Кіріспе
Жасуша ішіндегі сигнал молекулаларының жүйесі. Екінші хабаршылар – жасуша сыртындағы сигнал молекулаларының әсерінен жасушада бөлінетін ішкі жасушалық сигнал молекулалары. (Клеткааралық сигналдар, яғни бірінші және екінші хабаршыларды қамтитын, жасушалық сигнал берудің жергілікті емес түрі, сигналдың таралу ауқымына қарай автокриндік, юкстакриндік, паракриндік және эндокриндік болып жіктеледі.) Екінші хабаршылар көбею, дифференциация, миграция, тірі қалу, апоптоз және деполяризация сияқты жасуша деңгейінде физиологиялық өзгерістерді тудырады. Олар ішкі жасушалық сигнал трандукциясы каскадтарын іске қосушылардың бірі болып табылады. Екінші хабаршы молекулаларының мысалдары: циклдық АМФ, циклдық ГМФ, инозитол трифосфаты, диацилглицерол және кальций. Бірінші хабаршылар – жасуша сыртындағы факторлар, көбінесе гормондар немесе нейротрансмиттерлер, мысалы, адреналин, өсу гормоны және серотонин. Пептид гормондары мен нейротрансмиттерлер әдетте биохимиялық жағынан гидрофильді молекулалар болғандықтан, бұл бірінші хабаршылар фосфолипидтік екі қабаттан өтіп, жасуша ішіндегі өзгерістерді тікелей бастай алмайды – стероид гормондарынан айырмашылығы. Бұл функционалдық шектеу жасушаның бірінші хабаршыны екінші хабаршыға түрлендіру үшін сигнал трандукция механизмдеріне ие болуын қажет етеді, осылайша жасуша сыртындағы сигнал жасуша ішінде таралуы мүмкін. Екінші хабаршы сигнализациясының маңызды ерекшелігі – екінші хабаршылар бастапқы бірінші хабаршы сигналының күшін күшейту үшін көп циклды киназа каскадтарымен байланыса алады. Мысалы, RasGTP сигналдары митогенмен белсендірілген протеинкиназа (MAPK) каскадымен байланысып, Myc және CREB сияқты пролиферативті транскрипция факторларының аллостериялық активациясын күшейтеді. Эрл Уилбур Сазерленд кіші екінші хабаршыларды ашты, осыған байланысты ол 1971 жылы физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын алды. Сазерленд адреналиннің бауырдағы гликогенді глюкозаға (қантқа) айналдыруға ынталандыратынын, бірақ адреналиннің өзі гликогенді глюкозаға айналдырмайтынын байқады. Ол адреналиннің екінші хабаршы – циклдық АМФ-ты іске қосуы керек екенін анықтады. Механизмдерді Мартин Родбелл мен Альфред Гилман егжей-тегжейлі зерттеді, олар 1994 жылы Нобель сыйлығын жеңіп алды. Екінші хабаршы жүйелері ферменттер арқылы синтезделуі және белсендірілуі мүмкін, мысалы, циклдық нуклеотидтерді синтездейтін циклаздар, немесе металл иондарының ағылуына мүмкіндік беретін иондық каналдардың ашылуы арқылы, мысалы, Ca2+ сигнализациясы. Бұл кішкентай молекулалар протеинкиназаларға, иондық каналдарға және басқа белоктарға байланып, оларды белсендіреді, осылайша сигнализация каскадын жалғастырады.
Second messengers are intracellular signaling molecules released by the cell in response to exposure to extracellular signaling molecules—the first messengers. (Intercellular signals, a non local form of cell signaling, encompassing both first messengers and second messengers, are classified as autocrine, juxtacrine, paracrine, and endocrine depending on the range of the signal.) Second messengers trigger physiological changes at cellular level such as proliferation, differentiation, migration, survival, apoptosis and depolarization. They are one of the triggers of intracellular signal transduction cascades. Examples of second messenger molecules include cyclic AMP, cyclic GMP, inositol triphosphate, diacylglycerol, and calcium. First messengers are extracellular factors, often hormones or neurotransmitters, such as epinephrine, growth hormone, and serotonin. Because peptide hormones and neurotransmitters typically are biochemically hydrophilic molecules, these first messengers may not physically cross the phospholipid bilayer to initiate changes within the cell directly—unlike steroid hormones, which usually do. This functional limitation requires the cell to have signal transduction mechanisms to transduce first messenger into second messengers, so that the extracellular signal may be propagated intracellularly. An important feature of the second messenger signaling system is that second messengers may be coupled downstream to multi cyclic kinase cascades to greatly amplify the strength of the original first messenger signal. For example, RasGTP signals link with the mitogen activated protein kinase (MAPK) cascade to amplify the allosteric activation of proliferative transcription factors such as Myc and CREB. Earl Wilbur Sutherland Jr., discovered second messengers, for which he won the 1971 Nobel Prize in Physiology or Medicine. Sutherland saw that epinephrine would stimulate the liver to convert glycogen to glucose (sugar) in liver cells, but epinephrine alone would not convert glycogen to glucose. He found that epinephrine had to trigger a second messenger, cyclic AMP, for the liver to convert glycogen to glucose. The mechanisms were worked out in detail by Martin Rodbell and Alfred G. Gilman, who won the 1994 Nobel Prize. Secondary messenger systems can be synthesized and activated by enzymes, for example, the cyclases that synthesize cyclic nucleotides, or by opening of ion channels to allow influx of metal ions, for example Ca2+ signaling. These small molecules bind and activate protein kinases, ion channels, and other proteins, thus continuing the signaling cascade.
