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細胞シグナル伝達 どのようにして細胞たちはお互いにコミュニケーションし合うのか

 

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出典:Ask the Scientists
CELL SIGNALING: HOW YOUR CELLS TALK TO EACH OTHER

 

 

細胞は、無数のコミュニケーションを取っています。


細胞のコミュニケーションのことを、細胞シグナル伝達と言います。

 

これは、特定の分子と特定の受容体が結合する時に起こります。

 

細胞シグナル伝達は、主に3種類あり、それは細胞が自らを取り巻く内的環境と外的環境を感知し、反応し、適応するために必要な能力です。

 

そして、それは、あなたが健康を維持し続けるためには必要不可欠なコミュニケーションです。


今回の記事では、体内で起こる細胞コミュニケーションとその働きについて解説します。

 

 

 

@USANA - THE HEALTHIEST FAMILY ON EARTH

出典:Ask the Scientists

Cell Signaling: How Your Cells Talk To Each Other - Ask The Scientists

 

 

あなたの身体は、どの瞬間も、複雑な作業を成し遂げています。


体温を維持しているか、あるいは、熱いストーブから手を離しているかに関わらず、何兆個もの細胞機能するのに必要なすべての会話が行われ、身体の機能サポートしています。


この効果的効率的コミュニケーション形体は、セル・シグナリング細胞シグナル伝達と呼ばれるプロセスです。

 

 

これらのメッセージの送受信に必要なネットワークは、複雑です。


それは、細胞細胞を介してメッセージを送る分子群、つまり、シグナル伝達分子から成り立っています。


シグナル伝達分子は、最初のシグナル受信することのできる受容体レセプター)となる標的ターゲット)を探しています。


そして、最後に、メッセンジャー分子受容体相互作用は、細胞が最初のシグナルに応答するという最終的な細胞への影響を作り出します。

 

 

細胞シグナル伝達分子は、複数の形体で存在しています。


シグナル伝達は、細胞それ自身の内部で起こることもあります。


ほかのケースでは、細胞近くに存在する細胞や、かなり離れた場所に存在する細胞に、メッセージ送信することがあります。

 


これらのシグナル伝達は、以下のように分類されます。

  • 化学的化合物(例:栄養素や毒素)
  • 電気的インパルス(例:神経に沿って電気信号を誘導する神経伝達物質)
  • 機械的刺激(例:胃が伸びて満腹感があることを伝える)

 

 

化学的シグナル伝達

 

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化学的シグナル伝達には、4つの一般的な方法があります。


それらは、各シグナル送信する細胞受信する細胞移動する距離によって分類されています。

 

 

1、自己分泌型シグナル伝達


細胞自分自身シグナル送るとき、細胞は自己分泌シグナル伝達を行います。

 


自己分泌シグナル伝達において、細胞は細胞外膜表面に存在する受容体結合する化学的シグナル放出します。


この方法は奇妙に思えるかもしれませんが、自己分泌シグナル伝達重要です。


それは、細胞完全性維持し、正しく分裂するのを助けます。

 


これは、シグナル伝達発生中には極めて重要であり、細胞がみずからの自己同一性強化するのに役立ちます。

 

 

2、パラクリン型シグナル伝達

 

パラとは、短い距離近くの、という意味です。

これは、2個細胞細胞における短い距離で発生します。

このコミュニケーション方法は、隣の細胞との細胞運動細胞活動調整することを可能にします。

 


これはたとえば、シナプス・シグナリングシナプス型シグナル伝達と呼ばれるものです。


シグナル伝達2個ニューロンの間の小さな間隙かんげき/gap)を越えて発生します。

 

これが、シナプス型シグナル伝達です。

 


この間隙は、シナプス間隙とも呼ばれます。


または、神経伝達物質と呼ぶこともできます。

 


それらは、中枢神経系が一緒に働くのをサポートするために、ニューロンからニューロンへとメッセージを送ります。
 

 

3、内分泌型シグナル伝達

 

長距離にわたってメッセージ送信するために、細胞は内分泌型シグナル伝達という方法を使用します。

 

内分泌シグナルは、血流通過して標的組織細胞に到達します。

 

体の一部から発生し、血流を通って標的に到達するシグナルは、ホルモンと呼ばれます。

 

成長ホルモンGH)はその好例です。

 

下垂体は、細胞軟骨骨の成長を刺激するこのホルモンを放出します。

 

