7 komunikasi antar sel

Komunikasi Antar Sel(Cell Signaling)

SEMESTER2010-2011

Pendahuluan

Pertahanan hidup (survival) tgt pada jaringan komunikasi interselular yg mengkoordinasi pertumbuhan, diferensiasi dan metabolisme

Komunikasi antar sel umumnya dilakukan dengan menggunakan molekul sinyal kimiawi (ligan/1st messenger) yang berupa:– Hormon– Neurotransmiter– Protein lain (misal: faktor pertumbuhan)

Bentuk Komunikasi Pada Sel Hewan Berdasarkan Letak / Jenis

Sel Target

Pensinyalan jarak jauh – endocrine signaling– Molekul sinyal: hormon– Bekerja pd sel target yg jauh dari tempat sintesisnya– Disalurkan melalui aliran darah

Pensinyalan jarak dekat – paracrine signaling – Bekerja pada sel target yg berdekatan dgn molekul

pembuatnya– Biasanya diperantarai oleh neurotransmiter dan bbrp

faktor pertumbuhan

Komunikasi Pada Sel Hewan


autocrine signaling – Molekul sinyal bekerja mempengaruhi dirinya sendiri– Merupakan cara kerja dari sebagian besar faktor

pertumbuhan– Fungsi: mengatur proses proliferasi*


Pensinyalan sinaptik:sel saraf melepaskan molekul neurotransmiter ke dalam celah sinaps (ruang sempit antara dua sel saraf: sel pengirim dan sel target)

NERVECELL

Nervesignals

Neurotransmittermolecules

Nerve cell

Tiga Tahapan Proses Pensinyalan Sel

Penerimaan (reception): – Proses pendeteksian molekul sinyal yang datang dari luar sel– Berdasarkan sifat molekul sinyal, penerimaan dapat dilakukan oleh protein

reseptor yang terdapat di: membran plasma (Contoh: reseptor hormon epinefrin), atau Sitoplasma (reseptor intraseluler). Contoh: reseptor hormon steroid

Transduksi: (pengolahan sinyal) – Merupakan urutan perubahan dalam sederetan molekul yg berbeda, dan

disebut jalur transduksi sinyal– Pada tahap ini terjadi perubahan sinyal menjadi suatu bentuk yang dapt

menimbulkan respon seluler spesifik Produksi respon seluler spesifik: Aktivitas seluler seperti:

– Reaksi enzimatik– Penyusunan ulang sitoskeleton– Pengaktifan gen spesifik dalam nukleus

Pensinyalan Sel dengan Reseptor Terikat Membran (Contoh: pengaruh epinefrin)

1. Penerimaan– Molekul sinyal (ligan) berupa hormon

epinefrin yang terdapat di cairan ekstraseluler terikat pada reseptor spesifik pada membran plasma sel target (sel hati dan sel otot rangka)

2. Transduksi– Interaksi ligan-receptor mengakibatkan

konformasi atau perubahan bentuk reseptor

– Terjadi serangkaian perubahan atau aktivasi sejumlah molekul relay pada jalur transduksi sinyal, yang mengarah pada aktivasi enzim spesifik

3. Respon sel– Aktivitas sel sebagai respon terhadap

sinyal yang datang– Contoh: reaksi enzimatik pemecahan

molekul glikogen oleh enzim glikogen fosforilase

Hormone(epinephrine)

1

2

3

RECEPTORPROTEIN

TARGETCELL

Plasmamembrane

Relaymolecules

Signal-transductionpathway

Glycogen Glucogen

Cellular response(in this example, glycogen breakdown)

Pensinyalan Sel dengan Reseptor Intraseluler

1 & 2. Penerimaan– Molekul sinyal (ligan) berupa hormon

steroid berdifusi melewati membran plasma sel target

– Ligan berikatan dengan reseptor intraseluler yang terdapat di sitoplasma

3. Transduksi– Kompleks ligan-reseptor memasuki

nukleus, berikatan dengan DNA dan menentukan suatu gen menjadi aktif atau non aktif

– Pada contoh ini gennya diaktifkan4. Respon sel

– Terjadi transkripsi & translasi (sintesis protein), hingga terbentuk protein baru

