KOMUNIKASI SEL

KOMPETENSI:

1. Mahasiswa dapat memahami Dasar-Dasar komunikasi Sel

2. Mahasiswa dapat memahami sinyal dalam komunikasi Sel

PENDAHULUAN• Kenyataan bhw organism multiseluler hadir di bumi ±

2.500.000.000 tahun sesudah prokariot organisme multiseluler memerlukan waktu utk mengembangkan suatu sistim komunikasi sel yg memungkinkan sel2 dari genom yang sama melakukan koordinasi untuk mengatur tingkah laku sel.

• Komunikasi sel terutama dimediasi oleh molekul2 sinyal extra seluler.

• Kebanyakan sel organisme multiseluler mengirim & menerima sinyal. Sinyal diikat oleh protein2 reseptor (umumnya berada di permukaan sel namun terkadang di dalam sel). Pengikatan molekul sinyal mengaktifkan reseptor yg lalu mengaktifkan satu atau lebih jalur sinyaling intraseluler. Rantai molekul (sebagian besar protein2 sinyal intraseluler), memproses & mendistribusikan sinyal pada target2 intraseluler.

• Target biasanya adalah efektor protein yg mengalami perubahan ketika jalur sinyaling menjadi aktif dan menyebabkan perubahan perilaku sel.

• Target dapat pula berupa protein regulator gen, ion channel, komponen dr suatu jalur metabolism, atau bagian dari sitoskeleton

Figure 15–1 A simple intra-cellular signaling pathway activated by an extra -cellular signal molecule. The signalmolecule usually binds to a receptor protein that is embedded in the plasmamembrane of the target cell and activates one or more intracellular signalingpathways mediated by a series of signaling proteins. Finally, one or more of the intracellular signaling proteins alters the activity of effector proteins and thereby the behavior of the cell.

PRINSIP DASAR KOMUNIKASI SEL

• Pada prokariot: komunikasi adalah respon thd keberadaan sel lain. Banyak bakteri merespon sinyal kimia yg dikeluarkan sel tetangganya & mengalami peningkatan konsentrasi dgn meningkatnya densitas populasi. Proses ini disebut quorum sensing membantu bakteri mengkoordinasi tingkah lakunya.

• Protein2 yg diperlukan dlm proses signaling membentuk signaling network. Protein2 ini termasuk protein reseptor, protein pengikat GTP, & protein kinase.

• Sistim signaling pd hewan lebih kompleks dibandingkan dgn yg ada pd ragi. Genom manusia, misalnya, memiliki lebih dr 1500 gen yg menyandi protein2 reseptor, & jumlah protein reseptor semakin meningkat dgn adanya alternative splicing & modifikasi protein paska translasi.

•  

• Molekul sinyal extra seluler terikat pd reseptor yg spesifik. Pengikatan menginisiasi respon sel2 target. Reseptor memiliki afinitas yang tinggi thd molekul sinyal.

• Molekul sinyal pd hewan multiseluler berupa protein, peptida kecil, asam amino, nukleotida, steroid, retinoid, turunan asam lemak, bahkan gas-gas terlarut seperti nitric oxide & carbon monoxide.

• Kebanyakan sinyal dilepas ke ruang extrasel. sel melalui exositosis. Sebagian dikirim dgn cara difusi melalui membran plasma sel2 signaling, & sebagian tetap terikat pada permukaan sel2 signaling. Dalam kasus terakhir sinyal diterima oleh sel yg mengalami kontak dgn sel signaling.

• Umumnya reseptor adalah protein2 transmembran pd permukaan sel target. Reseptor yg mengikat molekul sinyal (ligand) menjadi aktif & menghasilkan berbagai sinyal intraseluler yg mengubah perilaku sel.

• Reseptor dpt pula terletak didlm sel target sehingga molekul sinyal harus memasuki sel agar dpt terikat pada reseptor. Molekul sinyal harus cukup kecil dan bersifat hidrofobik agar dpt berdifusi melewati membran plasma sel target

Figure 15–3 The binding of xtracellularsignal molecules to either cell-surface or intracellular receptors. (A) Most signal molecules are hydrophilic and are therefore unable to cross the target cell’s plasma membrane directly; instead, they bind to cell-surface receptors, which in turn generate signals inside the targetcell (see Figure 15–1). (B) Some smallsignal molecules, by contrast, diffuseacross the plasma membrane and bind to receptor proteins inside the target cell—either in the cytosol or in the nucleus (as shown here). Many of these small signal molecules are hydrophobic and nearly insoluble in aqueous solutions; they are therefore transported in the bloodstream and other xtracellular fluids bound to carrier proteins, from which they dissociate before entering the target cell.

