Madhusudan Natarajan, Keng-Mean Lin, Robert C. Hsueh, Paul C. Sternweis & Rama Ranganathan
A global analysis of cross-talk
in a mammalian cellular signalling network
Nature Cell Biology,
(14 May 2006); doi:10.1038/ncb1418
Хотя клетки передают средовые сигналы через ограниченный набор канонических сигнальных путей, пути сами по себе активируются с помощью значительного набора лигандов. Комбинации этих лигандов могут генерировать огромное количество сигналов; напр., 20 разных лигандов могут в принципе вызвать свыше миллиона возможных уникальных ответных реакций. The Alliance for Cellular Signaling (AfCS) пытается изучить сложность этих ответов, анализируя уровень перекрестного общения (cross-talk) между 22 рецептор-специфичными лигандами в RAW 264.7 макрофагах. Это исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, выявило новые сигнальные петли (circuits) и предоставило информацию о контекст-зависимой передаче сигналов путем подсчетов уровня регуляторных взаимосвязей (cross-talk) в этой системе.
Ranganathan и др. отобрали репрезентативные лиганды разных сигнальных путей и измерили сигнальные параметры, такие как синтез цАМФ, фосфорилирование белков и внутриклеточную мобилизацию кальция, а также сигнальную реакцию, такую как секреция цитокинов. Чтобы тестировать надежность своего похода авт. сконструировали кластеры матриц (clustered matrix), представляющие входные и выходные реакции (input and output responses) для всех 22 одиночных лигандов. Такая матрица одиночного лиганда в основном согласуется с опубликованными сигнальными механизмами.
Собраны сходные матрицы для всех 231 парных комбинаций лигандов. Там, гед не происходит cross-talk, то ожидаемые выходные реакции на два лиганда будут просто аддитивными. Более высокая выходная реакция д. указывать на наличие cross-talk и синергичность, возможно посредством прямого взаимодействия или механизмов петли обратной связи. Этот скрининг выдал предсказуемые случаи синергичной передачи сигналов, а также некоторые новые взаимодействия. Напр., комбинации Ca2+-мобилизирующие и цАМФ-индуцирующие лиганды приводят к синергичному увеличению цАМФ в сочетании с синергичным ингибированием мобилизации Ca2+. Клетки, обработанные ionomycin, чтобы повысить уровни Ca2+, или EGTA, чтобы chelate внутриклеточный кальций, выявили, что мобилизация только Ca2+ недостаточна для подержания синергичной передачи сигналов. Лигандом обусловленная продукция цАМФ специфически позитивно регулируется с помощью рецепторами обусловленной мобилизации кальция, что представляет собой новый Ca2+-cAMP сигнальный circuit.
Все лиганды, обладающие не-аддитивными синергичными активирующими или ингибирующими реакциями в разных парных комбинациях, с большинством ответов на пары лигандов попадало в относительно небольшое количество кластеров, возможно представляющих собой пути конвергенции. Напр., скрининг показал, что передача сигналов Toll like receptor (TLR) модулируется с помощью цАМФ-зависимого процесса. Это согласуется с опубликованной информацией, что передача сигналов Gαs может ослаблять воспалительную реакцию, обусловленную активностью TLR.
Это исследование показало, как относительно небольшое число лигандов способно регулировать нижестоящие взаимодействия контекст-зависимым способом. Выявляющаяся базовая архитектура сигнальной сети для RAW 264.7 клеточной линии макрофагов, как может ожидать, сможет быть перенесена на сигнальный cross-talk в др. системах млекопитающих.