Vì sao cùng một tín hiệu nhưng có thể gây nên những đáp ứng khác nhau?

Vì trong sinh học tín hiệu (cell signaling), “cùng một tín hiệu” (ví dụ một hormone, một chất trung gian hóa học hay một ligand) vẫn có thể gây ra các đáp ứng khác nhau tùy vào bối cảnh tế bào và cơ chế truyền tin nội bào. Cụ thể, có những nguyên nhân sau: 1. Đặc hiệu của thụ thể (receptor specificity) - Mỗi loại tế bào biểu lộ (express) kiểu thụ thể khác nhau về cấu trúc và phân bố. - Cùng một ligand có thể gắn vào nhiều isoform receptor, mỗi isoform kích hoạt con đường truyền tín hiệu riêng. 2. Hệ thống truyền tin nội bào (signal transduction cascades) - Sau khi ligand gắn receptor, tùy receptor đó liên kết với G-protein, tyrosine kinase, kênh ion hay các adaptor protein khác nhau. - Mỗi đường dẫn (pathway) sử dụng các protein trung gian, kinase/phosphatase khác nhau nên cho ra kết quả cuối cùng khác nhau (thay đổi biểu hiện gen, vận chuyển ion, hoạt động enzym…). 3. Mật độ và trạng thái của phân tử trung gian - Nồng độ các protein truyền tin (G-protein, second messenger như cAMP, Ca2+, DAG, IP3…) khác nhau giữa tế bào, dẫn đến cường độ và thời gian đáp ứng khác nhau. - Tế bào có thể đang “nhạy” (sensitized) hay “kháng” (desensitized) với tín hiệu nếu đã bị kích thích liên tục trước đó. 4. Ngưỡng kích hoạt và thời gian tiếp xúc - Nồng độ ligand quá thấp hoặc quá cao, hoặc thời gian tiếp xúc ngắn – dài khác nhau, sẽ kích hoạt các ngưỡng tín hiệu khác nhau (low-affinity vs. high-affinity receptor; feedback âm/dương). 5. Tương tác chéo giữa các con đường (pathway crosstalk) - Các con đường truyền tin không hoạt động độc lập mà liên tục “nói chuyện” với nhau. Ví dụ tín hiệu từ receptor A có thể ức chế hoặc khuếch đại tín hiệu từ receptor B. 6. Bối cảnh sinh lý và trạng thái tế bào - Tế bào đang phân chia, đang phân hóa, hay đã già cỗi; môi trường dinh dưỡng, hormon khác đang có mặt… đều ảnh hưởng đến cách tế bào “giải mã” tín hiệu. Ví dụ minh họa - Acetylcholine: trên tế bào cơ tim → mở kênh K+, làm giảm nhịp tim; trên tế bào cơ vân → khử cực mà gây co cơ. - Adrenaline: ở gan → kích hoạt phân hủy glycogen; ở mạch máu da → co mạch làm giảm tưới máu; ở mô mỡ → kích hoạt lipolysis. Tóm lại, chính tính đa dạng của receptor, của con đường truyền tín hiệu nội bào cùng với ngưỡng kích hoạt và trạng thái tế bào quyết định tại sao “cùng một tín hiệu” lại gây nên những đáp ứng rất khác nhau.