase in die binneste segment van selle en die instroming van Na+ of Ca2+ deur die ioonkanale van die buitenste segment.

Molekulêre meganisme betrokke by visie

Die seintransduksie begin wanneer lig op rodopsien val. Rhodopsin is die integrale membraanproteïen met sewe membrane wat oor α -helices strek. Volgende gebeure gebeur tydens die proses van seintransduksie in visie.

Stap 1: Rhodopsin is saamgestel uit lig absorberende pigment 11-cis retinale en kovalent aangehegte proteïen wat bekend staan ​​as opsin. As foton deur rhodopsien geabsorbeer word, veroorsaak die energie van foton konformasieverandering in rhodopsin deur 11-cis retina in al-trans retina te omskep.

Stap 2: Opgewekte rhodopsin interaksie met tweede proteïen transducin behoort aan GTP bindende proteïene wat drie subeenhede bevat naamlik Tα,Tβ en Tγ. Transducin kan bind met GTP of BBP. In donker wanneer geen sein verkry word nie, word BBP gebind en al drie proteïensubeenhede bly gebind. Wanneer rhodopsin deur foton opgewek word, tree die rhodopsin in wisselwerking met transducin wat die vervanging van gebonde BBP deur GTP vanaf sitosol kataliseer. Tα subeenheid van transducien dissosieer van Tβγ subeenheid.

Stap 3: Die volgende stap in seintransduksiebaan is die aktivering van cGMP fosfodiesterase. Fosfodiesterase is 'n ensiem wat cGMP omskakel in 5 'GMP. Die aktivering van hierdie ensiem lei tot verlaging van cGMP-konsentrasie in die buitenste segment. Laer cGMP -vlak blokkeer cGMP -geslote ioonkanale wat die herintreding van Na+ en Ca2+ in die buitenste segment van fotosensoriese selle belemmer, wat hiperpolarisasie van die membraan van fotosensoriese selle veroorsaak. Dit veroorsaak die verandering die verandering in membraanpotensiaal van selmembraan. Hierdie sein gaan oor na die visuele korteks van die brein en produseer seine.

Stap 4: Voortgesette uitvloei van Ca2+ deur die Na+ Ca2+ -uitruiling verminder sitosoliese Ca2+. Hierdie vermindering van Ca2+ -konsentrasie aktiveer guanylyl -siklase wat fosfodiesterase -ensiem inhibeer. Die remming van hierdie ensiem veroorsaak 'n toename in cGMP -vlak, wat lei tot die heropening van kation. Op hierdie manier keer die membraanpotensiaal terug na sy prestimuluspotensiaal.

Stap 5: Die konformasieverandering wat veroorsaak word as gevolg van fotonabsorpsie lei tot blootstelling van verskeie Thr- en Ser-reste. Die oorblyfsels word vinnig fosforilering deur rhodopsin kinase. 'n Ca2+-bindende proteïenherwinning dien as 'n inhibeerder van rhodopsin kinase. Die gefosforileerde rodopsien word deur proteïen arrestin1 gebind. Hierdie arrestin1-proteïen verhoed interaksie tussen rhodopsin en transducin. Met verloop van tyd word alle transretinale van 'n opgewonde rodopsienmolekule verwyder en vervang deur 11-cis retinale.

Versterking betrokke by hierdie seintransduksie

Elke opgewonde rhodopsin -molekule aktiveer ten minste vyfhonderd transducienmolekules en elke transducin -molekule aktiveer op sy beurt phoshodiesterase -ensiem. Hierdie fosfodiesterase-ensiem hidroliseer vierduisend tweehonderd molekule cGMP per sekonde aangesien fosfodiesterase-ensiem 'n hoë omsetgetal het.

Mens kan nie retinale sintese so Vitamien A in dieet is noodsaaklik om die vlak van vitamien A dit te handhaaf. Dieettekort in vitamien A veroorsaak nagblindheid. Die ryk bron van vitamien A is lewer (beesvleis, varkvleis, hoender, kalkoen, vis), lewertraan, wortel, broccoli blaar, patat, botter, boerenkoolspinasie, pampoen, groenbone, cheddarkaas, spanspanspek, eier, appelkoos papaja, mango, ertjie, broccoli en melk.

Oor outeur / bykomende inligting:

Belangrike vrywaring: Alle artikels op hierdie webwerf is slegs vir algemene inligting en is nie 'n professionele of kundige advies nie. Ons besit geen verantwoordelikheid vir die korrektheid of egtheid van die inligting wat in hierdie artikel aangebied word, of enige verlies of besering wat daaruit voortspruit nie. Ons onderskryf nie hierdie artikels nie, ons is nie geaffilieer met die skrywers van hierdie artikels nie en ook nie verantwoordelik vir die inhoud daarvan nie. Sien ons vrywaring -afdeling vir volledige bepalings.


Onderskeidende ONE-GC-transduksiemetodes en motiewe van reukmiddels: Uroguanylien en CO (2)

In 'n subset van die reuk sensoriese neurone is EEN-GC($) membraan guanilaat siklase 'n sentrale komponent van twee reukstof-afhanklike sikliese GMP seinweë. Hierdie reukmiddels is uroguanylin en CO(2). Die huidige studie is ontwerp om die biochemiese en molekulêre verskille tussen hierdie twee reuk -seinmeganismes te ontsyfer. Die studie toon (1) in teenstelling met uroguanylien, is CO (2) transduksiemeganisme Ca (2+)-onafhanklik. (2) CO (2) transduksieterrein, soos dié van uroguanylien-neurocalcin delta, is geleë in die kern katalitiese domein, aa 880-1028, van ONE-GC. (3) Die webwerf oorvleuel egter nie die kenmerkende neurokalcin delta -seeltransduksiedomein nie, (908) LSEPIE (913). Ten slotte, (4) ontken hierdie studie die heersende konsep dat CO(2) uniek EEN-GC-aktiwiteit aandui (Sun et al. [19] Guo et al. [21]). Dit demonstreer dat dit ook die aktivering van fotoreseptor membraan guanilaat siklase ROS-GC1 aandui. Hierdie resultate toon 'n addisionele nuwe transduksiemeganisme van die membraan -guanilaat -siklusse en verbreed ons begrip van die molekulêre meganismes waardeur verskillende reukmiddels wat 'n enkele guanylate -siklase gebruik, verskillende sikliese GMP -seinweë kan reguleer.

Kopiereg 2009 Elsevier Inc. Alle regte voorbehou.

Syfers

Figuur 1. Skematiese voorstelling van ONE-GC en ...

Figuur 1. Skematiese voorstelling van ONE-GC en sy uitdrukkingskonstrukte

Die volgende afkortings dui die ...

Figuur 2. Ca 2+ onafhanklike stimulasie van...

Figuur 2. Ca 2+ onafhanklike stimulering van ONE -GC deur bikarbonaat (A) en Ca 2+ -afhanklike ...

Figuur 3. Bikarbonaat en neurokalsien δ teiken …

Figuur 3. Bikarbonaat en neurokalcin δ is gerig op verskillende plekke van EEN-GC kern katalitiese domein


Waar projekteer olfaktoriese sensoriese neurone hul aksone?

Aksiepotensiale wat ontlok word deur die binding van reukmiddels as 'n gevolg van die transduksie-kaskade beweeg langs die akson van olfaktoriese sensoriese neurone vanaf die olfaktoriese epiteel en bereik die reukbol. Aksone van al die olfaktoriese sensoriese neurone wat 'n spesifieke reukreseptor uitdruk, konvergeer na slegs twee anatomies diskrete sinaptiese eenhede, genoem glomeruli, in die reukbol. By muise is daar

2 000 glomeruli, en die lokalisering daarvan word ongeveer behou onder individue. Daarom is die reukbol topografies georganiseer, met individuele glomeruli wat 'n enkele tipe reukreseptor verteenwoordig. Die konvergensie van aksone van reuk sensoriese neurone wat 'n gegewe reukreseptor uitdruk, is eksperimenteel getoon by enkel-akson resolusie deur gebruik te maak van transgeniese muise waarin die uitdrukking van 'n gegewe reukreseptor geen gekoppel was aan die uitdrukking van die groen fluoresserende proteïen. Daar is getoon dat slegs die aksone van neurone wat die spesifieke reukreseptor uitdruk, saamtrek na hul doelglomeruli (14, 18).

Elke tipe reukreseptor blyk ook deel te neem aan die proses wat die spesifieke doelwit van die aksone van olfaktoriese sensoriese neurone voortdurend handhaaf. Dit is inderdaad bekend dat reuk sensoriese neurone elke paar weke 'n siklus van degenerasie en herlewing ondergaan, en daarom moet die organisasie van die reukstelsel gereeld herkonstrueer word (16).

Benewens die ontleding van aksonprojeksies in die reukbol, is funksionele analise in baie laboratoriums uitgevoer met behulp van 'n verskeidenheid beeldtegnieke, soos intrinsieke beelding, kalsiumaanwysers, spanningsgevoelige kleurstowwe en funksionele magnetiese resonansie. Soos verwag, het die aktiwiteit wat deur individuele geurmiddels veroorsaak word, bestaan ​​uit die kombinatoriese aktivering van verskeie glomeruli, soortgelyk aan die waargeneem vir reukreseptore. Daarom is dit nou goed gevestig dat reukinligting ruimtelik in die reukbol (1, 6, 7, 15) voorgestel word. Onlangse studies het voorgestel dat temporale aspekte van reaksies op reukmiddels ook 'n belangrike rol speel in reuk, alhoewel verdere ondersoek nodig is om die korrelasie tussen ruimtelike en tydelike aspekte te verstaan.

