Segnalazione cellulare

La segnalazione cellulare detta anche trasduzione del segnale è un processo mediante il quale una cellula risponde a sostanze esterne ad essa attraverso molecole di segnalazione presenti sulla superficie e all’interno della cellula.

La maggior parte delle molecole che portano alla segnalazione cellulare sono sostanze chimiche, come ormoni, neurotrasmettitori e fattori di crescita, che si legano a uno specifico recettore proteico detto anche molecola di segnalazione su o in una cellula innescando una cascata di eventi che alla fine porta a una risposta cellulare.

La segnalazione cellulare è fondamentale in numerosi processi biologici, dalle funzioni di base come il metabolismo e la crescita a processi più complessi come la risposta immunitaria e la riparazione. I percorsi di segnalazione consentono alle cellule immunitarie di riconoscere ed eliminare i patogeni dannosi, svolgendo al contempo un ruolo cruciale nello sviluppo e nel mantenimento del sistema nervoso. I neuroni utilizzano i percorsi di segnalazione per comunicare tra loro e formare reti complesse.

Tipi di segnalazione cellulare

Le molteplici varietà di segnalazione cellulare sono spesso suddivise in base alla distanza a cui vengono trasmessi i segnali e generalmente sono comuni nelle cellule la segnalazione endocrina, neuronale, paracrina, autocrina e giustacrina.

I diversi tipi di modalità di segnalazione cellulare differiscono oltre che per la distanza percorsa dal segnale sia per la velocità con cui viaggia dal sito di rilascio del segnale al sito di legame del recettore. Differiscono anche per l’affinità che il recettore avrà per la molecola di segnalazione nota anche come ligando.

I recettori più sensibili sono detti ad alta affinità rispetto a quelli che sono meno sensibili alla presenza del loro ligando. I recettori ad alta affinità si legano più strettamente ai loro ligandi e hanno meno probabilità di disaccoppiarsi dopo il legame rispetto ai recettori a bassa affinità.

Segnalazione endocrina

Nella segnalazione endocrina, che, negli animali avviene tramite il flusso sanguigno, le molecole di segnalazione costituite da ormoni sono secrete da cellule endocrine specializzate e trasportate attraverso la circolazione per agire sulle cellule bersaglio in siti corporei distanti.

La segnalazione endocrina è considerata lenta, poiché il segnale deve essere prodotto e secreto nel flusso sanguigno, trasferito in tutto il corpo e poi captato da un’altra cellula che è spesso molto lontana dal sito di rilascio del ligando.

Negli animali, oltre 50 diversi ormoni sono prodotti dalle ghiandole endocrine, tra cui l’ipofisi, la tiroide, le paratiroidi, il pancreas, le ghiandole surrenali e le gonadi. Esempi di ligandi di segnalazione endocrina includono la maggior parte degli ormoni come, ad esempio l’insulina, l’adrenalina, gli estrogeni e gli ormoni della crescita.

Segnalazione neuronale

Come la segnalazione endocrina anche la segnalazione neuronale è un tipo di segnalazione cellulare a lunga distanza ma si differenzia per il fatto che è di tipo veloce e della durata di millisecondi. La segnalazione neuronale è il tipo di segnalazione utilizzata dal sistema nervoso in cui un segnale elettrochimico viene inviato attraverso i neuroni, su grandi distanze, per suscitare una risposta.

Gran parte di questo processo avviene nelle cellule specializzate chiamate neuroni, che comunicano tra loro attraverso segnali chimici chiamati neurotrasmettitori che sono sostanze chimiche sintetizzate e rilasciate dai neuroni per trasmettere segnali elettrochimici tra di loro veicolando le informazioni fra i neuroni attraverso la trasmissione sinaptica.

Essi agiscono a livello delle sinapsi chimiche, siti di contatto funzionali tra due neuroni o tra un neurone e un altro genere di cellula. Le sinapsi costituiscono un meccanismo fondamentale per il funzionamento del sistema nervoso, poiché consentono la trasmissione di segnali e l’integrazione delle informazioni tra le cellule nervose. Questo processo è essenziale per la comunicazione e il coordinamento delle funzioni cerebrali, come la percezione, la memoria, il movimento e molte altre attività cognitive e fisiologiche.