Екінші хабарлау жүйелерінің ортақ механизмдері
Бірнеше түрлі екінші реттік хабаршы жүйелер (cAMP жүйесі, фосфоинозитол жүйесі және арахидон қышқылы жүйесі) бар, бірақ олардың бәрі негізгі механизм бойынша ұқсас, әлдебір қатысатын заттар мен жалпы әсерлері әртүрлі болуы мүмкін. Көп жағдайда лиганд жасуша бетіндегі рецептормен байланысады. Лигандтың рецептормен байланысуы рецептордың құрылымдық өзгерісіне (конформациясына) әкеледі. Бұл құрылымдық өзгеріс рецептордың белсенділігіне әсер етіп, белсенді екінші хабаршылардың өндірілуіне себеп болады. G-белок байланысқан рецепторлардың жағдайында құрылымдық өзгеріс G-белогы үшін байланысу орнын ашады. G-белогы (GDP және GTP молекулалары оған байланысатындықтан осылай аталған) жасушаның ішкі мембранасына байланады және үш суббірліктен тұрады: альфа, бета және гамма. G-белогы "трансдуктор" деп аталады. G-белогы рецептормен байланысқанда, ол альфа-суббірлігіндегі GDP (гуанозиндифосфат) молекуласын GTP (гуанозинтрифосфат) молекуласымен алмастыра алады. Бұл алмасу орын алғаннан кейін G-белок трансдукторының альфа-суббірлігі бета және гамма суббірліктерінен босап, барлық бөліктері мембранаға байланған күйде қалады. Альфа-суббірлігі енді ішкі мембрана бойымен еркін қозғалып, ақырында басқа жасуша бетіндегі рецептормен – "бірінші эффектормен" жанасады. Содан кейін бірінші эффектор жасуша ішінде таралатын сигнал жасайды. Бұл сигнал "екінші (немесе екіншілік) хабаршы" деп аталады. Екінші хабаршы содан кейін нақты екінші хабаршы жүйесіне байланысты әсер ететін "екінші эффекторды" белсенділендіруі мүмкін. Кальций иондары екінші хабаршылардың бір түрі болып табылады және бұлшықеттердің жирылуы, ұрықтандыру және нейротрансмиттерлердің босатылуы сияқты маңызды физиологиялық функцияларға жауапты. Иондар әдетте жасушаішілік құрамдастарға (мысалы, эндоплазмалық ретикулумға (ER)) байланған немесе сақталған және сигнал трандукциясы кезінде босатылуы мүмкін. Фосфолипаза С ферменті диацилглицерол мен инозитол трифосфатын өндіреді, бұл мембрана арқылы кальций иондарының өтуіне жағдай жасайды. Белсенді G-белогы кальций иондарының плазмалық мембранаға енуіне мүмкіндік беретін кальций каналдарын ашады. Фосфолипаза С-ның тағы бір өнімі – диацилглицерол – протеинкиназа С-ны белсендіреді, ол cAMP-ді (басқа екінші хабаршы) белсендіруге көмектеседі.
Фосфоинозитол сигналды жолдағы екінші хабаршылар
IP3, DAG және Ca2+ фосфоинозитол жолындағы екінші хабаршылар болып табылады. Бұл жол эпинефрин, ацетилхолин және AGT, GnRH, GHRH, окситоцин және TRH гормондары сияқты жасушадан тыс бастапқы хабаршылардың тиісті рецепторларына байланысуынан басталады. Эпинефрин α1 GTPase Protein Coupled Receptor (GPCR) рецепторына, ал ацетилхолин M1 және M2 GPCR рецепторларына байланысады. Бастапқы хабаршының осы рецепторларға байланысуы рецептордың конформациялық өзгерісіне алып келеді. α-қосалқы бірлік гуанин нуклеотидтерін алмастыру факторларының (GEFS) көмегімен GDP-ны босатып, GTP-ға байланысады, нәтижесінде қосалқы бірлік бөлініп, одан кейін белсендіріледі. Белсенді α-қосалқы бірлігі фосфолипаза С-ді белсендіреді, ол мембранаға байланысқан фосфатидил инозитол 4,5-бисфосфатты (PIP2) гидролиздейді, нәтижесінде екінші хабаршылар – диацилглицерол (DAG) және инозитол 1,4,5-трифосфат (IP3) пайда болады. IP3 ER-дегі кальций сорғыларына байланысып, Ca2+ – тағы бір екінші хабаршыны цитоплазмаға тасымалдайды. Ca2+ көптеген ақуыздарға байланысып, ферменттік жолдардың тізбегін іске қосады.