In die reukbol vind ook 'n komplekse verwerking van reukinligting plaas. Elke glomerulus bevat inderdaad die aksone van duisende olfaktoriese sensoriese neurone (wat elkeen dieselfde reukreseptor uitdruk) en die dendriete van

50 mitrale en tufted selle, wat die belangrikste inset-uitset neurone van die reukbol is. Hierdie neurone word geaktiveer deur reuk sensoriese neurone, maar reukinligting word verder verwerk deur die aktiwiteit van remmende interneurone, periglomerulêre selle en korrelselle (10, 17).


Wat is die molekulêre meganisme van die sein van reuk -transduksie -sein? - Biologie

'N Ligand bind sy reseptor deur 'n aantal spesifieke swak nie-kovalente bindings deur in 'n spesifieke bindingsplek of "sak" te pas.
In situasies waar selfs lae konsentrasies van 'n ligand die meeste van die verwante reseptore se binding tot gevolg sal hê, word die reseptoraffiniteit as hoog geag.
Lae reseptor affiniteit vind plaas wanneer 'n hoë konsentrasie van die ligand nodig is vir die meeste reseptore om beset te word.
Die dissosiasie konstante (Kd,) is die konsentrasie van ligand wat nodig is om die helfte van die totale beskikbare reseptore te beset.
Hierdie meting van reseptoraffiniteit is dikwels tussen 10-4 en 10-9 mM.

Met langdurige blootstelling aan 'n ligand (en besetting van die reseptor) word selle dikwels ongevoelig.
Desensibilisering van die sel vir 'n ligand hang af van die afregulering van die reseptor
1) verwydering van die reseptor van die seloppervlak (reseptor-gemedieerde endositose) of
2) veranderinge aan die reseptor wat die affiniteit vir ligand verlaag of dit nie in staat stel om die veranderinge in die sellulêre funksie (soos fosforilering) te begin nie.
Desensibilisering kan lei tot verdraagsaamheid, 'n verskynsel wat lei tot die verlies aan medisinale doeltreffendheid van sommige medisyne wat te lank voorgeskryf is.
Reseptorbinding aktiveer 'n "vooraf geprogrammeerde" reeks seintransduksiegebeurtenisse wat gebruik maak van voorheen dormante sellulêre prosesse.

G Proteïene

G Proteïene wat aan GTP gebind is, is aktief, dié wat aan BBP gebind is nie.
Die twee klasse G-proteïene is groot heterotrimeriese G-proteïene en klein monomeriese G-proteïene.
In heterotrimeriese G-proteïene (G alfa, beta, gamma), wanneer 'n boodskapper die G-proteïen-gekoppelde reseptor bind, verander die reseptor konformasie om assosiasie van die trimeriese G-proteïen met die reseptor moontlik te maak.
G-alfa subeenheid bind die guanienukleotied (BBP of GTP).
Hierdie interaksie veroorsaak dat die G alfa -subeenheid die BBP vrystel, 'n GTP optel en loskom van die kompleks.
Afhangende van die betrokke G-proteïen, bind óf die GTP-G-alfa-kompleks, die G beta-G-gamakompleks óf albei die teikenproteïene.
Die G alfa sal 'n aktiverende boodskapper bly totdat die GTP deur die G alfa subeenheid (GTP -> GDP + Pi) gehidroliseer word.
Die 'onaktiewe' BBP-G-alfa sal dan weer assosieer met die G-beta: G-gamma-kompleks om hierdie pad vinnig af te draai wanneer die oorspronklike stimulerende sein verwyder word.

Groot getalle G-proteïene verskaf diversiteit vir seintransduksiegebeurtenisse.
Sommige bind kalium- of kalsiumioonkanale in neuro-oordragstowwe.
Sommige aktiveer kinases (ensieme wat fosforyleer).
Sommige veroorsaak dat die vrystelling of vorming van groot tweede boodskappers, soos sikliese AMP (cAMP) en kalsiumione, ontstaan.

sikliese AMP is 'n tweede boodskapper wat deur 'n hoofklas G-proteïene gebruik word.
sikliese AMP (cAMP) word gegenereer deur adenielielsiklase wat in die plasmamembraan ingebed is met die ensiematiese aktiwiteit in die sitoplasma.
Adenylyl siklase word geaktiveer deur 'n geaktiveerde alfa subeenheid van die Gs G-proteïen (GTP-Gs) te bind.
Fosfodiesterase breek cAMP voortdurend af, dus in die afwesigheid van die ligand en aktiewe G-proteïen, word cAMP-vlakke verlaag.
Proteïenkinase A (PKA), 'n cAMP-afhanklike kinase, is die hoof intrasellulêre teiken van cAMP.
PKA fosforyleer 'n aantal proteïene wat die belangrikste kort stuk aminosure bevat, die PKA -fosforileringsterrein (PKA PO4 -webwerf).
PKA dra 'n fosfaat oor vanaf die ATP na 'n serien of treonien in die PKA PO4-plek.
cAMP aktiveer die katalitiese subeenhede deurdat die negatiewe regulerende subeenhede vrygestel word.

Ontwrigting van G Proteïensignalering veroorsaak verskeie menslike siektes.
Vibrio cholerae (veroorsaak cholera) skei die cholera-toksien af ​​wat sout en vloeistof in die ingewande verander, wat normaalweg beheer word deur hormone wat Gs G-proteïene aktiveer om kAMP te verhoog.
Die cholera-toksien verander Gs ensiematies sodat dit nie GTP na BBP kan omskakel nie.
Gs kan dan nie geïnaktiveer word nie en cAMP -vlakke bly hoog, wat veroorsaak dat dermselle sout en water afskei.
Uiteindelik kan dehidrasie tot die dood lei (cholera).

Baie G-proteïene gebruik inositoltrifosfaat en diacylglycerol as tweede boodskappers G-proteïen-gekoppelde reseptor.
Die Gp-proteïen word geaktiveer deur 'n ligand wat sy G-proteïen-gekoppelde reseptor bind om fosfolipase C te aktiveer.
Fosfatidielinositol-4,5-bisfosfaat (PIP2) word deur fosfolipase C gesplit in twee molekules sitosoliese inositol-1,4,5-trifosfaat (InsP3) en membraangebonde diasielglycerol (DAG).
Die InsP3-reseptor, 'n ligand-omheinde kalsiumkanaal in die endoplasmiese retikulum, bind InsP3 en kalsiumione word in die sitosol vrygestel.
Kalsium bind 'n proteïen wat bekend staan ​​as calmodulin, en die Ca-calmodulin-kompleks werk om 'n aantal prosesse te aktiveer.
DAG bly membraangebonde en aktiveer proteïenkinase C (PKC).

Kalsium as 'n sein

Alhoewel ander proteïene kalsium bind om aktiwiteit te beheer, is binding aan die proteïen kalmodulien, om 'n kalsium-kalmodulien kompleks te vorm, 'n tussenstap.
Wanneer kalsiumione teenwoordig is, bind twee aan elke bolvormige punt (4 in totaal), die heliese armgebied verander dan bouvorm (die aktiewe kompleks) en dan vou die om die
kalmodulien-bindingsplek van teikenproteïene.
Dit is dikwels proteïenkinases en proteïenfosfatases wat wissel na gelang van die teikensel (verskillende selle het verskillende reaksies).

Bevrugting van dierlike eiers onthul 'n belangrike voorbeeld van kalsium-gemedieerde seintransduksie na 'n reseptor-ligand interaksie.
Aanvanklik bind die sperm die oppervlak van die eier aan die membraan, en binne 30 sekondes versprei 'n golf kalsiumvrystelling vanaf die plek van spermkontak.
Twee hoofgebeure in bevrugting maak staat op kalsiumvrystelling.
1) Kalsium stimuleer die samesmelting van die kortikale korrels met die eiersel se plasmamembraan om die pels wat die eiersel omring te verander om te help om te verhoed dat 'n ander spermsel aan die eiersel bind (stadige blok tot polispermie).
2) Kalsium inisieer eieraktivering, die hervatting van metaboliese prosesse.

Stikstofoksied as sein

Reseptor tyrosienkinases

Ontvanger tyrosien kinases kan 'n Ras/MAP kinase seintransduksie kaskade begin
Fosfotirosienbevattende plekke bind proteïene wat SH2 bevat, wat veroorsaak dat Ras, 'n klein monomere G-proteïen, geaktiveer word.
Sodra die epidermale groeifaktorreseptor (EGFR) outofosforileer is in reaksie op die EGF-ligand, bind 'n kompleks van GRB2 (SH2-domeinbevattend) en Sos (guanien-nukleotiedvrystellingproteïen: GNRP) die reseptor.
Sos word dus geaktiveer om Ras te laat BBP vrystel wat Ras toelaat om 'n nuwe GTP te bind en aktief te word.
Sodra dit aktief is, veroorsaak Ras 'n kaskade (die Ras-pad) wat die mitogeen-geaktiveerde proteïenkinases (MAPK's) insluit.
Let wel: 'n mitogeen is 'n groeifaktor sein.
Reseptor-tyrosienkinases aktiveer 'n verskeidenheid seinpaaie
RTK kan 'n vorm van phophlipase C en fosfatidylinositol-3- kinase (PI3K) aktiveer.

Groeifaktore

Ontwrigting van groeifaktorsein deur reseptor-tirosienkinases kan dramatiese uitwerking op embrioniese ontwikkeling hê.
Die fibroblastgroeifaktore (FGF's) en fibroblastgroeifaktorreseptore (FGFRs) funksioneer in beide embrioniese en volwasse seinering.
FGFR's is belangrik in die ontwikkeling van mesoderm, die embrionale weefsel wat uiteindelik spiere, kraakbeen, been en bloedselle word.
'n Mutante reseptor wat, as gevolg van dimerisasie met normale weergawes van FGFR, 'n dominante inhiberende effek op die normale aktiwiteit het, is 'n dominante negatiewe (dn) mutasie.
'N Dn mutante weergawe van FGFR mRNA wat in padda -eiers ingespuit word, veroorsaak dat die mesodermale weefsel nie ontwikkel nie en produseer paddavissies sonder koppe, maar sonder liggame.
By mense lei gebreke in FGFR tot achondroplsie (dwergisme) en thanatoforiese dysplasie ernstige beenafwykings (dodelik in die kinderjare).