Per aumentare le possibilità che il segnale venga ricevuto il più rapidamente possibile, la cellula nervosa inonda l’intera area con il neurotrasmettitore. In quanto tali, questi recettori non sono sensibili come quelli utilizzati per la segnalazione endocrina quindi i recettori nella sinapsi sono considerati a bassa affinità.

Segnalazione paracrina

La segnalazione cellulare paracrina è considerata un meccanismo di segnalazione a media e breve distanza che consente alle cellule di comunicare tra loro rilasciando molecole di segnalazione che si legano e attivano le cellule circostanti.

La segnalazione paracrina è considerata una forma di segnalazione cellulare che viene effettuata da molecole secrete che si diffondono nello spazio extracellulare e il cui raggio d’azione è limitato dall’assorbimento nelle cellule vicine, dalla degradazione da parte di enzimi extracellulari e dall’adsorbimento ai componenti della matrice extracellulare.

Questo tipo di segnalazione è comune, poiché molti mediatori hanno un’emivita relativamente breve e quindi devono agire rapidamente dopo essere stati secreti per poter produrre l’effetto. I segnali paracrini sono diversi e includono fattori di crescita, citochine, ormoni, nonché mediatori non peptidici come prostaglandine e sfingosina-1-fosfato in cui il ligando è rilasciato nello spazio extracellulare e si diffonde attraverso la matrice extracellulare per essere captato dai recettori vicini.

Segnalazione autocrina

La segnalazione autocrina è uno dei tanti meccanismi di segnalazione cellulare che funzionano all’interno degli organismi multicellulari per svolgere la comunicazione intercellulare. In questo tipo di meccanismo di segnalazione, la stessa cellula che secerne una molecola di segnalazione extracellulare esprime anche i recettori per legarsi e rispondere a quella molecola di segnalazione.

Questa forma di segnalazione è spesso usata dal sistema immunitario per aiutarlo ad aumentare la risposta immunitaria quando è attivato. La  segnalazione autocrina svolge un ruolo nella fisiopatologia, nella fisiologia normale e nello sviluppo embriologico, tra cui lo sviluppo epiteliale mammario e prostatico, sviluppo cardiaco, risposta tissutale alle lesioni, rimodellamento cardiaco e insufficienza cardiaca.

Questo tipo di segnalazione cellulare si verifica spesso durante lo sviluppo iniziale di un organismo per garantire che le cellule si sviluppino nei tessuti corretti e assumano la funzione corretta. La segnalazione autocrina regola anche la sensazione del dolore e le risposte infiammatorie. Inoltre, se una cellula è infetta da un virus, la cellula può segnalare a sé stessa di subire una morte cellulare programmata, uccidendo il virus nel processo.

Segnalazione giustacrina

La segnalazione giustacrina nota come segnalazione dipendente dal contatto è un tipo di segnalazione cellulare meno comune rispetto agli altri tipi di segnalazione. La segnalazione giustacrina è un tipo di comunicazione cellulare in cui le molecole di segnalazione agiscono localmente sulle cellule bersaglio adiacenti senza percorrere lunghe distanze attraverso la diffusione.

In questo tipo di segnalazione la cellula che riceve il segnale entra in contatto diretto con quella che invia il segnale ma può avvenire anche un’interazione tra un recettore della superficie cellulare e una glicoproteina della matrice extracellulare.

L’esempio più famoso di segnalazione giustacrina cellula-cellula è la cascata di segnalazione Notch-Delta  in cui il recettore (Notch), è proteina della membrana plasmatica su una cellula e il ligando (Delta) è sull’altra. Quando si legano, il lato citosolico del recettore Notch è scisso e diventa un fattore di trascrizione che poi entra nel nucleo. Di conseguenza, il fattore di trascrizione attiva l’espressione genica e il destino di questa cellula è modificato in modo permanente e irreversibile.

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