اطلاعات عمومی, ویکی ژن
سیگنال‌دهی پاراکرین (Paracrine Signaling): تعریف، ویژگی ها و نمونه
مقدمه‌ای بر سیگنال‌دهی پاراکرین
سلولها می‌توانند به روشهای مختلفی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. یکی از مهم‌ترین روشها سیگنال‌دهی پاراکرین است. نمونه‌هایی از سیگنال‌دهی پاراکرین در سراسر بدن انسان وجود دارد و در واقع بررسی مسیرهای مولکولی خاص در بدن یکی از بهترین روشها برای درک مکانیسم این شکل از سیگنال‌دهی سلولی است. سیگنال‌دهی پاراکرین به تغییر ویژگی‌های رگهای خونی و همچنین سایر اندامها کمک می‌کند.
سیگنال‌دهی پاراکرین چیست؟
سیگنال‌دهی پاراکرین که به عنوان ترشح پاراکرین نیز شناخته می‌شود، شکلی از سیگنال‌دهی سلولی است که در آن سلولها در فواصل نسبتاً کوتاه، با انتشار (ترشح) مولکولهای سیگنال دهنده کوچک بر روی سلولهای مجاور، ارتباط برقرار می‌کنند. سپس سلولهای هدف مجاور به نوعی به این سیگنال واکنش نشان می‌دهند و اثری ایجاد می‌کنند.
ویژگی‌های کلیدی سیگنال‌دهی پاراکرین
- شکلی از سیگنال‌دهی سلولی است
اشکال دیگر، علاوه بر سیگنال‌دهی پاراکرین، سیگنال‌دهی غدد درون ریز، سیگنال‌دهی اتوکرین و سیگنال تماس مستقیم است.
- از طریق آزاد شدن مولکولهای کوچک اتفاق می افتد
اکسید نیتریک (NO) مثالی در این مورد است که بیشتر در مورد آن صحبت خواهیم کرد.
- بین سلولهایی که در مجاورت یکدیگر هستند، رخ می‌دهد
بین سلولهایی که سیگنالها را ترشح یا آزاد می‌کنند و سلولهای هدف (که توسط این سیگنالها تغییر می‌کنند) فاصله کمی وجود دارد.
عوامل پاراکرین چیست؟
این مولکولهای سیگنال‌دهنده کوچک نام دیگری نیز دارند و فاکتورهای پاراکرین نامیده می‌شوند و با توانایی‌شان در طی مسیرهای کوتاه و سپس ورود به سلولهای هدف، متمایز می‌شوند. اغلب اوقات عوامل پاراکرین از طریق انتشار وارد سلولهای هدف می‌شوند، اما روشهای دیگری نیز برای ورود وجود دارد که برخی از آنها شامل اتصال گیرنده است.
نمونه‌ای از سیگنال‌دهی پاراکرین
در اینجا یک مثال از سیگنال‌دهی پاراکرین با استفاده از مولکول سیگنالینگ اکسید نیتریک (فرمول شیمیایی = NO) آورده شده است.
در حالی که در شیمی عمومی بیشتر با آن آشنا شده‌اید، اکسید نیتریک یک مولکول مهم در بدن ما (در زیست شناسی و فیزیولوژی) است.
رگهای خونی لوله‌های توخالی هستند و دیواره‌های این لوله‌ها در واقع از چندین لایه تشکیل شده است.
- خارجی‌ترین لایه به عنوان adventitia شناخته می‌شود که اغلب فیبری است و از انواع مختلف کلاژن ساخته شده است.
- لایه میانی عضلانی است که به عنوان مدیا شناخته می‌شود و از ماهیچه صاف تشکیل شده است.
- در نهایت، داخلی‌ترین لایه که آخرین لایه قبل از مرکز توخالی است، انتیما نامیده می‌شود و لایه نازکی از سلولها که در بالای آن قرار دارد، اندوتلیوم نامیده می‌شود.
اینها چگونه به سیگنالینگ پاراکرین مرتبط هستند؟
یکی از وظایف اندوتلیوم این است که چیزی جز نیتریک اکسید تولید نمی‌کند! و اکسید نیتریک تولید شده توسط سلولهای اندوتلیوم به عنوان یک مولکول سیگنال‌دهنده کوچک عمل می‌کند که در سلولهای عضله صاف مجاور پخش می‌شود. اکسید نیتریک باعث شل شدن عضلات صاف در این سلولها می‌شود که منجر به منبسط شدن رگهای خونی می‌شود و به طور معمول فشار خون را کاهش می‌دهد، اگرچه می‌تواند منجر به قرمزی گونه‌ها در هنگام سرخ شدن، نعوظ آلت تناسلی و انقباض کلیتورال و حتی انبساط نایژه‌ها، بسته به زمان و مکان انتشار اکسید نیتریک نیز بشود.
