ÉLETTAN
Sejtbeszéd – kémiai nyelven

BÁRDOS GYÖRGY


A szervezet sejtjei között állandó információátvitel zajlik. Ez biztosítja azt, hogy az egyes elemek összehangoltan és célszerûen mûködjenek. A kémiai jelátvitelre mindazok a törvényszerûségek érvényesek, amelyeket az információelmélet dolgozott ki: van küldõ, címzett, átviteli csatorna, kódolás és dekódolás, zaj, veszteség, információ-tartalom, és így tovább. A kémiai kommunikációnak azonban vannak különleges, fõleg az élõ szervezetre jellemzõ sajátosságai is, legfõképpen az, hogy az üzenetet szállító hordozók nagyon sokfélék és többféle funkciót is betöltenek. Kémiai közvetítõk a sejteken belül is mûködnek (ilyenek pl. a másodlagos hírvivõk vagy a különféle RNS-hírnökök), az elkövetkezendõkben azonban elsõsorban a sejtek közötti kommunikációról lesz szó.
 
 

A kémiai jelátvitel – mint az a nevébõl is következik – az egyes sejtek közötti üzenetek kémiai úton történõ „szállítása”. Jellemzõje, hogy az egyik sejt által kibocsátott kémiai anyag valamely másik sejt vagy sejtek számára üzenetet hordoz, amelyet az illetõ sejt felfog és mûködésbeli változássá alakít át. Arra a kérdésre, hogy mely anyagok viselkednek jelátvivõként, nem is olyan egyszerû pontos választ adni; mert a sejtekbõl kijutó ionok, bomlástermékek, anyagcsere-származékok stb. szintén megváltoztathatják más sejtek mûködését, ezáltal azt a látszatot keltve, mintha valódi jelhordozók lennének. Kémiai jelátvivõnek ezért csak azokat az anyagokat tekinthetjük, amelyeknek kizárólagos, vagy elsõdleges funkciója az információ átadása, amelyek akkor, és csak akkor kerülnek ki a sejtbõl, ha az üzenetre szükség van. A kémiai kommunikáció általános elve a következõképpen foglalható össze: szabályozott anyagkibocsátás —> átvitel —> megkötés (recepció) —> sejtbeni változások.

A magasabb rendû állati szervezetekben (természetesen az emberben is) a kémiai jelátvivõ anyagok száma hihetetlenül nagy, napról napra újabb és újabb anyagokról mutatják ki a hírvivõ sajátosságot. Ezek egy része specifikus funkciót lát el (pl. növekedési faktor, sejtet vonzó tényezõ stb.), és ezért esetleg a kommunikációban korlátozott szerepet tölt be, de többségük igazi üzenethordozó. Egy látszólag triviális csoportosítás volna például az, ha kémiai természetük szerint rendszereznénk õket, de ez nagyon kevéssé hatékony osztályozás, mert egy részük aminosav és aminosavszármazék, egy kisebb csoport szteroid-jellegû, néhány lipid (vagy lipoid)-molekula, aránytalanul nagy részük pedig oligo- és polipeptid, illetve fehérje. Még ha ezeken belül alcsoportokat képezünk is (mondjuk pl. az aminosav-származékok között egy csoportba soroljuk az úgynevezett biogén aminokat, vagy az oligopeptideket aminosavszekvencia szerint rendszerezzük), aligha jutunk messzire. Lehetne õket termelõdési helyük szerint is csoportosítani (sokáig ezt is tették), csakhogy mára kiderült, többségük sok helyen, egyesek a szervezet csaknem minden részén termelõdnek, így ezt is el kellett vetni.

