Signaltransduktionskaskaden

Signaltransduktionskaskaden sind sequenzielle biochemische Reaktionsketten, die ein externes Signal von der Rezeptoroberfläche zu zellulären Zielmolekülen weiterleiten und dabei die Information verstärken. Typischerweise beginnt eine Kaskade mit einer Signalbindung am Membranrezeptor, gefolgt von einer Reihe von Proteinwechselwirkungen und Modifikationen, häufig Phosphorylierungen, aber auch anderen Mechanismen wie Proteolyse oder Ubiquitinierung. Ziel ist die Transformation der ursprünglichen Botschaft in eine passende zelluläre Reaktion, wobei Timing, Ort der Signalweiterleitung und Intensität flexibel angepasst werden können.

Bausteine einer Signaltransduktionskaskade sind oft Reaktoren wie Mitogen-aktivierte Proteinkinase-Kaskaden (MAPK), Transduktoren wie Adapter- und Scaffoldproteine, sowie Second Messenger wie cAMP, Ca2+, IP3 und DAG. Typische Kinase-Kaskaden umfassen eine MAPK-Kaskade (MAPKKK -> MAPKK -> MAPK). Andere Beispiele sind JAK-STAT-, GPCR-vermittelte cAMP/PKA- und Ca2+-abhängige Signale. Die räumliche Trennung, etwa an der Membran oder in definierten Zellkompartimenten, trägt zur Spezifität der Antworten bei.

Wichtige Merkmale sind Substratspezifität, Regulation durch negatives Feedback, Desensitisierung von Rezeptoren und Cross-talk zwischen verschiedenen Pfaden, was Komplexität und Robustheit erhöht. Bedeutung und Anwendungen der Kaskaden erstrecken sich auf Entwicklung, Immunantwort, Sinneswahrnehmung, Stoffwechsel und Zellteilung. Fehlregulationen sind mit Krankheiten wie Krebs, Entzündungen und Stoffwechselstörungen verbunden. In der Forschung dienen sie als Zielpfade für Therapien und als Modelle zur Systembiologie der zellulären Signalnetze.