Tín hiệu từ các tế bào

Tín hiệu tế bào là quá trình truyền đạt thông tin giữa các thành phần trong một tế bào, hoặc giữa các tế bào và các cấu trúc khác trong cơ thể, nhằm điều phối phản ứng thích hợp. Trong tiếng Anh, thuật ngữ này là cell signaling, và trong tiếng Pháp là signalisation cellulaire.

Tổng quan

• Thông tin tín hiệu tế bào có thể được coi như 'tin nhắn' hay 'thông báo'. Chúng thường dưới dạng hóa chất (tín hiệu hóa học) hoặc điện sinh học (tín hiệu điện hóa học). Tín hiệu nội bào là thông tin giao tiếp trong phạm vi một tế bào, còn tín hiệu ngoại bào là thông tin giữa các tế bào trong cơ thể.
• Mỗi tế bào trong cơ thể sống được lập trình để đáp ứng với các phân tử tín hiệu cụ thể. Tín hiệu tế bào là yếu tố không thể thiếu trong mọi quá trình trao đổi thông tin giữa các cấu trúc tế bào, ảnh hưởng đến hoạt động cơ bản của một hoặc nhiều tế bào và điều hòa các hoạt động đa tế bào. Các lỗi trong truyền tín hiệu tế bào có thể gây ra rối loạn hoặc bệnh lý như ung thư, tự miễn, tiểu đường, v.v.
• Trong y học, việc hiểu rõ tín hiệu tế bào giúp bác sĩ điều trị hiệu quả hơn và các nhà nghiên cứu có thể ngăn ngừa đào thải khi ghép mô hoặc phát triển mô nhân tạo.
• Tín hiệu ngoại bào thường yêu cầu các bước cụ thể sau:

1. Tế bào tín hiệu (signaling cell) tổng hợp và phát hành phân tử tín hiệu;

2. Tín hiệu được vận chuyển đến tế bào mục tiêu (target cell);

3. Tín hiệu gắn kết với thụ thể chuyên biệt, kích hoạt hoạt động tương ứng;

4. Khởi động con đường truyền tín hiệu.

Ví dụ

• Trong operon lac (operone lactose): khi môi trường nuôi cấy của vi khuẩn E. coli hết đường glucô, vốn là nguồn thức ăn chính của nó, mà đường lăctô xuất hiện, thì đường lăctô sẽ kích hoạt hoạt động của vùng gen Z-Y-A. Trong tình huống này, đường lăctô đóng vai trò là tín hiệu khởi động, hay còn gọi là chất cảm ứng; và vì tín hiệu này chỉ hoạt động trong một tế bào, nên gọi là tín hiệu nội bào (như hình minh họa).
• Ngược lại, khi có giao tiếp giữa các tế bào - tức là tín hiệu ngoại bào - tín hiệu hóa học thường là protein (hoặc phân tử khác) phát ra từ tế bào gửi, sau đó được giải phóng vào không gian ngoại bào và trôi đến tế bào có khả năng nhận tín hiệu - gọi là tế bào đích. Việc truyền tín hiệu có thể được ví như một thủy thủ ném chai chứa thư xuống biển để cầu cứu, tín hiệu có thể tự do trôi hoặc được chứa trong một cái 'chai', hoặc qua nhiều tế bào trung gian (như hình 1). Khi tế bào đích nhận được 'chai', nó sẽ thực hiện các hoạt động tương ứng.

Các kiểu

Tín hiệu tế bào thường được phân loại thành tín hiệu vật lý và tín hiệu hóa học dựa trên bản chất tác động của chúng. Tín hiệu vật lý có thể là dòng điện hoặc lực cơ học tác động lên tế bào. Tín hiệu hóa học thường là các phân tử sinh hóa như protein, lipid, các ion, v.v. Các kiểu tín hiệu chính bao gồm:

• Tín hiệu intracrine được sinh ra từ chính tế bào đích và tác động trực tiếp lên chính tế bào đó.
• Tín hiệu autocrine được tế bào đích tạo ra và ảnh hưởng đến chính tế bào đích thông qua các thụ thể của nó.
• Tín hiệu juxtacrine nhắm đến các tế bào lân cận thông qua tiếp xúc trực tiếp. Loại tín hiệu này thường truyền dọc theo màng tế bào qua protein hoặc lipid liên kết màng, có thể tác động lên tế bào phát ra tín hiệu hoặc các tế bào kề cận.
• Tín hiệu paracrine truyền đến các tế bào đích trong khu vực lân cận tế bào phát ra. Một ví dụ điển hình của kiểu tín hiệu này là chất dẫn truyền thần kinh.
• Tín hiệu endocrine (nội tiết) nhắm đến các tế bào xa. Kiểu tín hiệu này được sản xuất bởi các tế bào nội tiết, sau đó qua tuần hoàn máu và bạch huyết đến hầu hết các bộ phận trong cơ thể.

Thụ thể tín hiệu

Để nhận diện thông tin, tất cả các tế bào cần có thụ thể. Mỗi thụ thể là một phức hợp protein, có thể kết nối với một số phân tử hoặc nhạy cảm với các yếu tố vật lý như ánh sáng, nhiệt độ, và áp suất. 'Người đưa tin' thường là các phân tử tín hiệu. Khi phân tử tín hiệu kích hoạt thụ thể tương ứng, sẽ xảy ra một thay đổi nhanh chóng nhờ vào chất truyền tin thứ hai, phổ biến nhất là AMP vòng (cAMP).

Các rối loạn về thụ thể (do đột biến di truyền hoặc nhiễm độc) có thể gây ra sự rối loạn tín hiệu và thường dẫn đến bệnh. Ngược lại, nếu thụ thể hoàn toàn bình thường nhưng phân tử tín hiệu ('người đưa tin') bị biến đổi, thì phản ứng truyền tin cũng sẽ bị thay đổi.

Nguồn tài liệu tham khảo

Liên kết bên ngoài

• Cơ sở dữ liệu tương tác con đường của NCI-Nature: cung cấp thông tin về các con đường truyền tín hiệu trong tế bào người.
• MeSH Intercellular+Signaling+Peptides+and+Proteins
• MeSH Cell+Communication