Mai szemmel nézve két lehetséges, természetes alapú csoportosítási elv kínálkozik (emlékezzünk, az élõvilág rendszerezésében is a természetes alapú rendszertan hozta meg az átütõ sikert): a funkció szerinti, illetve a származás szerinti. Az elõbbi azt jelenti, hogy közös csoportba kerülnek a hasonló funkciót betöltõ molekulák, ezekbõl szupercsoportokat, illetve csoportrendszereket lehet szerkeszteni, és így tovább. Az agymûködés vizsgálatában már megvannak e rendszer csírái: beszélünk agyi dopaminerg, hisztaminerg, szerotoninerg, kolinerg stb. rendszerekrõl, illetve ezek egymáshoz való viszonyáról (pl. monoaminerg rendszerekrõl). Attól azonban még messze vagyunk, hogy a kép összeálljon, hiszen számos anyag funkcióját még alig, vagy csak részben ismerjük (sõt egyesekrõl fogalmunk sincs).

Ami a származás szerinti csoportosítást illeti, itt is vannak már eredmények. A gyomor-bélhuzam vizsgálata alapján az itt található peptidhormonok többségét sikerült két származási csoportba sorolni (gasztrin csoport, szekretin csoport); az agyban számos, szintén fõleg peptid természetû hormonról derült ki, hogy közös az elõanyaguk (pl. az ACTH, a B-endorfin, az alfa-MSH, a béta-lipotropin közös elõanyaga a pro-opio-melano-cortin), továbbá például a szteroid hormonok is közös anyagcsereúton képzõdnek a mellékvesekéregben (glukokortikoidok, androgének, mineralo-kortikoidok) stb. Azt ugyan nem tudjuk még, legfeljebb reméljük, hogy ezt a két rendszert sikerül-e valaha összehozni, de vannak erre utaló jelek: több család esetében a funkciók is hasonlók, illetve hasonló funkciójú vagy szerkezetû molekulákról gyakran derül ki a közös eredet.

Vannak próbálkozások az egyszerûsítésre is. Az egyik lehetõség, hogy elválasszuk a lényegi (szaknyelven esszenciális) hírvivõket a másodlagos vagy magasabb rendû módosítóktól, tehát azoktól, amelyek kisebb jelentõségûek a jelátvitelben. Ez ugyan némi információvesztést jelenthet (mármint a vizsgálók vesztenek információt a rendszerrõl, amely ezzel természetesen mit sem törõdve, avval és annyi információt vesz fel és küld, amivel és amennyi szükséges), viszont segítheti a megértést. Egy további egyszerûsítést jelent(ene) a nevezéktan (nómenklatúra) rendszerezése, netán megváltoztatása, hiszen a sokféle hírvivõ többsége a nevét arról a funkcióról kapta, amellyel kapcsolatban felfedezték vagy elõször leírták, és ez megmaradt még akkor is, ha azóta kiderült, sokkal több szerepe van, netán az elsõként leírt a legkevésbé jelentõs ezek közül. Itt aligha várható gyors haladás, a tudomány meglehetõsen konzervatív ilyen tekintetben, arról nem is beszélve, hogy a presztízs miatt elég körülményesen fogadnak el új nevezéktant. Aztán – valljuk be – roppant nehéz is megfelelõ elnevezéseket találni, ehhez valódi nyelvújító mozgalomra lenne szükség. Azért a dolog nem reménytelen: az utóbbi években megkezdték például az immunmediátorok rendszeres nevezéktanának kidolgozását, igaz, az újabb és újabb anyagok felfedezése feszegeti ennek kereteit, de bizonyára megtalálják a módját a megfelelõ átalakításnak. Igaz ami igaz, az interleukin-1 elnevezés aligha szívderítõ, mégis praktikus, fõleg akkor, ha már megszoktuk (interleukinból már vagy 16-ot vagy 18-at tartanak nyilván, bár még azon is vita folyik, hány is van valójában).

Nos, a kémiai jelátvivõk zûrzavaráról már eleget beszéltünk, lássunk most valami rendet is! A problémakör megértéséhez közelebb vihet például, ha a kibocsátás-felhasználás szempontjai szerint rendezzük a kémiai kommunikációt. Hogy felidézzük a bevezetõben mondottakat, itt arról van szó, ki küldi kinek az üzenetet, milyen úton, és milyen messzire. A fõ szempont itt az, hogy az üzenet hány címzettnek szól, azok számára az információ mennyire egyértelmû és speciális, illetve hogyan dõl el, ki kapja a küldött üzenetet. A következõ rendszerezés alapja tehát az, hány és mely sejt(ek), milyen úton, milyen távolságra és mennyire speciálisan kapják az üzenetet. A sejtbõl való ürülést a görög eredetû „-krin" szócskával jelölik, tehát valamennyi közvetítési módban szerepel majd ez a szótag.