شاید نام ویاگرا را شنیده باشید، یکی از پرمصرف‌ترین، شناخته شده‌ترین و محبوبترین داروها در سراسر جهان است.
ویاگرا برای درمان اختلال نعوظ تجویز می‌شود و روش عمل این دارو به مثال ما از سیگنال‌دهی پاراکرین مربوط می‌شود. ویاگرا با افزایش تولید اکسید نیتریک در سلولهای اندوتلیال عمل می‌کند! تمام این افزایش اکسید نیتریک می‌تواند به عنوان یک سیگنال پاراکرین عمل کند و به سلولهای عضله صاف مجاور در اندام تناسلی منتشر شود. اکسید نیتریک باعث شل شدن سلولهای ماهیچه صاف می‌شود که منجر به افزایش جریان خون در اندام تناسلی می‌شود که منجر به گرفتگی و اصلاح اختلال نعوظ می‌شود.
اکسید نیتریک نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد (حدود 5 ثانیه) بنابراین فقط مقدار محدودی از گاز می‌تواند روی سلولهای مجاور قبل از اینکه همه پراکنده شوند، عمل کند که این بخشی از دلیل این است که اکسید نیتریک می‌تواند به عنوان مولکول سیگنال دهنده پاراکرین عمل کند زیرا می‌تواند اثرات خود را فقط روی سلولهای هدف مجاور ایجاد کند، نه روی سلولهایی که بسیار دورتر هستند. همچنین، از آنجایی که مکانیسم پراکندگی مولکول سیگنال‌دهنده، انتشار ساده است، هر چه سلول هدف نزدیک‌تر باشد، احتمال دریافت سیگنال بیشتر می‌شود.
اکنون، ما برخی از اصول بیولوژیکی و همچنین فیزیولوژی پشت اکسید نیتریک را به عنوان واسطه‌ای برای اتساع عروق خونی یاد گرفته‌ایم. با در نظر گرفتن همه اینها، چگونه اکسید نیتریک معیارهای عامل سیگنال‌دهی پاراکرین را برآورده می‌کند؟
- اکسید نیتریک سیگنال است، یک مولکول کوچک است که منجر به اثرات و یا تغییراتی در سلولهای هدف می‌شود.
- اکسید نیتریک فقط مسیرهای کوتاهی را تا سلولهای نزدیک طی می‌کند.
- اکسید نیتریک از طریق انتشار در این سلولها جذب می‌شود، نه از طریق خون.
تاثیر سیگنال‌دهی پاراکرین
برای بررسی تأثیر سیگنال‌دهی پاراکرین، از مثال دیگری استفاده می‌کنیم. این بار در اندامها و همچنین در طول رشد جنین رخ می‌دهد. ما در مورد فاکتورهای رونویسی جوجه تیغی صحبت می‌کنیم. فاکتور رونویسی چیست؟
فاکتورهای رونویسی، پروتئینهایی هستند که بر سرعت و زمان رونویسی یک ژن خاص تأثیر می‌گذارند یا حتی آن را کنترل می‌کنند.
جوجه تیغی به جز یک حیوان بامزه و دارای خار چیست؟ در زیست شناسی سلولی تکاملی، خانواده جوجه تیغی شامل مجموعه‌ای از پروتئینها هستند که به نظم بخشیدن به اعضای بدن در جای مناسب کمک می‌کنند، جهت گیری و الگوهای منظمی به اندامها و ارگانیسمها می‌دهد و تا حد زیادی در جنینهای در حال رشد اتفاق می‌افتد.
پروتئینهای جوجه تیغی به بهترین وجه در مگس سرکه مورد مطالعه قرار گرفت و اشتباهات ترجمه در آنها منجر به بدشکل شدن مگسهای سرکه و قرارگیری پا به جای چشم و بالعکس و غیره می‌شود.
در انسان، پروتئینهای مشابه به جوجه تیغی در برنامه‌ریزی همه چیز از موقعیتها و الگوهای مغز گرفته تا روده و اندامها و ریه نقش دارند.
این خانواده از پروتئینها به اندامهای ما کمک می‌کنند تا در جای مناسب قرار گیرند.
در واقع، برخی جهش‌ها در این نوع پروتئینها، می‌توانند باعث هولوپروسانسفالی شوند (زمانی که مغز به دو نیمکره تقسیم نمی‌شود) که حتی می‌تواند منجر به سیکلوپی شود یعنی داشتن فقط یک چشم در وسط پیشانی!
