Komunikasi antar sel sering terjadi dengan cara yang berirama. Dengan demikian, sel-sel saraf mengirimkan informasi dalam bentuk kereta potensial aksi dari berbagai frekuensi. Beberapa spesies jamur lendir seluler, seperti Dictyostelium discoideum, berkomunikasi dengan pulsa siklik-AMP yang disekresikan dengan periodisitas 5-10 menit. Selain itu, peningkatan jumlah hormon ditemukan disekresikan secara pulsatil ke dalam sirkulasi.
Studi tentang komunikasi sel berfokus pada bagaimana sel memberi dan menerima pesan dengan lingkungannya dan dengan dirinya sendiri. Memang, sel tidak hidup dalam isolasi. Kelangsungan hidup mereka tergantung pada menerima dan mengolah informasi dari lingkungan luar, apakah informasi yang berkaitan dengan ketersediaan unsur hara, perubahan suhu, atau variasi dalam tingkat cahaya.
Sel juga dapat berkomunikasi langsung dengan satu sama lain – dan mengubah kerja internal mereka sendiri dalam menanggapi – dengan cara berbagai sinyal kimia dan mekanik.
Pada organisme multiseluler, sinyal sel memungkinkan untuk spesialisasi kelompok sel. Beberapa jenis sel kemudian dapat bergabung bersama untuk membentuk jaringan seperti otot, darah, dan jaringan otak. Dalam organisme bersel tunggal, sinyal memungkinkan populasi sel untuk berkoordinasi dengan satu sama lain dan bekerja seperti sebuah tim untuk menyelesaikan tugas-tugas tidak ada sel tunggal dapat melakukan sendiri.
Studi tentang sinyal sel menyentuh berbagai disiplin ilmu biologi, seperti biologi perkembangan, neurobiologi, dan endokrinologi. Akibatnya, relevansi komunikasi sel cukup luas, tetapi bidang utama penelitian fundamental sering dibagi antara studi sinyal pada membran sel dan studi sinyal dalam dan di antara kompartemen intraseluler.
Sinyal dari membran melibatkan protein reseptor dibentuk menjadi tertanam dalam membran sel biofisik yang menghubungkan pemicu dalam lingkungan eksternal dengan kimia dinamis yang sedang berlangsung di dalam sel. Sinyal pada membran juga melibatkan saluran ion, yang memungkinkan bagian langsung dari molekul antara kompartemen eksternal dan internal sel. Ilmuwan bertanya: Bagaimana struktur reseptor yang memungkinkan untuk bereaksi terhadap sinyal eksternal (seperti ligan atau bahkan kekuatan mekanik)? Lainnya bertanya: Setelah dipicu, bagaimana sinyal diproses dalam sel?
Pengertian
Komunikasi sel adalah istilah umum yang digunakan dalam biologi dan lebih mendalam dalam biofisika, biokimia, dan biosemiotik untuk mengidentifikasi berbagai jenis metode komunikasi antara sel hidup. Beberapa metode termasuk pensinyalan sel antara lain. Proses ini memungkinkan jutaan sel untuk berkomunikasi dan bekerja bersama untuk melakukan proses tubuh penting yang diperlukan untuk bertahan hidup. Organisme multiseluler dan uniseluler sangat bergantung pada komunikasi sel-sel.
Komunikasi antar sel mengacu pada komunikasi antar sel. Perdagangan vesikel membran memiliki peran penting dalam komunikasi antar sel pada manusia dan hewan, misalnya dalam transmisi sinaptik, sekresi hormon melalui eksositosis vesikular. Pensinyalan antar spesies dan interkingdom adalah bidang penelitian terbaru untuk interaksi mikroba-mikroba dan mikroba-hewan / tanaman untuk berbagai keperluan pada antarmuka inang-patogen.
Jaringan-jaringan suatu organisme dibentuk oleh kelompok-kelompok sel yang serupa dalam hal morfologi dan fisiologi, yang memerlukan dalam beberapa situasi organik koneksi ekstrim antara sel-sel yang berdekatan (tetangga), memastikan, misalnya: perlindungan terhadap penetrasi mikroorganisme patogen (yang menyebabkan penyakit), dan dalam kasus lain, struktur yang menyediakan pertukaran zat.