A kémiai jelátvitel elsõ formája mindjárt egy igen fura, szokatlan mód: az autokrin kommunikáció. Ez azt jelenti, hogy a kibocsátó sejt saját magát értesíti, többnyire arról, hogy a kiürülõ anyag mennyisége (pontosabban általában koncentrációja és/vagy aktivitása) mekkora. Ez csak látszólag felesleges, hiszen a kibocsátott anyag egy része eltávozhat, elbomolhat, felhasználásra kerülhet, és ez megszabhatja a termelés és ürítés sebességét. Ha valakinek a visszacsatolás jut errõl eszébe, akkor helyes nyomon jár. Potenciálisan minden kibocsátó sejt mûködhet ezen a módon, de mégsincs így. Elõször is szükséges, hogy legyen saját receptora a maga által ürített anyag felfogására, és ez elég kevés esetben van így; másodsorban szükséges, hogy a kibocsátott anyag viszonylag jelentõs mennyiségben maradjon a környezetben, és ez sem túlságosan gyakori (és értelemszerûen még ritkább a kettõ együttes megléte). Bizonyos sejttípusokról már tudjuk, hogy képesek autokrin szabályozásra, ilyenek például a vér fehérvérsejtjei. Az még nem teljesen világos, hogy miként mûködik ez a mód; lehetséges, hogy egy messzire küldött hatóanyaggal együtt egy ilyen helyben maradó autokrin szabályozó is kiürül, amely ily módon szabályozza az ürülést. Az autokrin kommunikációra jellemzõ tehát, hogy a küldõ és a címzett ugyanaz, az információ abszolút specifikus és egyértelmû, a távolság gyakorlatilag nulla, és a hordozó a sejt közvetlen környezete.

A kommunikáció következõ formája a neurokrin jelátvitel. Mint a nevébõl is kitûnik, ez elsõsorban az idegsejtekre jellemzõ, legalábbis a küldõ sejt idegsejt (a fogadósejt azonban lehet harántcsíkolt- vagy simaizomsejt, esetleg valamilyen mirigy is). Jellemzõje, hogy a kiürített átvivõanyag (mediátor, transzmitter) egy szûk, viszonylag jól körülhatárolt térben, a szinaptikus résben jut el a fogadósejthez, ritkábban esetleg sejtekhez. A távolság igen kicsi, 5–10 nanométer (kb. 10–8 m), a fogadósejt jól meghatározott, kisszámú, az üzenet pontosan célzott és specifikus. Rossz analógiával azt mondhatjuk, az egymásnak kézbõl kézbe továbbított levelek módszere ez. A szinapszis, a neurokrin kommunikáció viszonylag (bár nem teljesen) zárt tere mindennek megfelelõ szerkezeti keretet ad. Mivel a távolság kicsi, és az üzenet specifikus, gondoskodni kell arról, hogy az átvivõanyag addig, és csak addig legyen jelen, amíg az üzenet érvényes. Erre valók a fogadó sejt hártyájában lévõ bontóenzimek (acetilkolin esetén például a kolineszteráz enzim), illetve gyakran a kibocsátó sejt veszi vissza a feleslegessé vált anyagot (pl. a noradrenalint). A neurokrin átvitel további jellemzõje, hogy a kibocsátás adagokban (kvantumokban) történik, és a hatás is ennek függvényében lépcsõzetesen alakul ki. Az idegsejtek által kibocsátott anyagok egy része azonban nem transzmitter vagy mediátor, folyamatokat sem nem indít, sem nem állít meg, mint ahogy azt az elõbbiekrõl gondoljuk. Az ilyen molekulák gyakran klasszikus átvivõanyagokkal együtt, azonos szinapszisban ürülnek, és inkább csak módosítják a célsejtek mûködését. Az ilyen típusú molekulákat hívják neuro-modulátoroknak. Ezek zöme peptid természetû, és számuk sokkal nagyobb, mint a szigorúan vett mediátoroké.