Serine/threonine kinase reseptore fosforyleer beide serine en threonine residue (nie tyrosien nie) en werk om ander tipes groeifaktor seine oor te dra.
Transformerende groeifaktor Beta (TGF & szlig) binding aan reseptor lei tot die groepering van tipe I en tipe II TGF & szlig reseptore.
Die tipe I-reseptore word deur tipe II-reseptore gefosforileer.
Geaktiveerde tipe I-reseptore fosforyleer spesifieke reseptor-gemedieerde SMAD's.
Die geaktiveerde reseptor-gemedieerde SMAD bind aan mede-SMAD's en gaan die kern binne om met DNA-bindende proteïene in wisselwerking te kom om geenuitdrukking te reguleer.

Hormone

Hormonale seine kan geklassifiseer word volgens die afstand wat hulle aflê om hul teikenselle te bereik.
'n Endokriene hormoon beweeg deur die bloedsomloopstelsel en 'n parakriene hormoon werk slegs op nabygeleë selle.
'N Parakrienhormoon is ongeveer gelyk aan 'n groeifaktor.
Endokriene weefsels skei direk in die bloedstroom en eksokriene weefsels in kanale af om die afskeidings na ander liggaamsdele te vervoer.
Die pankreas het beide endokriene (insulien en glukagon) en parakriene (verteringsensieme) funksies.
Sodra hulle in die bloedsomloop kom, bereik die endokriene hormone uiteindelik hul teikenweefsel (s), soos hart en lewer (epinefrien) of lewer- en skeletspiere (insulien).
In die teikenweefsel kan intrasellulêre effekte, soos die aktivering van die cAMP-baan 'n aantal selfunksies beheer.
Een voorbeeld is deur epinefrienbinding aan die beta-adrenerge reseptor, die aktivering van PKA om die afbreek van glikogeen te stimuleer.

Insulien aktiveer 'n wye verskeidenheid intrasellulêre effekte deur die fosforilering deur die insulienreseptorkompleks van sy substraat IRS.
Dit lei weer tot die aktivering van 1) die Ras-MAPK-pad en 2) die PI3K/akt-kinase-pad wat 'n aantal proteïene aktiveer (en inaktiveer).

Chemiese eienskappe van dierlike hormone
Daar is vier (4) kategorieë endokriene hormone.
1) aminosuurderivate (epinefrien)
2) peptiede (antidiuretiese hormoon [vasopressien])
3) proteïene (insulien)
4) lipiedagtige hormone, insluitend steroïede (testosteroon)
Parakrienhormone sluit in histamien ('n histinederivaat) en die prostaglandiene (arachidonsuurderivate).


Molekulêre meganismes van reukopsporing by insekte: buite reseptore

Insekte floreer grootliks in uiteenlopende ekologiese nisse as gevolg van hul hoogs gesofistikeerde reukstelsels. Gedurende die afgelope twee dekades was 'n groot fokus in die studie van insekolfaksie die rol van reukreseptore in die bemiddeling van neuronale reaksies op omgewingschemikalieë. In vivo, werk hierdie reseptore in gespesialiseerde strukture, genaamd sensilla, wat neurone en nie-neuronale ondersteuningselle, ekstrasellulêre limfvloeistof en 'n presies gevormde kutikula bevat. Terwyl sensilla inherent is aan reukwaarneming by insekte, begin ons eers die konstruksie en funksie daarvan verstaan. Hier kyk ons ​​na onlangse werk wat belig hoe neuronaktiwiteit wat deur reuk veroorsaak word, beïnvloed word deur sinillêre morfologie, limfvloeistofbiochemie, bykomende seinmolekules in neurone en die fisiologiese kruising tussen sensillêre selle. Hierdie vooruitgang openbaar veelvlakkige molekulêre en sellulêre meganismes wat die selektiwiteit, sensitiwiteit en dinamiese modulasie van reukreaksies by insekte bepaal.

1. Inleiding

Insekte is een van die suksesvolste klasse eukariote op aarde, wat ongeveer die helfte van alle aardse spesies uitmaak [1]. Hulle beslaan 'n ongelooflike verskeidenheid habitatte, wat tropiese woude, woestyne en die uiterstes van die poolstreke insluit. Baie spesies oefen 'n belangrike invloed uit op die gesondheid van mense deur hul rolle as siektevektore [2], gewasbestuiwers [3] en landbouplae [4]. Die ekologiese aanpasbaarheid van insekte berus deels op hul gesofistikeerde reukstelsels, wat opsporing en reaksie op ontelbare vlugtige seine in die omgewing moontlik maak.

Studies oor anatomiese, fisiologiese en gedragsaspekte van insekolfaksie het 'n lang geskiedenis in die twintigste eeu, met behulp van uiteenlopende model spesies [5]. Oor die afgelope twee dekades is daar veral gefokus op die identifisering en funksionele karakterisering van reukreseptore [6-8], sowel as die neuronale stroombane waarin hulle uitgedruk word en die reukgedrewe gedrag wat hulle beheer [9,10], veral in Drosophila melanogaster. Daar is twee hoofklasse van insek reukreseptore: reukreseptore (ORs) [11,12] en ionotropiese reseptore (IRs) [13]. OR's is 'n familie van sewe-gang transmembraan-ioonkanale, terwyl IR's drie-gang-transmembraanproteïene is wat ver verwyderd is van sinaptiese ionotrope glutamaatreseptore (iGluRs) [6-8,14]. Die meeste olfaktoriese sensoriese neurone (OSN's) druk twee verskillende OR's of IR's uit: 'n unieke 'tuning'-reseptor wat 'n stel ligande of reukmiddels herken, en 'n medereseptor (ORCO vir OR's, of IR8a of IR25a vir IR's). Dit is nie bekend dat hierdie mede-reseptore natuurlike ligande herken nie, maar vorm heteromere komplekse met stemmingsreseptore om sensoriese cilia-teiken en sein [15-17] moontlik te maak.

Alhoewel beide OR's en IR's teoreties voldoende is as geur-omhulde ioonkanale om die teenwoordigheid van 'n reuk in depolarisasie van sellulêre membrane te omskep, werk dit binne komplekse sensoriese strukture genaamd sensilla (figuur 1)a) [21]. Sensilla kom voor as haaragtige uitsteeksels op die buitekant van die reukorgane van die insekte, die antennas en kaakpalpe. Elke sensillum lê oor 'n stereotipe kombinasie van OSN'e (tot vier duim D. melanogaster), omring deur verskillende nie-neuronale ondersteuningselle. Die gekilieerde dendriete van OSN's, waar reukreseptore gelokaliseer word, word in die poreuse as van die sensillum gehuisves en in limfvloeistof gebad. Sodanige organisasie laat die neuronale sensoriese membrane toe om in die nabyheid van die reuk omgewing te wees, maar beskerm teen fisiese skade.

Figuur 1. Insekte olfaktoriese sensoriese morfologie. (a) Skematiese voorstelling van 'n olfaktoriese sensillum (sien teks vir besonderhede). Inset: verteenwoordigende elektronmikroskopiebeelde van die belangrikste morfologiese klasse olfaktoriese sensilla, hier afkomstig van D. melanogaster antennas (aangepas vanaf [18]). (b) Elektronmikroskopiebeeld van 'n trichoid sensillum van B. mori [19]. (c) Elektronmikroskopiebeeld van a D. melanogaster trichoid sensillum (at4) voorberei met behulp van die CryoChem -metode en afgebeeld met behulp van en blok swaarmetaalkleuring (aangepas vanaf [20]).

Hier hersien ons onlangse ondersoeke na die ontwikkeling, morfologie, biochemie en fisiologie van reuk sensilla, asook enkele relevante voorbeelde van soortgelyke chemosensoriese sensilla wat smaakpersepsie by insekte bemiddel [22]. Hierdie vooruitgang beklemtoon dat die proses van chemiese opsporing op veel meer staatmaak as die reseptore alleen.

2. Die morfologie en selbiologie van olfaktoriese sensilla

Verskeie sensillêre tipes bestaan ​​(bv. basonies, trichoid en selokonies), wat deur talle morfologiese kenmerke onderskei word: lengte, breedte, kutikula dikte, en aantal en grootte van porieë (waardeur chemikalieë beweeg), en neuronale silia vertakking kompleksiteit (figuur 1)a) [21]. Die OSN's in verskillende sensillêre klasse is dikwels gespesialiseerd vir die opsporing van spesifieke soorte reuke, byvoorbeeld, trichoïde sensilla-neurone word benodig vir feromoonopsporing, terwyl diegene in basiconic sensilla meestal reuke uit voedsel opspoor [9]. Hierdie funksionele verwantskap, tesame met die bewaring van sensillêre tipes oor die meeste insekte, dui daarop dat hierdie morfologiese eienskappe belangrik is vir hul rol in reukopsporing.