Steroidhormone

TARGETCELL Receptor

protein

1

2

3NUCLEUS

DNA

Hormone-receptorcomplex

4

mRNATranscription

Newprotein

Cellular response:activation of a geneand synthesis ofnew protein

Macam-macam Reseptor Sinyal

1. Reseptor Terkait-Protein G (G protein-coupled reseptor/GPCR)– Berupa protein membran yg bekerja bersamaan dgn protein G dan protein

lain (biasanya enzim) – Pendeteksian sinyal berupa cahaya, bau, dan deteksi hormon serta

neurotransmiter tertentu– Jalur ini bisa mengaktivasi atau menginhibisi tgt protein G yg terikat pada

reseptor Protein G yang menstimulasi (Gs): protein menstimulasi effector

enzyme Protein G yang menginhibisi (Gi): protein menginhibisi effector

enzyme– Aktivasi enzim (Contoh: adenylil cyclase) akan menghasilkan sejumlah

second messenger yang menentukan respon seluler terhadap sinyal yang datang

Ligan berikatan dgn reseptor

shg teraktivasi

Aktivasi protein G

Aktivasi/

Inhibisi enzim

Respon seluler

adenylyl cyclase (AC)

Reseptor Terkait-Protein G

Struktur GPCR

2. Reseptor Tirosin-Kinase– Reseptor membran yang memiliki bagian protein di sisi sitoplasmik yang

berperan sbg enzim (tirosin kinase)– Fungsi: mengkatalisis transfer gugus fosfat (fosforilasi) dari ATP ke asam

amino tirosin pd protein substrat– Tahapan proses transduksi sinyal yang terjadi:

Pengikatan ligan menyebabkan 2 polipeptida reseptor membentuk dimer

Dengan menggunakan gugus fosfat dari ATP, daerah tirosin kinase setiap polipeptida memfosforilasi tirosin pada peptida lain (dimer merupakan substrat sekaligus enzim) → protein reseptor teraktivasi

Aktivasi reseptor menyebabkan reseptor dapat berikatan dengan protein intraseluler dan mengaktifkannya melalui fosforilasi

– Contoh: faktor pertumbuhan, yg merangsang sel untuk tumbuh dan bereproduksi.


Reseptor Tirosin-Kinase


3. Reseptor Saluran Ion– Protein membran berupa ion-channel protein yang

membuka ketika berikatan dengan ligan dan menutup ketika ligan terlepas dari reseptor

– Pengikatan ligan menyebabkan terbukanya saluran ion sehingga ion-ion dari cairan ekstraseluler dapat masuk ke dalam sitosol sel target

– Perubahan konsentrasi menyebabkan perubahan potensial elektrik membran plasma

– Contoh: Pada sel saraf: Saluran ion Na+ dan K+ pada sel saraf

terbuka ketika hormon asetilkolin berikatan dengan reseptornya

Pada sel otot: pengikatan asetilkolin mengakibatkan masuknya ion Ca2+ dan menghasilkan kontraksi otot

Reseptor Saluran Ion

-


4. Reseptor Intraseluler– Berupa reseptor yg terletak di

sitoplasma atau nukleus sel target.

– Sinyal kimiawi masuk ke dalam sel melewati membran plasma

– Molekul sinyal berukuran cukup kecil shg bisa melewati fosfolipid membran atau molekul sinyal berupa lipid shg terlarut dalam membran.

– Contoh: Hormon steroid dan hormon

tiroid (lipid), mis: testosteron Molekul gas oksida nitrat

(NO)

Transduksi Sinyal

Pada umumnya terdiri dari beberapa langkah → sejumlah kecil molekul sinyal dapat menghasilkan respon seluler yang besar (penguatan sinyal) dan menentukan respon yang spesifik

Dilakukan oleh molekul relay: – molekul yang berfungsi menyampaikan (mentransmisikan) sinyal dari

reseptor hingga dihasilkan respon sel yang sesuai– Dapat berupa:

Protein. Banyak di antaranya adalah protein kinase (enzim yang mentransfer gugus fosfat dari ATP ke suatu protein/fosforilasi). Fosforilasi protein adalah mekanisme seluler yang digunakan secara luas untuk mengatur aktivitas protein

Molekul atau ion kecil non-protein yang disebut second messenger Proses penerimaan sinyal (pengaktifan protein reseptor) akan

berlanjut pada pengaktifan molekul-molekul relay secara beruntun, hingga protein akhir yang menghasilkan respon sel diaktifkan