Fungsi tersebut terjadi karena adanya spesialisasi di daerah yang dimediasi oleh membran plasma dan selaput sel, yang disebut sambungan sel, yaitu: desmosom, zonula oklusif (sambungan oklusif), zonula adhesi dan nexus (sambungan komunikasi).
- Desmosom → sambungan didirikan antara dua sel tetangga, melalui mana filamen intermediata terhubung, membentuk struktur dengan kekuatan tarik yang besar, terdiri dari beberapa protein intraseluler (plasoglobin dan desmoplaquin) dan ekstraseluler (desmoglein dan desmokolina), yang ada terutama di jaringan epitel selaput ( kulit) dan otot jantung.
- Zona oklusif → penyatuan antar sel (usus), mencegah perjalanan dan sambungan zat dan makromolekul dalam ruang antar sel, mencegah komunikasi antara dua media (rongga).
- Nexus → adalah titik komunikasi antara membran satu sel dan lainnya, melalui protein transmembran dari kedua sel, membentuk pori (saluran) di mana ion dan molekul kecil lewat. Jenis ini ditemukan di jaringan embrionik, sel jantung dan hati.
- Zona adhesi → daerah yang bergabung dengan sel-sel tetangga dengan menggunakan zat perekat antar sel, menyebabkan adhesi tanpa kontak antara membran plasma.
Sel telah berkembang untuk berbagai mekanisme sinyal sehingga mencapai transmisi informasi biologis penting. Beberapa contoh varietas ini adalah reseptor yang memungkinkan arus untuk mengalirkan ion yang merespon foton, yang secara efektif menerjemahkan cahaya menjadi messenger kimia di dalam sel-sel kerucut dan batang retina, faktor pertumbuhan yang berinteraksi dengan membran sel dan dapat memicu reseptor yang kuat mempengaruhi struktur kromatin dan modulasi ekspresi gen, metabolit dalam darah yang dapat memicu reseptor sel menyebabkan pelepasan hormon yang diperlukan untuk regulasi glukosa, reseptor adhesi yang dapat menyampaikan kekuatan ketegangan yang dihasilkan yang mengarahkan sel untuk tetap tinggal atau mengubah arah gerakan, dan perkembangan diatur reseptor yang ketat dapat memandu jalan sel bermigrasi, akhirnya mengendalikan bagaimana seluruh organisme ditransfer bersama-sama.
Komunikasi SelBagaimana ilmuwan masuk mempelajari interaksi seperti anyaman rumit di persilangan kimia, fisika, dan biologi? Salah satu metode adalah reduksionis, dimana sel-sel diisolasi dan dikultur in vitro sehingga sinyal tertentu dapat secara hati-hati diuji dengan bahan kimia dan respon seluler dapat diukur. Metode lain yang lebih holistik melibatkan pengukuran sinyal selular dalam organisme utuh (in vivo) dengan menerapkan bahan kimia tertentu yang memblokir reseptor atau mengaktifkan di daerah jaringan yang dipilih dengan cermat dan kemudian mengukur respon melalui elektroda yang relay aktivitas arus ion atau melalui cairan sampling daerah teraktivasi.
Untuk kedua pendekatan, pengukuran respon sangat penting, dan mengukur entitas seluler kecil memang sebuah tantangan. Para ilmuwan menggunakan mikroskop canggih berselang waktu untuk melacak molekul berlabel yang melakukan perjalanan antara kompartemen subselular setelah peristiwa sinyal atau untuk melacak konformasi reseptor yang telah pergi dari tidak aktif ke keadaan aktif. Selanjutnya, teknik spektrometri massa memungkinkan pengukuran jumlah picomolar, memungkinkan pelacakan molekul messenger kedua intraseluler yang sangat penting dalam regulasi sinyal di lingkungan intraseluler.
Meskipun kemajuan teknis, pemahaman global transduksi sinyal, hierarki internal, dan sifatnya sangat terintegrasi dan sangat dinamis sebagian besar masih misterius. Sebuah potensi terobosan di lapangan muncul baru-baru ini ketika para ilmuwan menyadari bahwa ada analogi yang mencolok antara jaringan sinyal dalam sistem biologi dan sirkuit elektronik, keduanya melibatkan hirarki, switch, modularitas, redundansi, dan adanya mekanisme umpan balik yang kuat. Kesadaran semacam itu memberikan dorongan untuk bidang biologi komputasi yang diterapkan pada sinyal selular.