Die sensoriese oppervlak verteenwoordig die eerste kontakpunt tussen 'n reukmolekule en die sensoriese apparaat. As sodanig het vroeë pogings gedetailleerde beskrywings van eksterne sinillêre morfologie gesoek met behulp van elektronmikroskopie (EM) [21]. Hierdie studies is onlangs uitgebrei deur hoëresolusie-atoomkragmikroskopie (AFM) te kombineer met berekeningsmodellering van reukmolekulegedrag naby die sensillum [23,24]. EM en AFM het onthul dat die trichoid sensilla van drie verskillende motspesies—die mielieoorwurm (Helicoverpa zea), die bellamot (Utethesia ornatrix) en die symot (Bombyx mori) - word bedek met 'n reeks porieë en rante (figuur 1b) [19,23,24]. In B. mori, is hierdie morfologiese data gebruik om aërodinamiese simulasies by die sensillêre oppervlak uit te voer. Hierdie ontledings het voorgestel dat die rante help om klein draaikolk te skep wat die aflewering van feromoonmolekules in die sensilêre porieë [24] kan vergemaklik. Sulke simulasies kan help om verrassende waarnemings van vroeë werk met behulp van radio-gemerkte feromone te verklaar, wat beraam het dat ongeveer 25% van feromoonmolekules wat op die sensillêre oppervlak geadsorbeer word, OSN'e aktiveer [25], 'n doeltreffendheid wat groter as 50 keer hoër is as wat voorspel is deur inagneming van lugvloei en porie -afmetings alleen [24]. Ander modelbenaderings het geur -aërodinamika oorweeg in die konteks van hele reukorgane [26], wat aansienlike morfologiese diversiteit tussen spesies toon [27]. Byvoorbeeld, baie mot-antennas bestaan ​​uit skikkings van sensilla langs veelvuldige, parallelle antennale takke, 'n organisasie wat waarskynlik die volume lug wat gesif word om klein hoeveelhede feromone op te spoor [27] sal maksimeer.

Die vorming van die sensoriese kutikula hang af van die nie-neuronale ondersteuningselle, wat die samestellende makromolekules afskei, veral chitien en proteïenagtige komponente [21]. Verskillende streke van die hare word gevorm deur verskillende tipes ondersteuningselle, waaruit hulle hul naam kry: thecogen (skedesel), trichogen (shaft cell) en tormogen (socket cell) [21]. Hoe die presiese sensillar kutikula -argitektuur bepaal word, is grootliks onbekend, maar onlangse werk in D. melanogaster belangrike insigte verskaf oor die vorming van die porieë in die skag, ten minste in maksillêre palp basiconic sensilla. Transmissie EM het aan die lig gebring dat die trichogeen tydens basiese sensillumontwikkeling verleng vanaf die eksterne oppervlak van die epiteel en golwings ontwikkel in sy plasmamembraan waar die kutikula-omhulsellaag afgeskei word [28]. Ultradun streke in hierdie omhulsel wat vorm tussen uitsteeksels van die plasmamembraan korreleer met waar porieë sal ontwikkel. Sifting vir gene wat spesifiek tydens die ontwikkeling in die trichogeen uitgedruk word, gekombineer met RNA-interferensie (RNAi) -gebaseerde funksionele toetse, het die transmembraanproteïen Osiris 23/Gore-tex (Osi23) geïdentifiseer as 'n belangrike bydraer tot hierdie proses in hierdie sensilêre klas [28] . Verlies van Osi23 het gelei tot die verdwyning van die plasmamembraan golwe, wat lei tot die vorming van 'n sensillum -oppervlak sonder porieë, gevolglik word neuronale reaksies op reuke dramaties verminder [28]. Osi23 lokaliseer na endosome, maar hoe dit plasmamembraanmorfologie beïnvloed, is onbekend. Interessant genoeg word ander lede van die Osi-familie uitgedruk in kutikula-afskeidende selle elders in die vlieg (bv. Dié wat die tracheae beklee), wat dui op 'n gemeenskaplike rol vir hierdie insekspesifieke proteïenfamilie in die vorming van kutikulêre strukture [28].

Die tweede sleutelkontakpunt vir reuke is op die silia-membrane waar reukreseptore gelokaliseer is. Terwyl die konstruksie van OSN -silia en die doelwit van reseptore na hierdie kompartement waarskynlik staatmaak op die bewaarde intraflagellêre vervoerweg wat sentraal staan ​​in die samestelling van ander soorte cilia [29,30], het addisionele potensiële molekulêre reguleerders van hierdie prosesse ontstaan reverse and forward genetiese studies in D. melanogaster. Byvoorbeeld, geïnspireer deur die intieme verhouding tussen silia-funksie en krimpvarkie-sein in gewerwelde diere [31], het analise van OSN'e wat verskillende komponente van hierdie pad by vlieë ontbreek, 'n bydrae getoon tot die doeltreffende silia-lokalisering van OK's en robuuste reuk-ontlokte reaksies [32] . Onverwags is lokalisering van die ko-reseptor ORCO blykbaar onsensitief vir verlies van die Egel-roete. Hierdie waarneming dui daarop dat die egel -sein nodig is vir die samestelling van OR/ORCO -komplekse en/of dat ORCO -subeenhede alleen 'n onafhanklike vervoerweg na silie kan gebruik.

Onbevooroordeelde genetiese skerms in D. melanogaster onthul 'n vereiste vir 'n lipied-vervoerder-homoloog, ATP8B, in reuke-oproepe van verskeie OSN-klasse, insluitend dié wat OR67d, 'n reseptor vir die geslags- en aggregasieferomoon 11, uitdruk.cis vaccenielasetaat (cVA) [33,34]. ATP8B word uitgedruk en vereis in OSN's en gelokaliseer na die gesilieerde dendriete. Die vervoerder behoort aan die P4-tipe ATPase-familie, wat vermoedelik aminofosfolipiede (bv. fosfatidielserien) tussen membraanpamflette omdraai. 'N Voorspelde ensiematies onaktiewe weergawe van ATP8B red nie die mutante fenotipe nie, terwyl 'n soogdierhomoloog die defek kan aanvul, wat daarop dui dat die lipiedflippase -funksie van kritieke belang is vir sy rol in OSN's. Hoe lipiedsamestelling OF-sein beïnvloed, is onduidelik. Een verslag stel 'n rol voor in OR -handel aan silia, gebaseer op waarnemings van verlaagde OR67d -vlakke in die silia van ATP8B mutante diere [33]. 'N Ander studie het egter geen gebrek in OR22a -lokalisering by ATP8B -uitklophou gevind nie [34]. Hierdie teenstrydigheid kan die verskille in die effek van ATP8B -funksie op verskillende OR's in verskillende sensillêre tipes weerspieël, of die inherente moeilikheid om proteïenvlakke in OSN -silia betroubaar te kwantifiseer. Dit is ook moontlik dat lipiedsamestelling die silia-morfologie en/of die akute funksie van hierdie ioonkanale beïnvloed, soos in ander biologiese kontekste [35,36].

'N Beduidende belemmering vir die verband tussen ultrastruktuurkenmerke van sensilla en molekulêre komponente is die moeilikheid om standaard EM -etiketteringsmetodes te gebruik. In ander weefsels het tegnieke wat EM en genetiese etikettering kombineer, die integrasie van morfologiese en molekulêre inligting vergemaklik [37-39]. Byvoorbeeld, 'n diaminobenzadien (DAB)-oksiderende ensiem kan in spesifieke weefsels of organelle uitgedruk word, waar die ligging daarvan vervolgens gevisualiseer word deur die geoksideerde DAB te kleur met EM-opspoorbare elektrondigte osmiumtetraoksied (OsO)4) [20,40–44]. Die behoud van weefsel ultrastruktuur tydens OsO4 kleuring noodsaak chemiese fiksasie of kriofiksasie [45]. Nie een van hierdie fikseringsmetodes is maklik op sensilla toegepas nie, omdat die kutikula ondeurdringbaar is vir chemiese fixeermiddels, en kriofiksering belemmer etikettering met DAB-oksiderende ensieme, wat die bruikbaarheid daarvan aansienlik beperk.

Hierdie uitdaging is onlangs aangespreek met die ontwikkeling van die 'CryoChem'-metode, waarin monsters herhidreer word na kryofiksering en hoëdrukvries [20]. Hierdie behandeling behou sensiele ultrastruktuur en skep 'n weefselomgewing wat geskik is vir fluoresserende proteïene en APEX2 ('n DAB-etiketterende proteïen) funksie, sowel as en blok swaar metaalkleuring (figuur 1c) [20]. CryoChem is gebruik in D. melanogaster om driedimensionele rekonstruksies van verskillende afsonderlike, geneties gemerkte OSN's in verskillende sensilla te skep deur middel van seriële blok-gesig-skandering EM [20,46]. Hierdie waarnemings bied nuttige insigte oor die verband tussen OSN -anatomie en reukfisiologie, soos hieronder bespreek.

Saam beklemtoon hierdie studies die rykdom van selbiologiese detail wat nog in sensilla ontdek moet word. Selfs wanneer proteïene wat noodsaaklik is vir sensillavorming deur genetiese benaderings geïdentifiseer word, kan hul meganisme van werking onduidelik bly [28,47,48]. Verdere vordering vereis beide voortgesette tegniese ontwikkeling om die kutikulêre en membraan-ultrastruktuur van sensilla en meganistiese en ontwikkelings-karakterisering van proteïenfunksie in beide OSN'e en ondersteuningselle te visualiseer.

3. Nie-reseptor proteïene in reukseine

Reukreseptore is die sentrale bemiddelaars van reuk-opgewekte neuronale response, dikwels (maar nie altyd nie) voldoende om ligand-opgewekte membraandepolarisasie in heteroloë seltipes te verleen. Olfaktoriese sein in 'n inheemse konteks hang egter af van die interaksies van reuke met talle ander molekules, sowel as die regulering van reseptorfunksie (figuur 2).

Figuur 2. Nie-reseptor proteïene betrokke by reukseine. Skematiese voorstelling van verskillende klasse proteïene wat met OR's in feromoon seintransduksie optree (sien teks vir besonderhede). Die presiese pad(e) en molekulêre interaksies van feromoonmolekules binne die sensillum bly onbekend.