پروتئینهای جوجه تیغی می‌توانند توسط سلولهای خاصی ترشح شوند و به گیرنده‌های سلولی در سلولهای مجاور متصل شوند. این اتصال باعث انتقال سیگنال می‌شود، جایی که تغییرات خاصی در سلول هدف در پاسخ به اتصال سیگنال رخ می‌دهد. این تغییرات در نهایت منجر به رشد اندامهای مناسب در پاسخ به سیگنالهای جوجه تیغی می‌شود.
به عنوان مثال، سلولهایی که پایه‌ی انگشت را تشکیل می‌دهند ممکن است در پاسخ به انتقال سیگنال از طریق پروتئینهای جوجه تیغی آزاد شده از سلولهایی که کف دست را تشکیل می دهند، تشکیل شوند.
این مثال سیگنال‌دهی پاراکرین است و این پروتئینها فقط باید در فواصل کوتاه عمل کنند به طوری که آنها فقط به نزدیک ترین سلولها دستور می دهند. اگر آنها می‌توانستند به دور از محل اصلی خود بروند، ممکن است انگشتان روی مچ دست و آرنج رشد کنند، نه فقط روی دست.
تفاوت بین سیگنال‌دهی اتوکرین و پاراکرین
ابتدا باید به طور خلاصه اشاره کنیم که سیگنال‌دهی اتوکرین زمانی است که یک سلول سیگنالی را برای خودش آزاد می‌کند و سپس به دلیل این سیگنال دچار تغییرات یا تغییراتی شود.
Auto در کلمه autocrine به معنای “برای خود” است، بنابراین این سیگنال سلولی توسط و برای “خود سلول” است.
| Autocrine سیگنال‌دهی | Paracrine سیگنال‌دهی | |
| محل اثر | همان سلولی که از آن آزاد شده است | سلولهای مجاور از طریق انتشار یا انتقال |
| مولکولهای سیگنال دهنده | فاکتورهای رشد و سیتوکین ها | عوامل رونویسی و انتقال دهنده‌های عصبی |
| سلولهای سیگنال دهنده | گلبول سفید | سلولهای عصبی |
| چه زمانی مشکل ایجاد می‌شود | سیتوکین‌های القا کننده سرطان، باعث رشد تومورها می‌شوند | پروتئینهای sonic-hedgehog القا کننده سرطان |
ویژگی‌های سیگنال‌دهی پاراکرین
- سیگنالهای پاراکرین فقط مسیرهای کوتاه را طی می‌کنند.
- سیگنالهای پاراکرین فقط بر سلولهای مجاور تأثیر می‌گذارند.
- سیگنالهای پاراکرین از طریق خون منتقل نمی‌شوند.
در عوض، آنها مستقیماً منتشر می‌شوند یا توسط گیرنده‌ها جذب می‌شوند تا باعث انتقال سیگنال شوند.
- سیگنالهای پاراکرین در منبسط شدن رگهای خونی بسیار مهم هستند: مواردی مانند فشار خون، انقباض دستگاه تناسلی و گرگرفتگی صورت.
- سیگنالهای پاراکرین برای کمک به الگوسازی نظم و جهت‌گیری بدن بسیاری از گونه‌ها از طریق فاکتورهای رونویسی استفاده می‌شود.
موارد کلیدی در مورد سیگنال‌دهی پاراکرین
- سیگنال‌دهی پاراکرین یکی از چهار شکل سیگنال‌دهی سلولی شامل سیگنال‌دهی اتوکرین، غدد درون ریز و سیگنال‌دهی مستقیم است.
- سیگنال‌دهی پاراکرین زمانی اتفاق می‌افتد که مولکولهای سیگنال‌دهی کوچک به سلولهای هدف فقط در مسیرهای کوتاه منتقل می‌شوند، سپس دچار تغییرات یا تأثیراتی می‌شوند.
- واسطه اکسید نیتریک در گشاد شدن عروق خونی از سیگنال‌دهی پاراکرین برای کنترل استراحت سلولهای عضله صاف مجاور استفاده می‌کند.
- پروتئینهای جوجه تیغی از سیگنال‌دهی پاراکرین برای کمک به تعیین جهت‌گیری و الگوهای اندامهای بدن در جانداران از مگس سرکه گرفته تا انسان استفاده می‌کنند.
- سیگنال‌دهی پاراکرین روی سلولهای هدف مجاور رخ می‌دهد، در حالی که سیگنال‌دهی اتوکرین روی همان سلولی که سیگنال را آزاد می‌کند، اثر می‌گذارد.
همچنین بخوانید مطالب مرتبط با سیگنال‌دهی پاراکرین:
- سیگنال دهی اتوکرین: تعریف، نمودار، مزایا و نکات
- سیستم تولید سیگنال در تکنیک های ایمونواسی
- سایتوکاین چیست؟
مترجم : معصومه قریبی ششده