この内分泌シグナル伝達の例では、GH下垂体を離れ、血流を通って体中の細胞へと移動します。

 

それから、ホルモンは、あなたの軟骨細胞が分裂するように指示します、そしてあなたがより高くそしてより強く成長するのを助けます。

 

 

4、接触型シグナル伝達

 

ギャップ結合隣接する細胞をつなぐ小さなチャネル )は、植物動物に見られます。

 

これらのギャップ結合部水分で満たされており、小さなシグナル伝達分子チャネル横切って移動することを可能にします。

 

これは接触型細胞シグナル伝達です。

 

それは、1つの細胞のみが受信したシグナルを、細胞の集まり全体応答することを可能にします。

 

 

電気的シグナル伝達と機械的シグナル伝達 

 

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化学的シグナル伝達は、あなたの身体にとって唯一のコミュニケーション手段ではありません。

 

多くの細胞は電気的シグナル伝達、または、機械的シグナル伝達にも反応します。

 

よく知られているこの2つのシグナル伝達は、たとえば、


電気的シグナル伝達 
例:心臓の鼓動を調節する


機械的シグナル伝達 
例:運動後の筋肉の成長を知らせる


といった反応になります。

 

 

電気的シグナル伝達

 

心臓4つの部屋で構成されています。


右上の部屋は右心房、右下の部屋は右心室、左上の部屋は心房、左下の部屋は左心室になります。

 

 

2つは血液を供給し、他の2つは体の他の部分血液を送ります。

 

血液送る仕事分割しているということは、心臓一度にすべての脈を打っているわけではないということになります。

 

それは上腕二頭筋を曲げるように働くものではありません。

 

心臓は、海の向こうへと広がるように拍動します。

 

この非常に明確化された鼓動パターンは、電気的シグナル伝達によって開始され、同期されます。

 

 

機械的シグナル伝達

 

❶ 筋細胞

 

筋細胞機械的シグナル伝達は、物理的なものへと形状を変えると考えられており、筋細胞成長強度増加につながります。

 

筋細胞伸張したり、または、変形したり損傷を受けたりすると、カルシウムイオン筋細胞に溢れ出します。

 

このカルシウムイオンの流れが媒介となって、機械的シグナル伝達化学的シグナル伝達に変更します。

 

カルシウムイオンの存在は、筋肉の成長に関係するホルモンを含む、筋肉内側のいくつかの細胞シグナル伝達経路シグナル送信します。

 

 

❷ 触覚、聴覚

 

触覚聴覚という2つの感覚もまた、機械的シグナル伝達の例として挙げられます。

 

皮膚感覚細胞は、接触した時に掛かる圧力反応します。

 

そして、内耳脳内感覚細胞が、音波の動き反応します。

 

参考記事:LAYER BY LAYER: UNDERSTANDING YOUR SKIN’S STRUCTURE

 

 

シグナル伝達の目的

 

化学的電気的機械的にかかわらず、これらのプロセスは同じような目的共有しています。

 

人体は、内外を問わず、環境感知し、反応し、そして、適応するために、多くのメカニズム発達させました。

 

そして、シグナル伝達は、今もあなたの体内で絶えず行われているのです。

 

 

細胞はシグナルをどのように認識して応答するか

 

受容体、または、レセプターと呼ばれる大きなタンパク質は、細胞がそれらに送られるシグナルを認識するのをサポートします。

 

受容体(レセプター)は、細胞内側外側の両方に配置することも、細胞膜固定することもできます。

 

 

シグナル伝達は、特定の分子細胞内外配置された固有受容体結合すると起こります。

 

ご存じのとおり、これは非常に特殊なプロセスです。

 

たとえば、を掛けたり解除したりする場合、どのようにロック施錠)したり、どのように機能するか、ということと同じプロセスだと思ってください。

 

 

受容体には、細胞内受容体細胞表面受容体2種類があります。

 

受容体配置された場所重要です。

 

そのため、その受容体細胞内側に配置されているのか、それとも細胞表面に配置されているのか、これらの名称から推測することができます。

 

 

細胞内受容体は、細胞の内側に位置しています。

 

この種の受容体到達して応答を引き出すには、シグナル分子細胞膜細孔通過する必要があります。

 

 

細胞表面受容体は、シグナル伝達到達しやすい受容体です。

 