Nadat die sensillum binnegekom het, moet reuke deur die sensillêre limf diffundeer, 'n waterige ioniese mengsel wat ryk is aan afgeskeide proteïene en proteoglikane [49]. Die tempo en doeltreffendheid waarmee reuke in die sensillum en deur die limf kan beweeg om die OSN-membraan te bereik, is afhanklik van beide die fisies-chemiese eienskappe van die reuke self [50,51] en hul interaksies met proteïene in die limf. Onder die limfproteïene is reukbindende proteïene (OBP's) die mees bestudeerde, hoewel hul funksie raaiselagtig bly [52]. Lede van hierdie familie van klein, afgeskeide proteïene word uitgedruk deur sensillêre ondersteuningselle in gedefinieerde, maar dikwels oorvleuelende, sensillêre tipes [53]. In vitro, OBP's kan 'n menigte reuke met verskillende spesies spesifiseer, en konformasieveranderinge ondergaan by ligandbinding [52,54]. 'N Historiese model vir die OBP -funksie is dat hulle assosieer met en vervoer van hidrofobiese ligande deur die limfvloeistof na die OSN, dit laat die reuk vry aan die reseptore, moontlik veroorsaak deur plaaslike pH -verskille naby die silia -membrane of deur hipotetiese interaksies van OBP's met silia membraan proteïene [54]. Data van studies oor feromoonseinstelsels in beide D. melanogaster en motte is oor die algemeen in ooreenstemming met hierdie model, maar onlangse werk met ander OBP's is nie [52], soos ons hieronder bespreek.

In D. melanogaster, die OBP LUSH (ook bekend as OBP76a) is nodig vir elektrofisiologiese en gedragsreaksies op die feromoon cVA [55]. Suprafisiologiese konsentrasies van feromoon kan sekere neuronale aktiwiteite veroorsaak [56], wat daarop dui dat hoewel LUSH 'n rol kan speel in die lewering van cVA aan die verwante reseptor (OR67d), dit nie 'n integrale deel van die seintransduksie -masjinerie is nie. Onlangs in vivo werk by motte het soortgelyke resultate opgelewer, met genetiese afknouing of uitklop van feromoonbindende OBP's wat tot 20-60% vermindering van die wêreldwye feroom-opgewekte antennale elektriese aktiwiteit [57-63] en soortgelyke afname in gedragsreaksies gelei het [57,59,61 , 63]. Die meer beskeie fenotipes waargeneem by motte in vergelyking met dié in D. melanogaster kan te wyte wees aan metodologiese verskille van hierdie studies, maar kan ook funksionele oortolligheid weerspieël tussen mede-uitgedrukte mot-OBP's [57].

In teenstelling met feromoon-interaksie OBP's, ontleding van familielede uitgedruk in ander sensillêre tipes in D. melanogaster het subtieler, en soms onverwagte, rolle geopenbaar. Verlies van OBP28a in een basiese sensillumklas (ab8) het gelei tot verhoogde fisiologiese reaksies op reukstowwe [53], wat 'n rol voorstel in die verkryging van beheer van reuk-ontlokte aktiwiteit. OBP28a word egter in verskeie ander sensillêre klasse uitgedruk (wat, anders as ab8, bykomende oorvloedige OBP's uitdruk), en reaksies van hierdie sensilla op ander reuke is effens verminder in Obp28a mutante [64]. Sommige OBP's is funksioneel oortollig: die gelyktydige verlies van die mede-uitgedrukte OBP83a en OBP83b [53] het gelei tot vertraagde deaktivering van neuronale reaksies na reukverwydering vir 'n deelversameling OSNs. Belangrik: hierdie fenotipe is gered deur heruitdrukking van beide individuele proteïene ]. In verskeie gevalle het die OBP -funksie ontwykend gebly: uitgebreide uitdrukking en mutasie -analise van OBP's in ses basiese sensillaklasse het aan die lig gebring dat die gelyktydige verlies van alle proteïene binne 'n gegewe sensillum óf geen of 'n geringe invloed op die reaksie van OSN op reukstimuli het, wat het uiteenlopende chemiese klasse, 'n wye konsentrasiereeks en uiteenlopende temporele dinamika gestrek [66]. Dit is moontlik dat hierdie proteïene slegs in spesifieke biologiese kontekste funksioneer, soos voorgestel is vir OBP69a, wie se uitdrukking in feromoon-senserende sensilla gemoduleer word deur sosiale interaksies van vlieë [67].

Saam dui hierdie resultate aan dat OBP's verskillende, reukspesifieke en neuron/reseptorspesifieke rolle speel, alhoewel die biochemiese meganismes in elk geval onduidelik bly. Hierdie proteïene kan 'n sink vir sommige reukmiddels wees, wat agtergrondseine verlaag deur te voorkom dat minder ekologies relevante chemikalieë reseptore kan bereik. Alternatiewelik kan hulle ligande verwyder na die aanvanklike stimulus om die tydelike verband tussen 'n ontmoeting met 'n reuk en neuronale aktiwiteit te bewaar. Hulle kan ook bydra deur endogene limfmolekules te bind: OBP59a word byvoorbeeld uitgedruk in oënskynlik poreuse sensilla in die antenna en is noodsaaklik vir higrosensoriese gedrag in D. melanogaster, 'n sensoriese modaliteit wat nie afhang van die binding van eksterne molekules nie [68]. Terwyl OBP's se vermoë om ligande te bind verbind in vitro met hul fisiologiese en gedragsfunksies in vivo bly 'n groot uitdaging, maar die waardering dat daar moontlik nie 'n universele funksie vir hierdie proteïenfamilie bestaan ​​nie, kan navorsers help om 'n oop gemoed te handhaaf in toekomstige ondersoeke.

Ander oplosbare proteïene in die sensillêre limf sluit in chemosensoriese proteïene (CSP's) [69,70], Niemann Pick-tipe C2 (NPC2) homoloë [71-76] en reuk-afbrekende ensieme (ODE's) [77]. CSP's en NPC2-homoloë bind talle klein verbindings in vitro [70,71,73,75], maar hulle in vivo funksies is byna heeltemal onbekend. Sommige bydraes hou nie noodwendig verband met sensoriese opsporing nie: onlangse werk in die malariamuskiet (Anopheles gambiae) toon aan dat genetiese variante van die beenverrykte CSP SAP2 insekdoderweerstand verleen [78]. Hierdie waarnemings dui daarop dat hierdie CSP optree in die sekwestrasie/ontgifting van omgewingschemikalieë wat die liggaam binnedring deur chemosensoriese sensilla op hierdie aanhangsels.

Daar word vermoed dat ODE's reukmolekules in die sensillêre limf afbreek [77], wat die neuronale aktiwiteit in die agtergrond kan verminder en/of die reuk van tydelike dinamika kan reguleer. Die eerste ODE's wat gerapporteer is, was lede van 'n antennaspesifieke esterase-familie [77,79]. Werk die afgelope twee dekades het ander klasse van vermeende ODE's ontdek, waaronder sommige membraangebonde sitochroom P450's [80–84]. Die beste bestudeerde ODE's is D. melanogaster Esterase 6 en jeugdige hormoon esterase duplisering [85], wat ontwikkel het uit 'n voorvaderlike jeugdige hormoon esterase ortoloog [86]. Hierdie ensieme breek nie jeugdige hormoon af nie, maar breek eerder vlugtige esters af [85,87–89]. Alhoewel die presiese bydraes van hierdie en ander ODE's tot reuk-ontlokte neuronale reaksies en gedrag onduidelik bly [87–90], blyk dit dat die verlies aan die duplisering van die jeugdhormoon esterase beskeie afname in reuk- en gedragsreaksies op vrugteesters veroorsaak [89].

Benewens molekules wat deur ondersteuningselle afgeskei word, kan proteïene in hierdie selle se membrane bydra tot reuksein. In D. melanogaster, word vermoed dat die ammoniumvervoerder Amt uitsluitlik uitgedruk word in die ondersteuningselle van 'n coeloconic sensillum-klas wat 'n ammoniak-waarnemende neuron huisves [48]. Genetiese analise het aan die lig gebring dat verlies van Amt lei tot aansienlik verminderde reaksies op ammoniakstimulasie [48]. Die A. gambië Amt-ortoloog funksioneer as 'n ammoniakvervoerder in vitro [91], maar dit is onduidelik presies hoe hierdie aktiwiteit kan bydra tot reukopsporing in vivo. Een hipotese is dat Amt ammoniak uit die limf vervoer om die basale konsentrasie van hierdie chemikalie naby die OSN-dendriete te verlaag, en sodoende die toniese aanpassing van die ammoniak-waarnemende neuron tot 'n minimum te beperk [48]. 'N Onlangse ontleding van A. gambiae Amt die gebruik van transgeniese gereedskap het aangedui dat hierdie geen in beide ondersteuningselle en OSN'e uitgedruk word [92], wat vrae laat ontstaan ​​oor sy sellulêre werkplek(s). Ongeag die presiese meganisme, verteenwoordig Amt 'n interessante geval waar 'n integrale membraanvervoerder reukopsporing direk kan beïnvloed. Baie ander ongekarakteriseerde vermeende vervoerderproteïene word in die antenna uitgedruk [48], en dit sal interessant wees om te bepaal of enige hiervan analoog rolle het.

