Signaaliverkostot

Signaaliverkostot ovat vuorovaikutusten kokonaisuuksia, jotka välittävät ja muokkaavat informaatiota sekä yksittäisten solujen sisällä että solujen välisessä kommunikaatiossa. Ne kattavat reseptorit, signaalin välittäjät, sekundaariset välittäjäaineet sekä efektorit, jotka säätelevät esimerkiksi aineenvaihduntaa, geenien ilmentymää ja solujen käyttäytymistä.

Rakenteeltaan signaaliverkostot koostuvat solmista (proteiinit, sekundaariset välittäjäaineet) ja reittejä yhdistävistä vuorovaikutuksista, joihin kuuluvat aktivointi ja inhibitiot. Verkostoissa on usein modulaarisuutta ja kytköksiä (crosstalk), mikä mahdollistaa useiden ärsykkeiden integraation. Tyypillisiä motifteja ovat negatiivinen palaute, positiivinen palaute ja feedforward-tyyppiset rakenteet.

Dynamiikassa vasteet voivat olla nopeita ja pulssimaisia tai pitkäkestoisempia. Mallinnuksessa käytetään usein differentiaaliyhtälöitä (ODE-mallit), stokastisia malleja tai boolean-verkkoja. Keskeistä on tuntea herkkyys, kynnystasot ja stabiliteetti sekä se, miten signaalit vahvistuvat tai vaimentuvat verkossa.

Esimerkkejä biologisista signaaliverkostoista ovat MAPK/ERK-reitti, PI3K-Akt-reitti ja JAK-STAT-signalointi. Näillä verkostoilla on keskeinen rooli kehityksessä, immuunitoiminnassa sekä solujen kasvussa ja erilaistumisessa. Häiriöt verkostoissa voivat johtaa sairauksiin, kuten syöpiin, autoimmuniteetteihin tai aineenvaihduntahäiriöihin, ja ne muodostavat kohdepisteitä terapioissa.

Tutkimuksessa hyödynnetään korkean läpimenon dataa, kuten fosfoproteomista ja transcriptomista, sekä verkostoanalyysimenetelmiä signaaliverkostojen kartoitukseen, vertailuun ja toiminnan ennustamiseen. Tekoälyn ja järjestelmätason mallien avulla voidaan tutkia verkostojen dynamiikkaa sekä havaita kriittisiä solmukohtia.