Signal uzatish (signal transduktsiyasi, transduktsiya, signaling, signalizatsiya; inglizcha signal transduction) — molekulyar biologiyada hujayra bir turdagi signal yoki ta’sirni boshqa turdagi signalga aylantiradigan har qanday jarayonga nisbatan qo‘llanadigan termin.

Murakkab ko‘p hujayrali organizmlarning mavjud bo‘lishi ularning hujayralarida kechadigan biokimyoviy jarayonlarning muvofiqlashuviga bog‘liq. Bunday muvofiqlashuvning asosi hujayralararo kommunikatsiya va alohida hujayra ichidagi signal uzatilishidir. Birgalikda ular bitta hujayraga boshqa hujayralarning xatti-harakatini nazorat qilish imkonini beradi.

Ko‘pchilik hollarda hujayra ichidagi signal uzatish ketma-ket biokimyoviy reaksiyalar zanjiri ko‘rinishida bo‘lib, ular fermentlar tomonidan amalga oshiriladi; bu fermentlarning bir qismi ikkilamchi vositachilar (second messengerlar) tomonidan faollashtiriladi. Bunday jarayonlar odatda juda tez: ion kanallari ishtirokida bo‘lsa millisekundlar, proteinkinazalar va lipid vositachilari orqali bo‘lsa daqiqalar tartibida davom etadi. Biroq ba’zi hollarda (masalan, gen ekspressiyasi) hujayra signalni qabul qilishidan javob paydo bo‘lishigacha bo‘lgan vaqt soatlar yoki hatto sutkalar bo‘lishi mumkin.

Signal uzatish yo‘llari yoki signalli yo‘llar ko‘pincha signalli kaskadlar (inglizcha signal cascade) tarzida tashkil topgan bo‘ladi: dastlabki stimullardan uzoqlashgan sari, ya’ni zanjirning har bir keyingi bosqichida signalda qatnashadigan oqsillar va boshqa molekulalar soni ortib boradi. Shunday qilib, nisbatan zaif ta’sir ham juda katta javobni chaqirishi mumkin. Bu hodisa signalning kuchayishi (signal amplifikatsiyasi) deb ataladi. “Signal transduction” termini ilmiy jurnallarda birinchi marta 1974-yilda tilga olingan, maqola sarlavhasida esa 1979-yilda paydo bo‘lgan.

Signal uzatish tizimidagi buzilishlar saraton (rak), autoimmun kasalliklar va qandli diabet rivojlanishiga olib kelishi mumkin. Hujayra ichida signal uzatish mexanizmlarini tushunish bunday kasalliklarni davolash usullarini ishlab chiqish va hatto sun’iy to‘qimalar yaratishga yo‘l ochishi mumkin.

Eng yaxshi o‘rganilgan signalli yo‘llar: PI3K-Akt, JAK-STAT, NF-kB, geterotrimer G-oqsillar yo‘llari (jumladan adenilatstsiklaza yo‘li), Ras-MAPK/ERK, Wnt, Hedgehog, Fas.

Birlamchi vositachilar

Birlamchi vositachilar — bu hujayrada signal uzatish mexanizmini faollashtira oladigan kimyoviy birikmalar yoki fizik omillar (yorug‘lik kvanti, tovush, tashqi harorat, mexanik ta’sirlar — bosim, vibratsiya, siljish va boshqalar). Qabul qilayotgan hujayra nuqtai nazaridan birlamchi vositachilar ekstrasellyulyar (hujayradan tashqari) signallar hisoblanadi.

Shuni ta’kidlash kerakki, ekstrasellyulyar stimullar sifatida hujayra ichida ko‘p bo‘ladigan, lekin odatda hujayralararo fazoda juda past konsentratsiyada uchraydigan molekulalar (masalan, ATP yoki glutamat) ham ishtirok etishi mumkin.

Funktsiyasiga qarab birlamchi vositachilar bir necha guruhlarga bo‘linadi:

• gormonlar;
• sitokinlar;
• neyrotransmitterlar;
• o‘sish omillari (growth factorlar).