A sorban ezután a parakrin átvitel következik. A „para-” elõtag jelentése: mellett,közelében,mentén, és arra utal, hogy a kibocsátott hírvivõ anyag a forrás közelében, de azért már nagyobb körzetben terjed szét. A távolság tehát néhány mikrométer, sõt akár milliméter is lehet, de itt már nem minden sejt fogja fel az üzenetet, csak azok, amelyeknek az adott molekulára vonatkozó jelfogója, receptora van. Az üzenet nem is nagyon specifikus, az egyes sejttípusok számára más és más lehet, de azért általában ugyanarra a célmûködésre, helyi aktivitásra vonatkozik. A parakrin átvitel tehát még helyi és valamelyest célzott és speciális, de már nem szigorúan és nem kizárólagosan. Fõ funkciója az adott szervben lévõ többféle mûködés összehangolása (mind idõben, mind pedig térben). Az elõbbi analógiát folytatva, ez a mód a házi hirdetõtáblára kirakott, a lakókat egy adott érdemi ügyrõl tájékoztató hirdetménynek felel meg. Jellemzõ típusa a gyomorfalban felszabaduló hisztamin hatása, amely a simaizmok aktivitását, tehát a motilitást növeli, fokozza a savszekréciót, sõt az enzimürítést, és hatással van a helyi keringésre is. Mindez az adott gyomorterületre érvényes, de például a vékonybélre általában nem terjed át.

Mielõtt a legáltalánosabb kommunikációs módról is szót ejtenénk, térjünk ki röviden egy újonnan felismert formára. Ez a neurokrin és a parakrin átvitel elegye; hívhatnánk paraneurokrinnek is, de inkább tér-átvitelnek (volumen transzmisszió) hívják. Lényege az, hogy a kibocsátók idegsejtek ugyan, de több célsejt is van, esetenként igen sok is lehet és maga a küldõ nem határozza meg, mely egyéb sejtek kapják az üzenetet. A célobjektumok között nemcsak neuronok, hanem például gliasejtek is lehetnek, sõt egyéb sejttípusok is, ha a küldõ sejt perifériás idegvégzõdés. Ez utóbbi fordul elõ több vegetatív – szimpatikus és paraszimpatikus – idegvégzõdés esetében is, például a bélfalban vagy a szívben. Az agyi tér-átvitel (amely jelenleg még inkább csak erõs hipotézisnek mondható, bár már emlõsökben is vannak bizonyító erejû kísérletek) újfajta agymûködési modellek megalkotását teszi szükségessé és egyben lehetõvé. Az egyidejûleg nagyszámú sejtet ingerületbe hozó kémiai aktiváció, amely ráadásul viszonylag lassan is cseng le a specifikus eltávolító mechanizmusok hiányában, olyan funkciókért lehet felelõs, mint az alvás-ébrenléti ritmus és agyi szinkronizáció, az általános agykérgi aktiválás (arousal), vagy esetleg a hangulati állapotok változásai. Ugyancsak feltételezik, hogy egyes általános jellegû pszichés rendellenességek (pl. depresszió) mögött is állhat a tér-átvitel zavara. Valószínû továbbá az is, hogy a neurokrin átvitelnél már említett neuro-modulátorok egy része is inkább tér-átvitellel mûködik, ezen a módon egyszerre meglehetõsen sok célsejt mûködésének módosítására nyílik ugyanis mód. A rossz analógia még rosszabb folytatásaként ez a mód a metró kijáratánál osztogatott informáló levélnek felelhetne meg.