Jalur transduksi sinyal akan terhenti dengan adanya protein fosfatase (enzim yang melepaskan gugus fosfat dari protein)

– Ketika sinyal (ligan) terlepas dari reseptor atau tidak ada, jumlah protein fosfatase lebih banyak daripada protein kinase

Diagram Transduksi Sinyal (signal-transduction cascade )

Dalam jalur transduksi pada Reseptor Tirosin-Kinase, aktivasi bbrp enzim kinase menghasilkan aliran fosforilasi: signal-transduction cascade

Menghasilkan respon seluler spesifik, contohnya:

– perubahan bentuk fisiologi sel dan jalur ekspresi gen

– proliferasi dan diferensiasi– meningkatkan kemampuan survivalsel– pengaturan metabolisme seluler

Signal

KINASE #2

KINASE #3

TARGET

EFFECT

KINASE #1pp

pp

pp

pp

Kaskade fosforilasi

Komponen jalur transduksi-sinyal berupa molekul atau ion kecil nonprotein yg terlarut air

Dapat dihasilkan melalui aktivasi GPCRs (Reseptor terkait protein G) dan RTKs (Reseptor Tirosin Kinase)

Second messenger berfungsi memperjelas/menguatkan sinyal ekstraseluler

– 1 molekul epinephrine berikatan dg 1 GPCR – menghasilkan sintesis beberapa molekul cAMP yg dapat mengaktifkan dan memperkuat beberapa molekul PKAs

Konsentrasi epinefrin dalam darah sebesar 10-10M dapat meningkatkan kadar glukosa hingga 50%

Beberapa contoh second messenger:– AMP siklik (cAMP)

Dihasilkan melalui aktivasi reseptor terkait protein Gs → aktivasi enzim adenylyl cyclase yg mengubah ATP mjd second messenger cAMP

cAMP berfungsi mengaktivasi protein kinase spesifik (cAMP-dependent protein kinases or PKAs) – lihat Gambar 11.12 di Buku Biologi-Campbell hal.212)

Second Messengers

Second Messengers

Second messengers lain:– Ion Kalsium

Dihasilkan melalui pembukaan saluran kalsium pd membran plasma RE, melepaskan kalsium

Peningkatan ion Ca+ dalam sel β menyebabkan sekresi insulin Peningkatan ion Ca+ intraseluler juga menyebabkan kontraksi sel otot Melalui bantuan calmodulin, protein pengikat Ca+, ion Ca+

mengaktifkan atau menginaktifkan protein transduksi secara langsung– Inositol Trifosfat (IP3) dan Diasilgliserol (DAG) – hasil

pemecahan phosphotidylinositol (PI) yang terdapat di membran plasma

Dihasilkan melalui aktivasi beberapa jenis reseptor hormon (GPCRs and RTKs)

Lihat Gambar 11.14 di buku Biologi- Campbell hal. 213

Respon seluler thd sinyal

Jalur transduksi mengarah ke pengaturan aktivitas seluler yang dapat berupa:

– Penyusunan ulang sitoskeleton– Pembukaan atau penutupan saluran ion dalam membran plasma– Aktivitas metabolisme sel– Sintesis protein

Jalur pensinyalan yang rumit memiliki manfaat penting:– Menguatkan sinyal.

Pada setiap langkah katalitik pada kaskade fosforilasi jalur transduksi sinyal, jumlah produk yang teraktivasi jauh lebih besar dari pada langkah sebelumnya

– Penentuan respon.Respon suatu sel terhadap sinyal bergantung pada variasi sinyal, reseptor, molekul relay, dan protein yang dibutuhkan untuk melaksanakan respon.(lihat Gambar 11.17 pada buku Biologi –Campbell hal. 216)

Suatu respon seluler dapat dihasilkan melalui aktivasi jalur yang berbeda

StimulasiGPCRs atau RTKs menghasilkan sejumlah second messengers, dan kedua jenis reseptor mengaktifkan dan menginhibisi sekresi sejumlah second messenger yang sama

RTKs dapat meningkatkan signal transduction cascade yg seringkali bekerja pada target yg sama dgn GPCR

Suatu respon seluler dapat diinduksi oleh beberapa jalur pensinyalan sel yang berbeda

Interaksi jalur pensinyalan yg berbeda memungkinkan aktivitas seluler berjalan dg baik

7 komunikasi antar sel

Documents