Signaltransduktion

Biochemisch definierte Mechanismen der Signaltransduktion umfassen:

• direkte Interaktion zwischen Proteinen
• Kinasenvermittelte Phosphorylierung
• Phosphatasenvermittelte Dephosphorylierung,
• Bindung von Nukleotiden wie GDP, GTP, cAMP oder cGMP
• Bindung von Calcium-Ionen
• Acetylierung.

Signaltransduktionsprozesse werden durch lokale Akkumulation und Bindung an Reaktionspartner ("Signalkomplexe") bzw. Gerüstproteinen ("Scaffolds") oder durch Rekrutierung von Signalproteinen in spezifische Zellkompartimente unterstützt.

Bei Signaltransduktionsprozessen handelt es sich der Mehrzahl der Fälle um sättigbare Mechanismen, die durch die Langmuir-Gleichung definiert sind:

• y = G*x / (D + x),

wobei x für ein Eingangssignal, y für die Antwort des Übertragungssystems, G für die Maximalverstärkung des Transduktionskanals und D für die Halbmaximalitätskonstante (EC₅₀) stehen. Transkompartimentelle Kommunikationsprozesse lassen sich auf diese Weise mit dem gleichen Formalismus wie Enzymkinetiken oder Rezeptorbindungen beschreiben.

Die endokrine Signalübertragung erfolgt über Hormone auf dem Blutweg. Hierbei können Signale weitläufig über den gesamten Körper verteilt und weit entfernt liegende Zielorgane erreicht werden.

Parakrine Signalübertragung entsteht durch Diffusion von Hormonen und hormonähnlichen Substanzen im Interzellularraum der Zelle, dabei werden nur unmittelbar benachbarte Zellen angesprochen. Ein Sonderfall ist die autokrine Signalleitung, bei der die Signale nur auf die sezernierende Zelle selbst sowie benachbarte Zellen des gleichen Zelltyps wirken.

Die synaptische Signaltransduktion findet in den Nervenzellen statt. Hier werden Signale elektrisch, durch Änderungen des Membranpotentials, entlang eines Zellfortsatzes (Axon) zu den Zielzellen transportiert. Das Signal kann dann über Gap Junctions elektrisch weitergegeben oder in ein chemisches Signal umgewandelt werden.

Die kontaktabhängige Signalübertragung erfolgt nur bei Zellen, die in unmittelbarem Kontakt miteinander stehen, z.B. Zellen des Immunsystems. Sowohl der Rezeptor als auch das Signal sind in diesem Fall membrangebundene Moleküle.

Beispiele wichtiger Signalwege sind

• FGF-Signalweg
• G-Protein-vermittelte Kommunikation
• JAK-STAT-Signalweg
• PLC/IP3-Weg
• MAP-Kinase-Weg
• PI3K/Akt-Signalweg
• TGF-Signalweg
• Wnt-Signalweg

• Colquhoun D. The Link between Drug Binding and Response: Theories and Observations. In The Receptors. Vol. 1. Edited by O´Brien RD. New York, London: Plenum Press; 1979:93-142.
• Cosma Shalizi's "Signal transduction" Notebook
• Dietrich, J. W. und B. O. Boehm (2006). Equilibrium behaviour of feedback-coupled physiological saturation kinetics. In: Cybernetics and Systems 2006. R. Trappl (Hrsg). Vienna, Austrian Society for Cybernetic Studies. 1: 269-74.