Retseptorlar

Hujayraning birlamchi vositachilardan signal qabul qilishi maxsus oqsil retseptorlar orqali amalga oshadi; birlamchi vositachilar bu retseptorlar uchun ligand vazifasini bajaradi. Retseptorlik funksiyasini bajarishi uchun oqsil molekulalari bir qator talablarga javob berishi kerak:

1. Ligandga nisbatan yuqori tanlovchanlik (spetsifiklik)ka ega bo‘lishi;
2. Ligand bilan bog‘lanish kinetikasi membranadagi retseptor molekulalari soni cheklangan bo‘lgani uchun to‘liq band bo‘lish holatiga mos keladigan to‘yinish egri chizig‘i bilan tavsiflanishi;
3. Retseptorlar maqsad organ hujayralarida ma’lum funksiyalar bor-yo‘qligini aks ettiruvchi to‘qima spetsifikligiga ega bo‘lishi;
4. Ligandning retseptor bilan bog‘lanishi va uning fiziologik (hujayraviy) effekti qaytar (reversib) bo‘lishi; retseptorning ligandga bo‘lgan yaqinlik (affinitet) parametrlari ligandning fiziologik konsentratsiyalariga mos kelishi.

Hujayra retseptorlari quyidagi sinflarga bo‘linadi:

• Membran retseptorlar
  • retseptor-tirozin kinazalar;
  • G-oqsillarga bog‘langan retseptorlar (GPCR);
  • ion kanallari;
• Sitozolik (tsitoplazmatik) retseptorlar;
• Yadroviy retseptorlar.

Membran retseptorlar o‘zlari mustaqil ravishda hujayraga kira olmaydigan yirik (masalan, insulin) yoki gidrofil (masalan, adrenalin) signal molekulalarini taniydi. Kichik gidrofob (yog‘da eruvchan) signal molekulalar (masalan, triiyodtironin, steroid gormonlar, CO, NO) esa diffuziya yo‘li bilan hujayraga kira oladi. Bunday gormonlarning retseptorlari odatda eruvchan sitozolik yoki yadroviy oqsillar bo‘ladi. Ligand retseptor bilan bog‘langach, bu haqdagi ma’lumot zanjir bo‘ylab keyingi bo‘g‘inlarga uzatiladi va birlamchi hamda ikkilamchi hujayraviy javoblarning shakllanishiga olib keladi.

Retseptorlar faollashish mexanizmlari

Agar tashqi signal molekulasi hujayra membranasidagi retseptorlarga ta’sir qilib, ularni faollashtirsa, retseptorlar olingan ma’lumotni membranadagi oqsil komponentlar tizimiga uzatadi; bu tizim signal uzatish kaskadi (signal cascade) deb ataladi.

Membranadagi signal uzatish kaskadiga kiruvchi oqsillar odatda ikki guruhga bo‘linadi:

• retseptorlarga bog‘langan oqsil-o‘zgartirgichlar (transduserlar);
• oqsil-o‘zgartirgichlar bilan bog‘langan kuchaytiruvchi fermentlar, ular ikkilamchi vositachilarni hosil qiladi (ikkinchi darajali ichki vositachilar hujayra ichiga axborotni yetkazadi).

G-oqsilga bog‘langan retseptorlar aynan shunday ishlaydi. Boshqa retseptorlar (ion kanallari, proteinkinaza faolligiga ega retseptorlar) esa ko‘pincha o‘zlari kuchaytiruvchi (amplifikator) sifatida xizmat qiladi.

Ikkilamchi vositachilar

Ikkilamchi vositachilar (inglizcha second messenger) — bu signal uzatish zanjiri elementlaridan birining fermentativ faolligi natijasida hosil bo‘ladigan yoki ajralib chiqadigan, signallarning keyingi bosqichlarga uzatilishiga va kuchayishiga yordam beradigan past molekulyar massali moddalar.

Ikkilamchi vositachilarga xos xususiyatlar:

• molekulyar massasi kichik bo‘ladi va sitoplazma bo‘ylab juda tez diffuziya qiladi;
• tez parchalanadi va sitoplazmadan tez chiqarib yuboriladi.