Nie-reseptor proteïene in die OSN silia membraan kan ook belangrike rolle speel in olfaktoriese transduksie. Die beste kenmerk is Sensoriese Neuron Membraan Proteïen 1 (SNMP1), 'n twee-deurlaat transmembraan proteïen wat verband hou met die soogdier CD36 familie [93]. SNMP1 is oorspronklik gekenmerk in motte vanweë sy uitdrukking en siliêre lokalisering in feromoon-waarnemende neurone [94], eienskappe wat in groot mate by insekte bewaar word [95–98]. Mutasionele analise in D. melanogaster getoon dat SNMP1 noodsaaklik is vir OR67d-gemedieerde reaksies op cVA [95,99]. Die vereiste vir SNMP1 - soos dié van die OBP LUSH - kan egter omseil word deur baie hoë konsentrasies van hierdie feromoon [100], wat aandui dat dit nie 'n streng noodsaaklike deel van die reseptorkompleks is nie. Die belangrike rol van SNMP1 in feromoonopsporing in D. melanogaster sal waarskynlik in ander insekte bewaar word. Byvoorbeeld, RNAi van Snmp1 in B. mori belemmer die vermoë van mans om wyfies op te spoor en te paar, prosesse wat baie afhanklik is van feromoonopsporing [98]. Soogdier-CD36-proteïene bind/vervoer lipiedagtige molekules in verskillende sellulêre kontekste en die gedeeltelike vermoë van 'n muriene CD36-homoloog om te red Snmp1 mutante in D. melanogaster [97] het meganistiese studies van SNMP1-funksie gelei. 'N Homologie model van SNMP1, gebaseer op die kristalstruktuur van die CD36 proteïen LIMP-2, voorspel dat die SNMP1 ektodomein 'n hidrofobiese holte het [97], wat kan dien as 'n kanaal vir die vervoer van hidrofobiese feromoonmolekules van die ekstrasellulêre limf na 'n nou aangeslote OF -kompleks in die cilia -membraan [95,97,101,102]. Alhoewel die meganisme nog nie heeltemal gevestig is nie, kan die kritieke vereiste vir OBP's en SNMP1's vir die opsporing van feromone, maar nie ander soorte reuke nie, verband hou met die biochemiese uitdagings om algemene groot en hoogs hidrofobiese feromoonligande op die oppervlak van die OSN membrane.

Olfaktoriese neuronreaksies kan verder gemoduleer word deur ander seinmolekules na reseptoraktivering. 'N Lange vraag is hoe insekionotrope reukreseptore voldoende sensitiwiteit bereik sonder seinversterking deur tweede boodskappers, wat inherent is aan gewerwelde metabotropiese chemosensoriese reseptortransduksie [103]. Onlangse werk bied 'n oplossing vir hierdie probleem deur bewyse te verskaf dat die degenerien/epiteelnatriumkanaal Pickpocket 25 (PPK25) ligand-opgewekte strome stroomaf van sekere reukreseptore versterk [104]. In D. melanogaster, die genetiese uitklop of ooruitdrukking van PPK25 verminder of verhoog onderskeidelik die fisiologiese sensitiwiteit van Or47b OSNs [104], 'n klas van feromoon-sensitiewe neurone wat betrokke is by hofmakery gedrag [105,106]. Hierdie effekte is afhanklik van calmodulin, as 'n mutasie van 'n calmodulin-bindende motief in PPK25 of farmakologiese remming van calmodulin boots die verlies van PPK25 na [104]. Interessant genoeg kan hierdie rol van PPK25 ook waargeneem word vir OSN's wat IR84a uitdruk, wat voedsel-afgeleide reuke herken wat hofmakeringsgedrag bevorder [107], en vir 'n bevolking van gustatoriese sensoriese neurone (GSN's) wat nie-vlugtige feromone opspoor [104]. Die onthulling dat hierdie PPK as 'n seinversterker optree, eerder as 'n sensoriese reseptor, in hierdie verskillende neuronklasse, het potensieel 'n breë betekenis: baie lede van die D. melanogaster PPK-familie is geïmpliseer in diverse sensoriese modaliteite, maar dit was onduidelik (met een uitsondering [108,109]) of hulle die sensoriese reseptore is of nie [110-124]. Hierdie kanale kan analoog rolle buite sensoriese stelsels hê, byvoorbeeld, PPK11 en PPK16 moduleer presinaptiese membraanspanning by die neuromuskulêre aansluiting om homeostatiese plastisiteit te reguleer [125].

Sommige olfaktoriese reseptoreenhede kan ook as moduleerders van reseptoraktiwiteit optree, eerder as om ligande self te bind. Byvoorbeeld, verskeie IR-uitdrukkende OSN's druk - benewens 'n tuning reseptor en mede-reseptor - 'n derde reseptor proteïen, IR76b [13]. Sommige bewyse dui daarop dat IR76b 'n kritiese komponent is van 'n vermeende drieparty reukreseptorkompleks [17,126], wat ook ooreenstem met die breë uitdrukking en funksie van hierdie proteïen in verskillende GSN -bevolkings [126-132]. 'N Besondere rol vir IR76b in die beperking, eerder as om by te dra tot, ligand-ontlokte reaksies het egter ontstaan ​​deur analise van 'n populasie GSN's wat beide suikers en asynsuur opspoor. Hier lei die mutasie van IR76b tot verhoogde ligand-opgewekte fisiologiese reaksies, met 'n ooreenstemmende verbetering van gedragsgevoeligheid [133]. Die funksie van IR76b as 'n demper van neuronale reaksies toon 'n mate van spesifisiteit, aangesien die sensitiwiteit van 'n soogdier-capsaïcine-reseptor wat ektopies tot uitdrukking kom in hierdie suiker/suur-senserende neurone nie beïnvloed word nie. Ir76b mutante. Boonop verminder ektopiese IR76b-uitdrukking in ander neuronale populasies nie hul fisiologiese responsiwiteit nie [133]. Die konteksafhanklike modulerende rol van IR76b herinner aan muskiet-koolstofdioksiedreseptore, wat twee subeenhede bevat wat noodsaaklik is vir ligand-opgewekte response, en 'n derde wat ligand-opgewekte sensitiwiteit kan moduleer [134-136]. Die meganistiese basis van reseptore-subeenheidsmodulasie is in elk geval onbekend, maar hierdie bevindinge beklemtoon die ingewikkelde regulering wat tussen subeenhede binne (vermeende) heteromere komplekse kan voorkom om ligandafhanklike ioongeleiding te vorm.

4. Biofisiese eienskappe en intersellulêre regulering van olfaktoriese sensoriese neuronreaksies

OSN-sein bestaan ​​uit twee fisiologiese prosesse: eerstens, reukafhanklike hekke van die reukreseptorkanaal, ioonvloei en silia-membraandepolarisasie, en tweedens, omskakeling en voortplanting van hierdie aanvanklike sein deur spanning-gehekte kanale in die vorm van aksiepotensiale (of spykers) langs die OSN -akson [137–139] af (figuur 3). Die eerste van hierdie prosesse kan opgespoor word as veranderinge in 'n sensillum se plaaslike veldpotensiaal (LFP), wat die verbygaande elektriese potensiale in die sensillum verteenwoordig wat deur OSN'e gegenereer word, sowel as bydraes van die ioonvervoeraktiwiteite van ondersteuningselle [138,139]. LFP-dinamika weerspieël seintransduksie-eienskappe wat bepaal word deur die spesifieke aard van reukligand/reseptor-interaksies, terwyl die temporele dinamika van spiking beskryf kan word deur 'n lineêre filter wat oor verskillende OSN-klasse gestereotipeer word [138,140].

Figuur 3. Perifere reukfisiologiese prosesse. (a) ’n Geïdealiseerde tekening van ’n sensillêre reukrespons, wat die twee hooffisiologiese prosesse illustreer. (b) Skematiese voorstelling van 'n sensillum wat streke uitbeeld waar hierdie fisiologiese reaksies voorkom. Alhoewel daar vermoedelik spykers in die OSN -aksone ontstaan, kan dit eksperimenteel in die dendriete in die sensillumas opgespoor word, moontlik deur terugverspreiding.

Die meeste olfaktoriese fisiologiese studies meet nie LFP nie en gebruik spike frekwensie as die enigste instaanbediener vir die rapportering van reuk-ontlokte neuronale aktiwiteit [138,141,142]. Terwyl spykers die inligting verteenwoordig wat na die brein oorgedra word, is 'n omvattende waardering van perifere OSN-fisiologie noodsaaklik om reaksies op naturalistiese reukstimuli te verstaan. Reuke bestaan ​​as pluime wat lugsakke bevat wat groot konsentrasies chemikalieë bevat. OSN'e reageer op hierdie tydelike komplekse stimuluspatroon op verskillende maniere, soos desensibilisering vir sterk stimuli, of sensitisering vir herhaalde swak stimuli [137,138,140,143,144]. LFP en spike -tempo toon baie verskillende aanpassingskinetika [138,140] en blyk ook aan te pas in reaksie op verskillende aspekte van die reukstimulus. Byvoorbeeld, LFP, maar nie spike rate nie, pas sterk aan in reaksie op veranderinge in die gemiddelde stimulusintensiteit [140]. Daarenteen word beide LFP en piektempo beïnvloed deur die variansie in 'n reukstimulus, hoewel die aanpassingsdinamika van elke komponent verskil [140]. LFP en neuron spiking is natuurlik intiem gekoppelde verskynsels, en terwyl die kinetika van piektempo en LFP duidelik is, is die dinamika van veranderinge in piekamplitude byna identies aan dié van LFP [145]. Saam onthul hierdie ontledings die gesofistikeerdheid waarmee OSN'e verskillende aspekte van reukstimuli kodeer en beklemtoon dat meting van piekfrekwensie alleen nie OSN-reaksie ten volle vasvang nie en dus ons vermoë om te verstaan ​​hoe reuk-ontlokte neuronaktiwiteit ontstaan.