Hari ini, studi tentang sinyal sel tidak terbatas pada ahli biologi, dengan kontribusi insinyur dan biofisika, para ilmuwan sekarang dapat membuat algoritma komputasi bahwa model struktur jaringan sinyal berdasarkan pengukuran biologis, dan model ini dapat digunakan untuk memprediksi hasil kondisi eksperimental secara fisik tidak mungkin. Ternyata, kita baru mulai menghargai bahwa banyak dari desain dan strategi telah kita dikembangkan untuk memanipulasi informasi, khususnya dalam dunia digital, benar-benar hadir dalam jaringan biologis, karena telah diciptakan selama seratus juta tahun evolusi.
Tiga tahap komunikasi sel
1. Penerimaan
Ini terjadi ketika sel target (sel mana pun dengan protein reseptor khusus untuk molekul sinyal) mendeteksi sinyal, biasanya dalam bentuk molekul kecil yang larut dalam air, melalui pengikatan dengan protein reseptor. Penerimaan adalah deteksi sel target terhadap sinyal melalui pengikatan molekul pensinyalan, atau ligan. Protein reseptor menjangkau membran plasma sel dan menyediakan situs spesifik untuk mengikat molekul pensinyalan yang larut dalam air. Reseptor-reseptor trans-membran ini dapat mengirimkan informasi dari luar sel ke dalam karena mereka mengubah konformasi ketika suatu ligan spesifik mengikat padanya. Dengan melihat tiga jenis utama reseptor, (reseptor berpasangan protein G, reseptor tirosin kinase, dan reseptor saluran ion) para ilmuwan dapat melihat bagaimana reseptor trans-membran berkontribusi terhadap kompleksitas sel dan pekerjaan yang dilakukan sel-sel ini. Reseptor permukaan sel memainkan peran penting dalam sistem biologis organisme tunggal dan multi-seluler dan kerusakan atau kerusakan protein ini terkait dengan kanker, penyakit jantung, dan asma.
2. Transduksi
Ketika mengikat molekul pensinyalan, protein reseptor berubah dengan beberapa cara dan memulai proses transduksi. Respons seluler spesifik adalah hasil dari sinyal yang baru dikonversi. Biasanya, transduksi membutuhkan serangkaian perubahan dalam urutan molekul yang berbeda (disebut jalur transduksi sinyal) tetapi kadang-kadang dapat terjadi dalam satu langkah. Molekul yang menyusun jalur ini dikenal sebagai molekul relai. Proses multistep pada tahap transduksi sering terdiri dari aktivasi protein dengan penambahan atau penghilangan gugus fosfat atau bahkan pelepasan molekul atau ion kecil lainnya yang dapat bertindak sebagai pembawa pesan. Memperkuat sinyal adalah salah satu manfaat dari urutan langkah ganda ini. Manfaat lain termasuk lebih banyak peluang untuk regulasi daripada sistem yang lebih sederhana dan penyesuaian respon, baik dalam organisme uniseluler dan multiseluler.
3. Respons
Respons seluler spesifik adalah hasil dari sinyal yang ditransduksi pada tahap akhir pensinyalan sel. Respons ini pada dasarnya dapat berupa aktivitas seluler apa pun yang ada dalam tubuh. Ini dapat memacu penataan ulang sitoskeleton, atau bahkan sebagai katalisis oleh enzim. Ketiga langkah pensinyalan sel ini memastikan bahwa sel-sel yang tepat berperilaku seperti yang diperintahkan, pada waktu yang tepat, dan dalam sinkronisasi dengan sel-sel lain dan fungsinya sendiri dalam organisme. Pada akhirnya, ujung jalur sinyal mengarah ke pengaturan aktivitas seluler. Respons ini dapat terjadi di nukleus atau di sitoplasma sel. Mayoritas jalur pensinyalan mengontrol sintesis protein dengan menyalakan dan mematikan gen tertentu di dalam nukleus.