Ikkilamchi vositachilarga quyidagilar kiradi:

• kalsiy ionlari (Ca²⁺);
• tsiklik adenozinmonofosfat — tsAMF (cAMP) va tsiklik guanozinmonofosfat — tsGMF (cGMP);
• inozitoltrifosfat (IP₃);
• lipofil molekulalar (masalan, diatsilglitserol, DAG);
• azot oksidi (NO) — bu molekula hujayradan tashqaridan kirib keluvchi birlamchi vositachi sifatida ham ishlashi mumkin.

Ba’zan hujayrada uchlamchi vositachilar ham hosil bo‘ladi. Masalan, odatda Ca²⁺ ionlari ikkilamchi vositachi sifatida qatnashadi, lekin inozitoltrifosfat (ikkilamchi vositachi) ishtirokida endoplazmatik retikulumdan (ER) ajralib chiqadigan Ca²⁺ ionlari uchlamchi vositachi sifatida qaraladi.

Mexanizm

Signal uzatish taxminan quyidagi bosqichlarni o‘z ichiga oladi:

1. Tashqi agent (stimulus)ning hujayra retseptori bilan o‘zaro ta’siri;
2. Membranada joylashgan va ikkilamchi vositachilar hosil bo‘lishi uchun javobgar bo‘lgan effektor molekulaning faollashuvi;
3. Ikkilamchi vositachilarning hosil bo‘lishi;
4. Vositachilar tomonidan maqsad oqsillarni (belok-mishenlarni) faollashtirish va keyingi vositachilar hosil bo‘lishiga olib keladigan jarayonlarni ishga tushirish;
5. Vositachining yo‘qolishi (parchalanishi yoki hujayradan chiqarilishi).

Signalli yo‘llar

Ba’zan retseptorning tashqi stimullarga faollashishi hujayraning darhol javob berishiga olib keladi. Masalan, neyrotransmitter GAMK (GABA) o‘z retseptoriga bog‘langanda, bu retseptor neyron yuzasidagi ion kanalining tarkibiy qismidir; kanal xlorid ionlarini o‘tkaza boshlaydi va butun hujayra membrana potensialining o‘zgarishiga olib keladi.

Ras–MAPK/ERK signalli yo‘lining asosiy komponentlari

Boshqa hollarda retseptorning faollashishi faqat hujayra ichidagi regulyator signalni uzatuvchi vositachilar zanjirini boshlaydi. Bunday zanjir signalli yo‘l (signal pathway) deb ataladi.

Masalan, Notch signalli yo‘li nisbatan qisqa. Ushbu retseptor faollashganda proteaza uni parchalashi mumkin; oqsilning bir qismi yadroga o‘tadi va transkripsiya regulyatori vazifasini bajaradi. Natijada hujayra boshqa oqsillarni sintez qila boshlaydi va o‘z xatti-harakatini o‘zgartiradi.

O‘sish omillari (growth factorlar) esa yanada murakkab signalli yo‘llarni ishga tushiradi. Ularning ayrim retseptorlari kinaz bo‘lib, faollashgandan keyin o‘zlarini va boshqa oqsillarni fosforillaydi, shu bilan oqsillararo o‘zaro ta’sir qobiliyatini o‘zgartiradi. Masalan, epidermal o‘sish omili (EGF) o‘z retseptoriga bog‘lanib, uning autokatalitik fosforillanishini faollashtiradi. Fosforillangan retseptor adaptor oqsil GRB2 bilan bog‘lana oladi va signalni keyingi vositachiga uzatadi.

Bundan keyin, masalan, Ras–MAPK/ERK signalli yo‘li faollashishi mumkin. Bu yo‘lda MAPK/ERK (mitogen-aktivlanadigan proteinkinaza) transkripsiya omili C-myc ni faollashtirishi va hujayra sikliga ta’sir qiluvchi bir qator genlarning faoliyatini o‘zgartirishi mumkin.