これらの受容体タンパク質は、細胞膜に埋め込まれています。

 

そして、細胞外側シグナル分子結合しますが、最終的にはメッセージ内部的中継して伝えます。

 

 

シグナル細胞内側受信されるか、または、外側受信されるかは、問題ではありません。

 

シグナル分子正しい受容体タンパク質適切結合すると、細胞内細胞内シグナル伝達が開始されます。

 

 

これらの細胞内シグナル伝達経路は、メッセージを増幅し、あらゆる結合受容体に向けて複数の細胞内シグナル伝達生成します。

 

増幅されたシグナルは、その後、細胞全体に伝播して、反応誘発します。

 

これは一度に1つだけ起こるわけではありません。

 

細胞は、一度複数シグナル受信して応答します。

 

 

健康維持における細胞シグナル伝達の役割

 

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細胞シグナル伝達目的は、身体の内部、または、身体の外部環境応答し、それに適応することです。

 

それらは身体の調整サポートする役割がありますので、細胞シグナル伝達経路適切機能することは、健康維持健康促進には必要不可欠なものです。

 

つまり、細胞内シグナル伝達経路がうまく機能することによって、身体スムーズに動くようになります。

 

 

そして、身体内側の環境外側の環境は、あなたの細胞影響を与える可能性があります。

 

なぜなら、(科学的に捉えるならば)、あなたの細胞は、実は化学反応単なる入れ物だからです。

 

細胞は、反応をより良いものにするために、特定の条件必要とします。

 

 

この場合の特定の条件とは、適切な温度pH(訳注:水素イオン指数、または、酸アルカリ濃度)、そして、エネルギー状態を含みます。

 

細胞は、これらの条件感知する必要があります。

 

これら3つの要素許容範囲非常に狭いものです。

 

にもかからず、これら3つの要素のいずれかが、その許容範囲を超えて変化してしまった場合、その生化学はすべて停止します。

 

そうなってしまうのは、深刻な問題が発生する可能性があるときです。

 

 

たとえば、人間通常体温は、37°C(98.6°F)です。

 

それが、わずか、+/- 3°C(+/- 5°F)の変動が起こると、生命を脅かす可能性があります。

 

低体温は、35°C(95°F)と設定することができます。

 

脱水極度の熱への暴露、または、発熱のために、身体の体温がわずか40°C(104°F)まで上昇してしまった場合は、同様に生命が脅かされる状況になります。

 

 

あなたの身体pHも、同様に厳しく制御されています。

 

通常pHは、7.4です。

 

それが6.8を下回るか、または、7.8を超えると、取り返しのつかない、回復不可能な細胞損傷が起こります。

 

 

あなたは身体を動かすために膨大な量のエネルギーを必要とします。

 

だからこそ、エネルギー調整することが重要です。

 

既に申し上げた温度pHの例と同じように、あなたの身体エネルギーバランスをしっかりと調整しています。

 

細胞シグナル伝達経路を通して、細胞は必要に応じてエネルギー産生上下させる能力を持っています。

 

(これらの細胞シグナル伝達経路一部は、直接、内因性抗酸化物質であるグルタチオン関連しています。)


参考記事(英語版):GLUTATHIONE – THE AMAZING DETOXIFICATION MOLECULE YOU MIGHT NOT KNOW 

参考記事(日本語版):グルタチオン あなたの知らない驚くべき解毒分子 - True Health Journal

 

 

エネルギー収支は非常に厳しく制御されていますが、正常範囲から外れてしまうと、細胞機能は著しく低下してしまいます。

 

 

細胞メンテナンスに役立つシグナル伝達のもう1つのは、解毒作用です。

参考記事:YOUR DETOX ORGANS NEED DIETARY FIBER

 

 

たとえば、自分でも気づかないうちに食事環境を通して、あるいは、直接アルコール医薬品の摂取を通して、私たち人間は常に毒素に曝されていると言えます。

 

広範囲に渡るシグナル伝達ネットワークを介して、細胞は、いつ毒素に曝されたのか感知することができます。

 

 

毒素の存在認識することによって、それに対処するプロセス開始します。

 

それは適切細胞シグナル伝達経路効率化するようアップレギュレートさせることから始まります。

 

これは最終的にあなたの解毒メカニズム強化するでしょう。

 

 

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DNAにはさまざまな暗号が組み込まれています。

 