Contact dependent signaling

• Banyak molekul sinyal tetap terikat pada permukaan sel penghasil sinyal dan sinyalnya ditangkap hanya oleh sel2 yang membuat kontak dgn sel penghasil sinyal

• Penting selama perkembangan dan dalam respon imunitas.

• Contact dependent signaling selama proses perkembangan terkadang dapat bekerja melewati jarak yang jauh, dlm hal ini sel2 yang saling berkomunikasi memerlukan proses yang lama untuk membuat kontak satu dgn yg lain.

EMPAT BENTUK SIGNALING INTRASELULER

Figure 15–4 Four forms of intercellularsignaling. (A) Contact-dependent signaling requires cells to be in direct membrane–membrane contact. (B) Paracline signaling(C) Synaptic signaling(D) Endocrine signaling

paracline signaling• Sel2 signaling mensekresikan molekul sinyal ke larutan

ekstraseluler. Molekul yg disekresikan dpt dibawa ke sel2 target yg jauh, dpt juga bertindak sebagai mediator local yg hanya mempengaruhi sel2 yg berdekatan (local environment) dgn sel2 signaling.

• Paracline signaling: biasanya sel signaling & sel target merupakan sel2 dgn tipe berbeda. Namun sel juga dpt menghasilkan sinyal yg dpt direspon oleh sel itu sendiri, (disebut autocrine signaling). Autocrine signaling terjadi pada sel2 kanker yang menggunakan strategi ini untuk survival dan berproliferasi.

Figure 15–4 (B) Paracrine signaling depends on signals that are released into theextracellular space and act locally on neighboring cells.

• Agar sinyal paracline dpt bekerja secara local, sinyal tidak boleh berdifusi terlalu jauh. Karena itu sinyal akan diambil dgn cepat oleh sel2 yg berdekatan, dihancurkan oleh enzim2 ekstraseluler atau diimobilisasi oleh matriks extranuklear.

• Heparan sulfate proteoglycan yg terletak pd matriks extraseluler atau terikat pd permukaan sel berperan melokalisasi aksi protein sinyal yang disekresikan.

• Selain itu, sekresi protein antagonis jg mempengaruhi seberapa jauh jarak signal paracline dpt berfungsi. Protein2 antagonist ini terikat pd molekul sinyal atau pd reseptor & menghambat aktivitas molekul sinyal atau reseptor tsb.

synaptic signaling• Organisme multiseluler besar & kompleks memerlukan

sisitim sinyal yg memungkinkan respon oleh sel target yg jauh dari signaling sel.

• Sel2 saraf atau neuron merupakan tipe sel khusus dgn kemampuan signaling jarak jauh

• Ketika neuron diaktifkan oleh sinyal dr lingkungan atau dr sel2 neuron yang lain, neuron mengirim impuls elektrik melalui akson hingga mencapai chemical synapse pd ujung akson. Di synapse, impuls elektrik memacu dihasilkannya sinyal kimia yang berfungsi sbg neurotransmitter. Neurotransmitter disampaikan pada target sel yg terdapat setelah synapse (postsynaptic). Sistim ini disebut synaptic signaling.

Figure 15–4(C) Synaptic signalingis performed by neurons that transmitsignals electrically along their axons andrelease neuro-transmitters at synapses, which are often located far away from the neuronal cell body.

endocrine signaling

• Strategi signaling jarak jauh lainnya adalah endocrine signaling pada sel2 endokrin.

• Sel2 ini mensekresi molekul sinyal dlm bentuk hormon ke dalam aliran darah. Aliran darah membawa hormon ke sel target yg dpt terletak di bagian manapun pd tubuh.

• (Gbr. 15.4D)

Figure 15–4(D) Endocrine signaling depends on endocrine cells, which secrete hormones into the blood- stream for distribution throughout the body. Many of the same types of signaling molecules are used in paracrine,synaptic, and endocrine signaling; the crucial differences lie in the speed and selectivity with which the signals are delivered to their targets.

Perbandingan endokrin signaling dan synaptic signaling :

• Karena bergantung pd difusi dan aliran darah, endocrine signaling relative lambat, sebaliknya synaptic signaling jauh lebih cepat dan lebih tepat. (kecepatan sel saraf mentransfer impuls elektrik mencapai 100 m/dtk. Begitu dilepaskan dr terminal saraf, neurotransmitter berdifusi menjadi kurang dr 100 nm ke target sel, dicapai dlm waktu < 1 millisecond).

