Zellsignalgebung

Zellsignalgebung bezeichnet die Gesamtheit der Prozesse, durch die Zellen Signale wahrnehmen, verarbeiten und darauf antworten. Signale können von anderen Zellen, dem extrazellulären Raum oder dem inneren Zustand stammen und beeinflussen Funktionen wie Proliferation, Differenzierung, Stoffwechsel und Überleben.

Signale werden über Rezeptoren wahrgenommen, die Liganden binden. Liganden können Hormone, Wachstumsfaktoren, Neurotransmitter oder Zellkontaktmoleküle sein. Zu den Rezeptortypen gehören membranständige GPCRs (G-Protein-gekoppelte Rezeptoren), Rezeptortyrosinkinase-Rezeptoren (RTKs) sowie Ionenkanalrezeptoren; es gibt auch intrazelluläre Rezeptoren, die bei lipophilen Molekülen im Cytosol oder Zellkern wirken. Nach der Rezeptoraktivierung folgen Signaltransduktionskaskaden und second messengers wie cAMP, Ca2+, IP3, DAG oder cGMP; Enzyme wie Kinasen und Phosphatasen steuern die Signale, die oft amplifiziert und weiterverarbeitet werden. Die Signale verzweigen sich und kreuzen sich, wobei Spezifität durch räumliche und zeitliche Organisation, Subzelluläre Lokalisierung und Feedbackmechanismen erzeugt wird.

Typen der Signalübertragung sind autokrine, parakrine, endokrine und juxtakrine Kommunikation. Wichtige Signalwege umfassen GPCR-Signale, RTK-Strecken mit MAPK/ERK- und PI3K/AKT-Aktivität, JAK/STAT, Notch und Wnt. Diese Pfade steuern Zellteilung, Differenzierung, Überleben und Immunreaktionen und arbeiten vernetzt in Geweben.

Bedeutung: Zellsignalgebung ist zentral für Entwicklung, Homöostase und Anpassung an Umweltreize. Dysregulation ist mit Krankheiten wie Krebs, Diabetes und kardiovaskulären Erkrankungen verbunden. Therapeutische Ansätze zielen oft auf Rezeptoren oder zentrale Signalwege ab, um krankhafte Signale zu modulieren.

Methoden der Erforschung reichen von Biochemie und Zellbiologie bis zu bildgebenden Verfahren und genetischen Modellen, darunter Biosensoren und FRET-basierte Messungen.