もしも人体がDNAに文字通り組み込まれた固有のメカニズムを持っていなかったならば、毎日、身体は毒素に暴露され、課題を抱えることになるでしょう。

 

参考記事(英語版):LIVER DETOXIFICATION PATHWAYS 
参考記事(日本語版):
肝臓の解毒とグルタチオンの増加に関する臨床研究 ヘパシルDTX 

 

 

pH温度エネルギー状態、そして、毒素曝露の変化を絶えず検知し、適応し、修復するための身体の能力は、健康全般にとって欠かせないものです。

 

そして、それらを担当しているのが、細胞シグナル伝達なのです。

 

これはまさに感謝に値することだと言えるでしょう。

 

 

鍵となる主要な栄養素が細胞シグナル伝達に与える影響

 

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特定の出来事が適切な細胞シグナル伝達悪影響を及ぼす可能性があります。

 

これらには、不健康な食事運動不足環境要因毒素に曝されること、そして、通常の老化のプロセスが含まれます。

 

しかし、最近の研究によると、健康的なライフスタイル一環として、いくつかのビタミンミネラル植物栄養素を取り入れることで、細胞シグナル伝達経路サポートすることができる、ということが証明されています。

 

 

細胞は、効率的コミュニケーションを行うために、いくつかのビタミンミネラルを利用しています。

 

ビタミンDナトリウムカリウムマグネシウム、そして、他の多くの栄養素が、細胞シグナル伝達において重要な役割を果たしています。

 

あなたの身体は、適切細胞コミュニケーション取り続けるために、これらの重要な鍵となる栄養素健康的なバランス維持する必要があります。

 

 

ビタミンミネラルの中には、細胞内シグナル伝達に直接関係しているものさえあります。

 

それらは細胞シグナル伝達開始するか、または、シグナル伝達中間体として作用することができます。

 

(訳注:シグナル伝達中間体(the signaling intermediates)とは、シグナル伝達開始してから完了するまでの途中のプロセスにおいて、ある分子実体として存在する素反応生成物を意味します。)

 

ビタミンミネラルはまた、細胞シグナル伝達が「スイッチ・オン」になって活性化した後で、受容体適切機能するよう、あるいは、酵素適切機能するよう、これらの機能サポートするためにしばしば必要とされます。

 

 

最近の研究はまた、植物由来特定の栄養素植物性栄養素)も細胞シグナル伝達直接的有益な効果を及ぼすことを証明しています。

 

参考記事(英語版):HEALTH BENEFITS OF NUTRITIONAL SUPPLEMENTS

 

 

細胞シグナル伝達に直接働きかける栄養素の例

 

・エピカテキン

チョコレートブドウ種子に含まれるエピカテキンは、心臓血管系健康サポートすることが証明されています。

参考記事(英語版):
GRAPE SEED EXTRACT
GRAPE POLYPHENOLS MAY SUPPORT A HEALTHY HEART

 


・スルフォラファン、EGCG

ブロッコリー緑茶に含まれるスルフォラファンECGCは、解毒経路有効にすることが証明されています。

参考記事(英語版):GREEN TEA EXTRACT

 


・リポ酸

ホウレンソウ他の野菜に含まれるリポ酸は、解毒作用を助けますが、健康的な体重の維持にも役立ちます。

参考記事(英語版):ALPHA LIPOIC ACID

 


・クルクミン(ウコン濃縮物)

ウコンの根に見られるクルクミンは、バランスのとれた健康的免疫システム維持するのに役立つことが証明されています。

参考記事(英語版):
TURMERIC EXTRACT (CURCUMIN)

THE IMMUNE SYSTEM: YOUR BODY’S GUARDS

 

 

細胞シグナル伝達に働きかけるその他の栄養素の例


タンパク質が豊富で健康的な脂質を多く含む食事を食べることは、身体細胞シグナル伝達経路に役立ちます。

 

それは、オメガ3脂肪酸他の健康的な脂質細胞の形体維持するために必要だからです。

 

参考記事:OMEGA-3 FATTY ACIDS (FISH OIL)
 

 

細胞を包み込んでいるは、主にリン脂質と呼ばれる脂質で出来ています。

 

これらは、流動性を保ち、変形したり隆起しないようにします。

 

リン脂質はまた、細胞膜通過する分子自由な流れ促進し、最終的に細胞コミュニケーションサポートします。

 

 

細胞を損傷から守るために

 