• Hormone hrs dilarutkan dlm konsentrasi yg sgt rendah (< 10-8 M), sebaliknya neurotransmitter masih berada pd konsentrasi tinggi. (contoh: konsentrasi asetylkolin pd synaptic muscular active mencapai 5 x 10-4).

•  

PRINSIP DASAR KOMUNIKASI SEL

• Tiap sel diprogram untuk merespon terhadap kombinasi spesifik sinyal extraseluler

• Tipe sel yang berbeda dapat merespon sinyal yang sama dengan cara yg berbeda

Figure 15–8 An animal cell’s dependenceon multiple extracellular signal molecules. Each cell type displays a set of receptors that enables it to respond to a corres-ponding set of signal molecules produced by other cells. These signal molecules work in combinations to regulate the behavior of the cell. As shown here, an individual cell often requires multiple signals to survive (blue arrows) and additional signals to grow and divide (red arrow) or differentiate (green arrows). Ifdeprived of appropriate survival signals, acell will undergo a form of cell suicideknown as apoptosis. The actual situation iseven more complex. Although not shown,some extracellular signal molecules act toinhibit these and other cell behaviors, oreven to induce apoptosis.

Figure 15–9 Various responses induced by the neurotransmitter acetyl- choline. (A) The chemical structure of acetylcholine. (B–D) Differentcell types are specialized to respond to acetylcholine in different ways. Insome cases (B and C), the receptors for acetylcholine differ. In other cases(B and D), acetylcholine binds to similar receptor proteins, but the intra- cellular signals produced are interpreted differently in cells specializedfor different functions.

Tiga kelompok utama protein reseptor pada permukaan sel• Banyak sinyal extraseluler yg terikat pd protein reseptor pd

permukaan sel target, molekul sinyal ini mempengaruhi sel target tetapi tdk masuk ke dlm sitosol ataupun nukleus.

• Dalam hal ini reseptor berfungsi sebagai signal transductor yg mengkonversi pengikatan ligand/sinyal extraseluler menjadi sinyal intraseluler yg kemudian mengubah perilaku sel target.

• Berdasarkan mekanisme transduksinya terdapat 3 kelompok utama protein reseptor, yaitu Ion Channel Coupled, G-Protein Coupled dan Enzyme Coupled receptors.

Ion-Chanell-Coupled Receptor

• Dikenal juga sebagai transmitter-gated ion channels atau ionotropic receptors.

• Berperan dalam synaptic signaling antara sel2 saraf & sel2 target yg tereksitasi secara elektrik (electrically exitable target cell) seperti antara sel saraf & sel otot.

• Signaling dimediasi oleh sejumlah kecil neurotransmitter yg membuka & menutup chanel ion yg dibentuk oleh protein yg mengikatnya. Hal ini mengubah permiabilitas membran plasma & eksitabilitas target sel.

.

Figure 15–16 Three classes of cell-surface receptors. (A) Ion-channel-coupled receptors (also calledtransmitter-gated ion channels)

G-protein-coupled receptors• G-protein-coupled Reseptor secara tdk langsung meregulasi aktivitas suatu protein target, protein ini biasanya enzim atau ion channel.

• GTP-binding protein (G protein) memediasi interaksi antara reseptor yg telah aktif dgn protein target. Aktivasi protein target mengubah konsentrasi satu atau lebih mediator intraseluler kecil (bila target protein berupa enzim), atau mengubah permiabilitas ion membran plasma (bila target protein berupa ion channel).

• Semua G-protein-coupled reseptor merupakan bagian dr keluarga protein multipass transmembrane.

Figure 15–16 Three classes of cell-surface receptors. (B) G-protein-coupled receptors

• Enzyme-coupled receptors dapat berfungsi langsung sebagai enzim atau berasosiasi dgn enzim yang mereka aktifkan.

• Reseptor ini biasanya adalah protein transmembran yang memiliki situs pengikatan sinyal/ligand di luar sel.

• Enzyme-coupled receptor sangat beragam dibandingkan 2 reseptor yg disebut sebelumnya. Namun sebagian besar adalah protein kinase atau berasosiasi dengan protein kinase yg memfosforilasi protein2 tertentu ketika diaktifkan.

Figure 15–16 Three classes of cell-surface receptors.

(C) enzyme-coupled receptors. Although many enzyme-coupled receptors have intrinsic enzymatic activity, as shown on the left in (C), many others rely on associated enzymes, as shown on the right in (C).