Die molekulêre basis van die dinamiese fisiologiese eienskappe van OSN's bly onduidelik. Die meeste ontledings het gefokus op die disseksie van struktuur/aktiwiteit van ORCO, wat bewys lewer dat sensoriese aanpassing afhang van modulasie van beide reseptorlokalisering en sensitiwiteit. Daar is waargeneem dat hierdie mede-reseptor (en, vermoedelik, sy maat-instelling OF) uitgeput is van silia na langdurige reukblootstelling, hoewel dit slegs oor 'n meerdaagse tydskaal gemeet is [146]. Aktiwiteitsafhanklike beheer van ORCO-lokalisering kan staatmaak op kalmodulien: RNAi van kalmodulien of mutasie van 'n voorspelde kalmodulien-bindende motief in ORCO se tweede intrasellulêre lus ontwrig sy silia-lokalisering, met gevolglike defekte in reuk-ontlokte aktiwiteit [146]. Fisiologiese studies het addisionele bewyse gelewer vir die rol van kalsiumsein en/of calmodulien in ORCO-afhanklike sensitiwiteit van neurone vir herhaalde reukstimulasie [147] en sensoriese aanpassing van OF-uitdrukkende neurone [148]. Dieselfde lus van ORCO bevat ook drie potensiële fosforileringsplekke [144,149,150]. Mutasie van hierdie plekke verminder ORCO se geleidingseienskappe in heteroloë selle [149] en verminder OSN -sensitiwiteit en gedragsreaksies op reuke in vivo [150]. Daarbenewens voorkom mutasie van ORCO se fosforileringsplekke reuksensitisering [143]. Een van hierdie terreine, S289, is gedefosforileer in vivo by OSN -desensibilisering [144,151]. 'n ORCO S289A-mutasie verminder OSN-sensitiwiteit in vivo, en 'n fosfo-mimetiese mutant (ORCO S289D) verminder die omvang van OSN-desensibilisering na reukblootstelling [144]. Hierdie studies begin die kompleksiteit van reukregeregulering onthul wat bydra tot die tydelike reaksie -eienskappe van OSN's, maar maak ook die uitdaging duidelik duidelik om die effekte op reseptorlokalisering en/of aktiwiteit te ontleed.

Die molekulêre regulering van ander tipes reukreseptore is in wese onbekend, hoewel N-glikosilering betrokke was by die beheer van IR-lokalisering en aktiwiteit [152]. Elektrofisiologiese studies dui daarop dat Or- en Ir-neurone verskillende tydelike reaksie-eienskappe het [148,153], waarvan ten minste sommige blykbaar afhanklik is van die reseptore self [153]. Boonop moet die akute bydrae van weë betrokke by sensillêre ontwikkeling, soos Hedgehog-sein of die lipied flippase ATP8B (hierbo bespreek), nog ondersoek word.

Behalwe outonome reguleringsmeganismes in OSN's, het onlangse werk die interafhanklikheid van die aktiwiteit van verskillende OSN's binne dieselfde sensillum gekenmerk. In baie sensilêre klasse word die aktiwiteit van een OSN gerem by die aktivering van 'n naburige neuron [154]. Blokkering van sinaptiese oordrag verhoed nie sulke remmende interaksies tussen die twee OSN's nie [154], en daar is ook geen bewyse vir gapingsaansluitings tussen gepaarde OSN's nie. Hierdie waarnemings dui daarop dat die inhibisie plaasvind deur efaptiese koppeling [46,154], 'n verskynsel waarin die aktiwiteit van een neuron die plaaslike elektriese veld verander om depolarisasie van 'n neuron in die omgewing te benadeel. Ter ondersteuning van hierdie hipotese het gelyktydige opname van twee verskillende sensilla wat kunsmatig deur 'n metaalelektrode gekoppel is, getoon dat deurlopende stimulasie van 'n neuron in een sensillum deur opwinding in die aangrensende sensillum [46] belemmer kan word. Boonop het die kombinasie van hierdie waarnemings met EM-analise van gedefinieerde neurontipes via CryoChem (hierbo beskryf) aan die lig gebring dat die inhiberende effek sterker is wanneer dit van 'n groter OSN op 'n kleiner OSN uitgeoefen word [46]. 'n Aanvaarbare verduideliking vir hierdie asimmetriese verhouding is dat groter neurone verwag word om laer insetweerstand en 'n groter dendritiese oppervlakarea te hê om voorsiening te maak vir 'n hoër maksimum LFP [46], wat dui op 'n voorheen onwaardeerbare verband tussen OSN-morfologie en fisiologie. Toekomstige werk sal bepaal hoe sulke efaptiese interaksies die reuk kodering beïnvloed, veral komplekse natuurlike reukmengsels.

Werk aan GSN'e in die hommel (Bombus terrestris) bied interessante bykomende insigte oor hoe, en hoekom, neurone binne dieselfde sensillum kommunikeer [155]. Opnames van 'n hoogs sensitiewe suiker -waarnemende neuron in 'tipe A' sensilla op die monddele onthul 'n ongewone bars patroon van spykers by stimulasie met hoë konsentrasies sukrose [155]. Die einde van die spitsbars val saam met 'n enkele piek van 'n tweede neuron in hierdie sensillum. Die bekendstelling van 'n gaping-aansluiting-remmer in die sensillum het gelei tot die voortdurende afvuur van die eerste neuron deur sukrose, wat daarop dui dat-in teenstelling met die efaptiese remming wat in olfaktoriese sensilla beskryf word-die tweede neuron die eerste neuron se spykertrein via elektriese sinapse beëindig (hierdie strukture is egter nie direk gevisualiseer nie). Dit is belangrik dat hierdie ontploffingspatroon neuronale desensibilisering verhoed, wat die vermoë van bye om voedingsgedrag op suikernektar te handhaaf [155] verklaar.

5. Gevolgtrekking en perspektiewe

Die ontdekking van insek reukreseptore was instrumenteel in die begrip van hoe hierdie diere omgewingsreuke opspoor, sowel as die ontwikkeling van molekulêre gereedskap om reukkringe te karteer en te manipuleer. Reseptore alleen definieer egter nie die uitstekende sensitiwiteit, spesifisiteit en tydelike presisie wat waargeneem word deur reuk-ontlokte neuronale aktiwiteit nie. Ons het die kompleksiteit van perifere seintransduksie in olfaktoriese sensilla uitgelig, en die buitengewone rykdom van biologie wat nog ontbloot moet word. Dit is duidelik dat baie neuronale, nie-neuronale en afgeskeide molekules wat aan hierdie proses (of eerder prosesse) deelneem nog gekarakteriseer moet word [156]. Verder, bepaling van die in vivo Die funksie van die meeste proteïene in die omskrywing van seineienskappe en hoe hierdie impak op gedragsreaksies, sal tegniese innovasies verg om hul akute remming moontlik te maak om die rol in die sinillêre ontwikkeling te onderskei van direkte bydraes tot seintransduksie. Ten slotte, terwyl die ondersoek na olfaktoriese transduksie van insekte van groot belang is in sensoriese neurowetenskap en chemiese ekologie, sal baie van die insigte wat verkry is waarskynlik 'n breë relevansie hê vir die verstaan ​​van molekulêre en sellulêre kommunikasieprosesse oor verskillende weefsels en spesies.


Seintransduksie

As lewende organismes ontvang en interpreteer ons voortdurend seine van ons omgewing. Hierdie seine kan kom in die vorm van lig, hitte, reuke, aanraking of klank. Die selle van ons liggame ontvang ook voortdurend seine van ander selle. Hierdie seine is belangrik om selle lewendig en funksioneel te hou, asook om belangrike gebeurtenisse soos seldeling en differensiasie te stimuleer.

Seine is meestal chemikalieë wat in die ekstrasellulêre vloeistof rondom selle voorkom. Hierdie chemikalieë kan van ver af in die liggaam kom (endokriene sein deur hormone), van nabygeleë selle (parakrine sein) of kan selfs deur dieselfde sel afgeskei word (outokriene sein).

Figuur ( PageIndex <1> ). (CC BY-NC-SA)

Seinmolekules kan enige aantal sellulêre response aktiveer, insluitend die verandering van die metabolisme van die sel wat die sein ontvang of lei tot 'n verandering in geenuitdrukking (transkripsie) binne die kern van die sel of albei.

Oorsig van selsein

Selsignaal kan in 3 fases verdeel word.

1. Ontvangs: 'n Sel bespeur 'n seinmolekule van die buitekant van die sel af. 'N Sein word bespeur wanneer die chemiese sein (ook bekend as 'n ligand) bind aan 'n reseptorproteïen op die oppervlak van die sel of binne -in die sel.

2. Transduksie: Wanneer die seinmolekule die reseptor bind, verander dit die reseptorproteïen op een of ander manier. Hierdie verandering begin die proses van transduksie. Seintransduksie is gewoonlik 'n pad van verskeie stappe. Elke aflosmolekule in die seintransduksiebaan verander die volgende molekule in die pad.

3. Reaksie: Laastens veroorsaak die sein 'n spesifieke sellulêre reaksie.

Figuur ( PageIndex <2> ). (CC BY-NC-SA)

Membraanreseptore funksioneer deur die seinmolekule (ligand) te bind en die produksie van 'n tweede sein (ook bekend as 'n tweede boodskapper) te veroorsaak wat dan 'n sellulêre reaksie veroorsaak. Hierdie tipe reseptore dra inligting van die ekstrasellulêre omgewing na die binnekant van die sel oor deur van vorm te verander of deur met 'n ander proteïen te verbind sodra 'n spesifieke ligand daaraan bind. Voorbeelde van membraanreseptore sluit in G-proteïengekoppelde reseptore en reseptor-tirosienkinases.

Figuur ( PageIndex <3> ). (CC BY-NC-SA)

Intrasellulêre reseptore word binne die sel gevind, hetsy in die sitopolasma of in die kern van die teikensel (die sel wat die sein ontvang). Chemiese boodskappers wat hidrofobies of baie klein is (byvoorbeeld steroïdehormone) kan sonder hulp deur die plasmamembraan gaan en hierdie intrasellulêre reseptore bind. Sodra dit deur die seinmolekule gebind en geaktiveer is, kan die geaktiveerde reseptor 'n sellulêre reaksie inisieer, soos 'n verandering in geenuitdrukking.

