Calciumsignalering

Calciumsignalering är en central kommunikationsprocess i celler där kalciumjoner (Ca2+) fungerar som ett universellt sekundärbudskap som reglerar ett brett spektrum av fysiologiska processer. I vila är cytosolens Ca2+-nivåer låga (omkring 100 nM) och kan snabbt stiga till mikromolarhalter när aktiveringen inträffar, vilket möjliggör snabb och lokalt avgränsad signalering.

Ca2+-signaler uppstår genom inflöde över plasmamembranet via spänningskänsliga kanaler eller receptoraktiverade jonkanaler, samt genom frisättning av Ca2+ från intracellulära lager i endoplasmatiskt retikel via IP3-receptorer och ryanoidinreceptorer. Vidare kan Ca2+ entry ske genom store-operated calcium entry (SOCE), där STIM-proteiner i ER aktiverar Orai-kanaler i plasmamembranet. Återställningen av Ca2+-nivåerna sker bland annat genom SERCA-pumpar som pumpar Ca2+ tillbaka in i ER, plasma-membranets PMCA och NCX som extruderar Ca2+, och genom mitokondriell Ca2+-upptag via MCU.

Ca2+-signalerna påverkar ett antal effektorer, bland andra calmodulin som vidare reglerar CaMK-signalvägar, calcineurin/NFAT och andra transkriptionsfaktorer samt enzymer. Den biologiska informationen i signalen kodas i dess amplitud, frekvens och varaktighet, vilket möjliggör olika svar såsom exocytos, metabolism, cytoskelettremodellering och genreglering.

Calciumsignalering är avgörande för processer som muskelkontraktion, neurotransmission, hormonsekretion och metabolism. Störningar i Ca2+-signalering har kopplats till neurodegenerativa sjukdomar, hjärt-kärlsjukdomar och vissa cancerformer. Metoder för studier inkluderar fluorescerande indikatorer (till exempel Fura-2 och Fluo-4) samt genetiskt kodade indikatorer (till exempel GCaMP) och olika avbildningstekniker.