A kémiai kommunikáció legáltalánosabb formája az endokrin átvitel. Az „endo-” elõtag belsõt jelent, és a belsõ elválasztásra utal. E név alatt a hormontermelést és hormonális átvitelt értik. Ennek megkülönböztetõ sajátossága az, hogy a jelátvivõt a küldõ sejt a vérbe üríti, tehát az adott molekula a test bármely részébe eljuthat. Eszerint a megtett távolság akár méteres is lehet, a küldõ sejtnek semmiféle kontrollja nincs arra, hogy a küldött üzenet hova jut el, és kinek. Emellett maga az üzenet sem specifikus, azt csak a felfogó sejt saját rendszere dönti el, számára milyen információ érkezett, és az mire vonatkozik. A mellékvesevelõ által kibocsátott adrenalin pl. az erekben szûkítést indukál, a májban glikogénbontást és cukorfelszabadulást indít, a szövetek többségében viszont megakadályozza a cukorfelvételt és -felhasználást, és így tovább. Összefoglalva tehát, az endokrin kommunikáció távolra hat, sok és sokféle sejtnek szól, és nem specifikus. Funkciója a szervezet többféle szervének összehangolása, bizonyos viselkedési elemekhez szükséges változások egyidejû, és többnyire tartós biztosítása. Lassabb ugyan, mint a neurokrin átvitel, de sokkal általánosabb és tartósabb is a hatás. Az analógia szintjén ez, az összes állampolgárnak kiküldött, mondjuk az iparûzési adóról szóló levélnek felelhetne meg, vagy a rádióban elhangzó általános mozgósítási parancsnak. Az elõbbire másként reagál az, akinek hátraléka van, másként, aki rendesen befizette, és végképp másképp, akire nem vonatkozik. Az utóbbi esetben pedig egyesek katonaruhát öltenek és különbözõ körletekbe mennek, mások elõkészítik jármûveiket, vagy telefonközelbe helyezkednek, esetleg csak sírva fakadnak, hogy már megint itt a háború. Érdemes megemlíteni, hogy nem minden, a vérbe ürített anyag tekintendõ hormonnak. A fehérvérsejtek által kibocsátott immunmediátorok, noha a vérbe kerülnek, inkább parakrin átvivõnek tekintendõk, bár lehet hormonszerû hatásuk is. Ez arra is utal, hogy az egyes kategóriák nem választhatók el élesen egymástól.

Mint említettük már, a kibocsátás-felvétel módját nem határozza meg az anyag kémiai minõsége. Ehhez most hozzátehetjük azt is, hogy egy és ugyanazon anyag valamennyi ürítési módban szerepelhet, különösen vonatkozik ez a peptidekre (amelyeket manapság többnyire neuropeptideknek hívnak, mivel szinte valamennyi megtalálható a központi idegrendszerben). Oxitocint termelnek például az immunsejtek (ahol valószínûleg autokrin szerepe van), megtalálható a csecsemõmirigyben (ahol parakrin, esetleg tér-átvivõ jellegû), az agy több területén (neurokrin transzmitter), végül pedig a hipofízis-hipotalamusz rendszerben mint hormon szabadul fel. Hasonló példákat tízesével mondhatnánk. Találtak olyan eseteket is, amikor a hormonszerû vagy parakrin átvivõ nem jut be közvetlenül a központi idegrendszerbe (például mert méreténél fogva nem megy át a vér–agy gáton), de megfelelõ helyen (az úgynevezett organum vasculosumban, a negyedik agykamra alján található, dúsan erezett neuron-csoportban) megfelelõ receptorok felfogják õket, majd innen neurokrin úton (esetleg tér-átvitellel) továbbítódnak az agysejtek felé. A „szállító” neurokrin sejtek átvivõanyaga itt azonban ugyanaz, mint amely az agyig hozza az üzenetet. Ilyen mechanizmust írtak le az angiotenzin-II nevû hormon, illetve az Interleukin-1 nevû parakrin immunmediátor esetében. Mindezek alapján sejthetõ, hogy a kémiai jelátvitel mind a küldõ-, mind a fogadósejtek részérõl bonyolult szabályozási feladatot jelent, sõt néha maga az átvitel is komplikált. De ez már egy másik történet.


Természet Világa, 130. évf. 6. sz. 1999. június, 278–280. o.
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/ 


Vissza a tartalomjegyzékhez