プリンキピア

第9章細胞間の情報伝達

9.2 Propagation of the Signal9.2 シグナルの伝播

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を学び終えると、次のことができるようになる。
  • Explain how the binding of a ligand initiates signal transduction throughout a cell
    リガンドの結合が細胞全体へのシグナル伝達を始めるしくみを説明する。
  • Recognize the role of phosphorylation in the transmission of intracellular signals
    細胞内シグナルの伝達におけるリン酸化の役割を理解する。
  • Evaluate the role of second messengers in signal transmission
    シグナル伝達におけるセカンドメッセンジャーの役割を評価する。
Once a ligand binds to a receptor, the signal is transmitted through the membrane and into the cytoplasm. Continuation of a signal in this manner is called signal transduction. Signal transduction only occurs with cell-surface receptors, which cannot interact with most components of the cell such as DNA. Only internal receptors are able to interact directly with DNA in the nucleus to initiate protein synthesis.
英語のヒント
リガンドが受容体に結合すると、シグナルは膜を通って細胞質へ伝わる。このようにシグナルを引き継ぐことをシグナル変換という。シグナル変換は細胞表面受容体でのみ起こる。この受容体はDNAなどの細胞内成分の大部分と相互作用できない。核内のDNAと直接相互作用してタンパク質合成を始められるのは、細胞内受容体だけである。
When a ligand binds to its receptor, conformational changes occur that affect the receptor’s intracellular domain. Conformational changes of the extracellular domain upon ligand binding can propagate through the membrane region of the receptor and lead to activation of the intracellular domain or its associated proteins. In some cases, binding of the ligand causes dimerization of the receptor, which means that two receptors bind to each other to form a stable complex called a dimer. A dimer is a chemical compound formed when two molecules (often identical) join together. The binding of the receptors in this manner enables their intracellular domains to come into close contact and activate each other.
英語のヒント
リガンドが受容体に結合すると、受容体の細胞内ドメインに影響する立体構造の変化が起こる。リガンド結合に伴う細胞外ドメインの変化は、受容体の膜内領域を通して伝わり、細胞内ドメインやそれに結び付いたタンパク質の活性化につながる。場合によっては結合が受容体の二量体化を起こす。二つの受容体が互いに結合し、二量体という安定した複合体を作るのである。二量体は、二つの分子(多くは同じ分子)が結び付いてできる化合物である。このように受容体が結合すると、細胞内ドメインどうしが近づき、互いを活性化できるようになる。

Binding Initiates a Signaling Pathway結合がシグナル伝達経路を開始させる

After the ligand binds to the cell-surface receptor, the activation of the receptor’s intracellular components sets off a chain of events that is called a signaling pathway, sometimes called a signaling cascade. In a signaling pathway, second messengers–enzymes–and activated proteins interact with specific proteins, which are in turn activated in a chain reaction that eventually leads to a change in the cell’s environment (Figure 9.10), such as an increase in metabolism or specific gene expression. The events in the cascade occur in a series, much like a current flows in a river. Interactions that occur before a certain point are defined as upstream events, and events after that point are called downstream events.
英語のヒント
リガンドが細胞表面受容体に結合した後、受容体の細胞内部分が活性化すると、シグナル伝達経路、またはシグナル伝達カスケードという一連の出来事が始まる。この経路では、セカンドメッセンジャーである酵素と活性化されたタンパク質が特定のタンパク質と相互作用し、それが順に活性化される連鎖反応を起こす。最終的には、代謝の増加や特定の遺伝子の発現など、細胞の環境の変化につながる(図9.10)。カスケードの出来事は、川の流れのように順番に起こる。ある地点より前の相互作用を上流の出来事、その地点より後を下流の出来事という。
You can see that signaling pathways can get very complicated very quickly because most cellular proteins can affect different downstream events, depending on the conditions within the cell. A single pathway can branch off toward different endpoints based on the interplay between two or more signaling pathways, and the same ligands are often used to initiate different signals in different cell types. This variation in response is due to differences in protein expression in different cell types. Another complicating element is signal integration of the pathways, in which signals from two or more different cell-surface receptors merge to activate the same response in the cell. This process can ensure that multiple external requirements are met before a cell commits to a specific response.
英語のヒント
細胞内の多くのタンパク質は、細胞内の条件によって異なる下流の出来事に影響できるため、シグナル伝達経路はあっという間に複雑になる。複数の経路の相互作用によって、一つの経路が異なる最終結果へ枝分かれすることもある。同じリガンドが、異なる細胞型で異なるシグナルを開始するために使われることも多い。この応答の違いは、細胞型ごとのタンパク質発現の違いによる。さらに複雑にするのは経路のシグナル統合である。異なる二つ以上の細胞表面受容体からのシグナルが合流し、細胞内で同じ応答を活性化する。この過程により、細胞が特定の応答へ進む前に、外部の複数の条件が満たされることを確かめられる。
The effects of extracellular signals can also be amplified by enzymatic cascades. At the initiation of the signal, a single ligand binds to a single receptor. However, activation of a receptor-linked enzyme can activate many copies of a component of the signaling cascade, which amplifies the signal.
英語のヒント
細胞外シグナルの効果は、酵素のカスケードによって増幅することもできる。シグナルの開始時には、一つのリガンドが一つの受容体に結合する。しかし、受容体につながる酵素の活性化は、カスケードの構成要素の多数の分子を活性化でき、シグナルを増幅する。

Methods of Intracellular Signaling細胞内シグナル伝達の方法

The induction of a signaling pathway depends on the modification of a cellular component by an enzyme. There are numerous enzymatic modifications that can occur, and they are recognized in turn by the next component downstream. The following are some of the more common events in intracellular signaling.
英語のヒント
シグナル伝達経路の誘導は、酵素が細胞の構成要素を修飾することに依存している。酵素による修飾には数多くの種類があり、それぞれが次の下流の構成要素によって認識される。以下に細胞内シグナル伝達で比較的よく見られる出来事を示す。