栄養を通じて健康的細胞コミュニケーション維持するために、あなたが最後にできることは、細胞損傷するのを防ぐための食物を食べることです。

 

フリーラジカルや他の危険な形の酸化物質は、健康な細胞侵食し、DNAシグナル伝達分子タンパク質ダメージを与えます。

 

そして、いったん損傷すると、それらは今までどおりに働くことはできなくなります。

 

なので、抗酸化物質摂取することによって、細胞をそのようなダメージから保護することが重要になります。

 

参考記事:
抗酸化物質とフリーラジカル - True Health Journal

 

 

会話を続ける 細胞シグナル伝達の4つのプロセス

 

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細胞シグナル伝達は、たくさんの会話をしています。

 

それは、あなたの細胞が、細胞自身や、その隣にある細胞、または、遠く離れた他の細胞話すことができる複雑なプロセスです。

 

しかし、細胞シグナル伝達は、以下の4つに分割されます。 

 

 

 細胞シグナル伝達の4つのプロセス

 

  • 細胞は、さまざまなシグナル伝達方法化合物機械的刺激電気的刺激)を通じてシグナル受信します。

  • シグナル伝達分子は、細胞の表面、または、細胞内のいずれかで適切な受容体結合します。

  • これは、細胞シグナルを取り込み、細胞内でそれを増幅する、一連の現象トリガー引き金)になります。

  • 最終的には、明らかに送信されたシグナル依存するという、ある種の細胞帰結(a cellular consequence)の結果となります。

 

 

それがどのように機能するかという細部においても、このプロセスの重要性失われることはありません

 

細胞同士の間で行われるコミュニケーションのすべては、それらが細胞内部環境外部環境適応することを可能にします。

 

細胞シグナル伝達は、環境感知し、反応し、適応する能力です。

 

そしてそれは、あなたが健康維持し続けるために必要不可欠です。

 

 

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今回の記事を通して、細胞シグナル伝達がどのように発生し、それがいかに重要であるかについて、少しでもご理解いただければ幸いです。

 

 

今すぐ、細胞同士会話をし続けるよう、サポートすることができます。

 

それはつまり、健康的な生活習慣を持つことに加えて、

ビタミンミネラル植物栄養素抗酸化物質タンパク質、そして、健康的な脂質を含めた、栄養豊富な食事摂取することです。

 

そして、それにより、あなたの細胞保護し、サポートすることができるのです。

 

 

出典:Ask the Scientists

Cell Signaling: How Your Cells Talk To Each Other - Ask The Scientists

askthescientists.com

 

※読みやすい日本語文にするために、科学記事の翻訳に際して許容範囲内で加筆または付記させていただいた箇所があります。より正確な情報については原文を優先します。原文につきましては上記の英文記事をご覧ください。

 

 

参考記事:

Berridge MJ. Unlocking the secrets of cell signaling. Annu Rev Physiol. 2005;67:1-21.

“Cell Signaling.” Nature News, Nature Publishing Group, 2014, www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077. Accessed 19 Sept. 2017.

Cooper, Geoffrey M. “Signaling Molecules and Their Receptors.” The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition., U.S. National Library of Medicine, 1 Jan. 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9924/.

Ermak G, Davies KJ. Calcium and oxidative stress: from cell signaling to cell death. Mol Immunol. 2002;38(10):713-21.

Eveleth, Rose. “There are 37.2 Trillion Cells in Your Body.” Smithsonian.com, Smithsonian Institution, 24 Oct. 2013, www.smithsonianmag.com/smart-news/there-are-372-trillion-cells-in-your-body-4941473/. Accessed 20 Sept. 2017.

“Introduction to cell signaling (Article).” Khan Academy, https://khanacademy.org/science/biology/cell-signaling/mechanisms-of-cell-signaling/a/introduction-to-cell-signaling. Accessed 24 Sept. 2017.

Martin GS. Cell signaling and cancer. Cancer Cell. 2003;4(3):167-74.

Mattson MP. Hormesis and disease resistance: activation of cellular stress response pathways. Hum Exp Toxicol. 2008;27(2):155-62.

Von essen MR, Kongsbak M, Schjerling P, Olgaard K, Odum N, Geisler C. Vitamin D controls T cell antigen receptor signaling and activation of human T cells. Nat Immunol. 2010;11(4):344-9.

 

 

 

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