Figuur (PageIndex<3>). (CC BY-NC-SA)

Transduksie

Aangesien seinstelsels reageer op klein konsentrasies chemiese seine en vinnig moet optree, gebruik selle dikwels 'n multi-stap-pad wat die sein vinnig oordra, terwyl die sein by elke stap na talle molekules versterk word.

Stappe in die seintransduksiebaan behels dikwels die byvoeging of verwydering van fosfaatgroepe wat die aktivering van proteïene tot gevolg het. Ensieme wat fosfaatgroepe van ATP na 'n proteïen oordra, word genoem proteïen kinases. Baie van die aflosmolekules in 'n seintransduksiebaan is proteïenkinases en werk dikwels op ander proteïenkinases in die pad. Dikwels skep dit 'n fosforilering kaskade, waar een ensiem 'n ander ensiem fosforyleer, wat dan 'n ander proteïen fosforyleer, wat 'n kettingreaksie veroorsaak.

'N Groep proteïene wat as proteïenfosfatases bekend staan, is ook belangrik vir die fosforileringskaskade. Proteïen fosfatases is ensieme wat fosfaatgroepe vinnig uit proteïene kan verwyder (defosforilering) en dus proteïenkinases kan inaktiveer. Proteïenfosfatases is die & quotoff -skakelaar & quot in die seintransduksiebaan. Dit is belangrik om die seintransduksiebaan uit te skakel as die sein nie meer teenwoordig is nie, om te verseker dat die reaksie van die sellulêre korrek gereguleer word. Deposforylering stel ook proteïenkinases beskikbaar vir hergebruik en stel die sel in staat om weer te reageer wanneer 'n ander sein ontvang word.

Kinases is nie die enigste gereedskap wat deur selle in seintransduksie gebruik word nie. Klein, nie-proteïen, wateroplosbare molekules of ione word genoem tweede boodskappers (die ligand wat die reseptor bind, is die eerste boodskapper) kan ook seine wat reseptore op die seloppervlak ontvang, oordra om molekules in die sitoplasma of die kern te teiken. Voorbeelde van tweede boodskappers sluit in sikliese AMP (cAMP) en kalsiumione.

Figuur ( PageIndex <4> ). (CC BY-NC-SA)

Reaksie

Selseine lei uiteindelik tot die regulering van een of meer sellulêre aktiwiteite. Regulering van geenuitdrukking (om transkripsie van spesifieke gene aan of uit te skakel) is 'n algemene uitkoms van selsein. 'n Seinweg kan ook die aktiwiteit van 'n proteïen reguleer, byvoorbeeld die opening of sluiting van 'n ioonkanaal in die plasmamembraan of die bevordering van 'n verandering in selmetabolisme soos om die afbreek van glikogeen te kataliseer. Seinweë kan ook lei tot belangrike sellulêre gebeurtenisse soos seldeling of apoptose (geprogrammeerde seldood).

/>
Seintransduksie Tutoriaal deur Dr Katherine Harris is gelisensieer onder a Creative Commons Erkenning-Nie-Kommersieel-Deel Soos 3.0 Ongedraagde lisensie.


A. G-proteïen gemedieerde seintransduksie deur PKA (proteïenkinase A)

GTP-bindende proteïene (G-Proteïene) ekstrasellulêre seine oordra deur die produksie van tweede boodskapper molekules in die selle. Wanneer hormone of ander effektor (sein) molekules aan hul membraanreseptore bind, word 'n allosteriese verandering op die sitoplasmiese domein van die reseptor verhoog die affiniteit van die sitoplasmiese domein die reseptor vir G -proteïene op die binneste plasmamembraanoppervlak. G proteïene is trimers bestaande uit ( alfa ), ( beta ) en ( gamma ) subeenhede, ingebed in die sitoplasmiese oppervlak van responsiewe selmembrane. G-proteïen-gemedieerde seintransduksie word geïllustreer in die sewe stappe wat op die volgende bladsy gewys word.

Die reseptor verander van vorm na binding van sy effektorseinmolekule (stap 1, 2). In hierdie konformasie herken en bind die reseptor aan die G-proteïen trimeer op die sitoplasmiese oppervlak van die plasmamembraan (stap 3). By binding van die trimeer aan die reseptor, verplaas GTP BBP op die ( alfa ) subeenheid van die G-proteïen (stap 4).

Na 'n bouvormverandering het die ( alfa ) subeenheid dissosieer van die ( beta ) en ( gamma ) subeenhede (stap 5). In hierdie illustrasie kan die GTP- ( alfa ) subeenheid nou bind aan 'n transmembraan ensiem, adenilaat siklase (stap 6). Laastens is die aanvanklike ekstrasellulêre chemiese sein oorgedra na 'n intrasellulêre reaksie wat tweede boodskappermolekules behels (stap 7). In hierdie geval is die tweede boodskapper kamp. Die bekende Veg of vlug reaksie op adrenalien in lewerselle van hoër diere is 'n goeie voorbeeld van 'n cAMPmediated sellulêre reaksie. Nadat adrenalien aan sy reseptore gebind het, bind G-proteïene weer aan die sitoplasmiese kant van die reseptor, wat dan aan adenilaat siklase bind. cAMP bind aan en aktiveer proteïenkinase A (PKA), stel die af versterkingskaskade reaksie. Sommige besonderhede van 'n G-proteïen-gemedieerde seinversterkingskaskade word in die illustrasie op die volgende bladsy uiteengesit.

Na aktivering van adenilaatsiklase (stap 1 en 2 in die tekening), word cAMP gesintetiseer en bind aan twee van die vier subeenhede van 'n onaktiewe PKA (stap 3). 'N Konformasionele verandering dissosieer die tetrameer in twee cAMP-gebonde inerte subeenhede en twee aktiewe PKA subeenhede (stap 4). Elkeen aktiewe PKA ensiem kataliseer fosforilering en aktivering van 'n ensiem wat genoem word fosforylase kinase (stap 5).

In stap 6 kataliseer fosforilase kinase glikogeen fosforilase fosforilering. Ten slotte, aan die einde van die fosforileringskaskade, die nou aktief glikogeenfosforylase catalyzes the hydrolysis glycogen to glucose-1-phosphate (step 7). This results in a rapid retrieval free glucose from liver cells into the circulation. Remind yourself of how this works by reviewing the conversion of glucose-1 phosphate (G-1-P) to G-6-P in glycolysis and its fate in gluconeogenesis. Of course, the increase in circulating glucose provides the energy for the fight-or-flight besluit.

In addition to activating enzymes that break down glycogen, cAMP-activated PKA mediates cellular responses to different effectors resulting in a phosphorylation cascade leading to

  • Activation of enzymes catalyzing glycogen synthesis.
  • Aktivering van lipases that hydrolyze fatty acids from triglycerides.
  • Microtubule assembly.
  • Microtubule disassembly.
  • Mitogenic effects (activation of enzymes of replication).
  • Activation of transcription factors increasing/decreasing gene expression.

Of course, when the cellular response is no longer needed by the organism, it must stop producing the signal molecules (hormone or other effector). As their levels drop, effector molecules dissociate from their receptors and the response stops. This is all possible because binding of signals to their receptors is freely reversible! This is animated for G-protein based signal transduction in the link below.


Hao Wu, Ph.D.

The Wu laboratory of “structural immunology” focuses on elucidating the molecular mechanism of signal transduction by immune receptors, especially innate immune receptors.

The Wu laboratory of “structural immunology” focuses on elucidating the molecular mechanism of signal transduction by immune receptors, especially innate immune receptors. The lab began its studies on the signaling of a classical cytokine produced by the innate immune system, tumor necrosis factor (TNF), which induces diverse cellular responses such as NF-κB activation and cell death. Receptors for TNF belong to the large TNF receptor (TNFR) superfamily. The second pursuit of the lab has been the Toll-like receptor (TLR)/interleukin-1 receptor (IL-1R) superfamily, which induces signaling pathways overlapping with those of the TNFR superfamily. TLRs are transmembrane receptors that sense a discrete collection of molecules of microbial origin in the extracellular space and endosomes and members of IL-1R family are receptors for cytokines IL-1 and IL-18. In recent years, the lab expanded its research to a number of cytosolic pattern recognition receptors that provide intracellular surveillance of infections. Some of these receptors form inflammasomes to control activation of caspase-1, which in turn regulates maturation of the proinflammatory cytokines IL-1 and IL-18 and induces pyroptosis, a rapid inflammatory form of cell death.

In addition, the lab initiated an effort to elucidate the molecular mechanism for the generation of antigen receptor diversity in adaptive immunity. For optimal host defense, jawed vertebrates have evolved the elegant V(D)J recombination to generate a large repertoire of antibody and antigen-receptor genes. The RAG recombinase specifically recognizes and cleaves variable (V), diversity (D) and joining (J) non-contiguous immunoglobulin (Ig) segments in the genome, which then become spliced together by the nonhomologous end joining (NHEJ) DNA repair pathway.

The overall objective of the Wu lab has been to determine how macromolecular interactions direct immune responses using the core approaches of structural biology including X-ray crystallography, cryo-electron microscopy, as well as cellular imaging. These structural studies have modified the traditional view of signal transduction as a string of recruitment and allosteric events. As a recurrent theme, the lab’s research revealed that upon ligand stimulation, many innate immune receptors assemble large oligomeric intracellular signaling complexes, or “signalosomes,” to induce the activation of caspases, kinases and ubiquitin ligases, which leads to cell death, cytokine maturation or expression of gene products for immune and inflammatory responses. The different scaffolds identified by these structural studies provide a molecular foundation for understanding the formation of microscopically visible signaling clusters in cells.