Molekul pemberi sinyal biasanya berikatan dengan protein reseptor yang tertanam dalam membran plasma sel target dan mengaktifkan satu atau lebih jalur sinyal intraseluler yang dimediasi oleh serangkaian protein pemberi sinyal. Akhirnya, satu atau lebih protein pemberi sinyal intraseluler mengubah aktivitas protein efektor dan perilaku sel. Ketika protein ini berikatan dengan molekul pemberi sinyal ekstraseluler (ligan), mereka menjadi aktif dan menghasilkan berbagai sinyal intraseluler yang mengubah perilaku sel.
Setiap jenis sel menampilkan serangkaian reseptor yang memungkinkannya merespons serangkaian molekul pemberi sinyal yang dihasilkan oleh sel lain. Reaksi berbeda dari sel terhadap konsentrasi berbeda dari molekul sinyal yang sama sangat penting dalam perkembangan hewan, karena sel menjadi berbeda satu sama lain. Meskipun sebagian besar molekul pemberi sinyal ekstraseluler bersifat hidrofilik dan berikatan dengan reseptor pada permukaan sel target, beberapa diantaranya cukup hidrofobik, cukup kecil, atau keduanya sehingga mudah melewati membran plasma sel target.
Namun, gas-gas ini bukan satu-satunya molekul pemberi sinyal yang dapat melewati membran plasma sel target secara langsung, seperti yang akan kita bahas di bawah. Berbagai molekul pemberi sinyal hidrofobik kecil berdifusi langsung melintasi membran plasma sel target dan berikatan dengan reseptor intraseluler, yang merupakan protein pengatur gen. Mediator intraseluler kecil bertindak dengan mengubah perilaku protein pemberi sinyal lain di dalam sel.
Beberapa respons sel terhadap molekul pemberi sinyal ekstraseluler diurutkan secara tepat sesuai dengan konsentrasi molekul pemberi sinyal. Dalam pensinyalan kimia, adaptasi memungkinkan sel merespons perubahan konsentrasi molekul pemberi sinyal ekstraseluler (bukan konsentrasi absolut sinyal) pada rentang konsentrasi sinyal yang sangat luas. Molekul pemberi sinyal lainnya tetap terikat pada permukaan sel pemberi sinyal dan memediasi sinyal yang bergantung pada kontak.
Beberapa molekul pemberi sinyal hidrofobik kecil, termasuk hormon steroid dan tiroid, berdifusi melintasi membran plasma sel target dan mengaktifkan protein reseptor intraseluler yang secara langsung mengatur transkripsi gen tertentu. Ketika molekul pemberi sinyal ekstraseluler berikatan dengan GPCR, reseptor mengalami perubahan konformasi yang memungkinkannya mengaktifkan protein pengikat GTP trimerik (protein G). Karena mediator ini bertindak sebagai efektor alosterik untuk mengaktifkan enzim atau saluran ion tertentu, satu molekul pemberi sinyal ekstraseluler dapat mengubah ribuan molekul protein di dalam sel target.
Reseptor yang teraktivasi dan protein pensinyalan yang terkait membentuk kompleks pensinyalan yang kemudian dapat mengirimkan sinyal melalui berbagai jalur pensinyalan. Sejumlah protein pemberi sinyal intraseluler dapat mengikat fosfotyrosin pada RTK yang diaktifkan (atau protein pengikat seperti IRS1).
Menghasilkan Situs Docking Lipid di Membran Plasma
Meskipun banyak jalur pensinyalan intraseluler mengarah dari reseptor permukaan sel ke nukleus di mana mereka mengubah transkripsi gen (lihat Gambar 66), namun terdapat jalur yang berbeda. Setelah membahas peran penting fosforilasi dan defosforilasi tirosin dalam jalur sinyal intraseluler yang diaktifkan oleh banyak reseptor terkait-enzim, sekarang kita beralih ke kelas reseptor terkait-enzim yang bergantung secara eksklusif pada fosforilasi serin/treonin. Reseptor serin/treonin kinase ini mengaktifkan jalur sinyal yang lebih langsung ke nukleus dibandingkan jalur JAK-STAT.
Semua jalur pensinyalan yang diaktifkan oleh GPCR dan reseptor berpasangan enzim yang telah kita bahas sejauh ini bergantung pada protein kinase spesifik serin/treonin, protein kinase spesifik tirosin, atau keduanya. Pada bagian selanjutnya, kita membahas reseptor permukaan sel yang mengaktifkan jalur sinyal yang bergantung pada proteolisis untuk mengatur aktivitas protein pengatur gen laten. Namun, ada jalur sinyal lain yang setidaknya sama pentingnya dalam mengendalikan proses perkembangan, namun mengirimkan sinyal dari reseptor permukaan sel ke bagian dalam sel dengan cara yang berbeda.
Pada bagian ini kita membahas empat jalur pensinyalan: jalur yang dimediasi oleh protein reseptor Notch, jalur yang diaktifkan oleh protein Wnt yang disekresikan, jalur yang diaktifkan oleh protein Hedgehog yang disekresikan, dan jalur yang mengaktifkan protein pengatur gen laten NFKB. Pemberian sinyal melalui protein reseptor Notch mungkin merupakan jalur pensinyalan yang paling umum digunakan dalam perkembangan hewan. Ia bertindak sebagai protein pengatur gen laten dan menyediakan jalur pensinyalan paling sederhana dan langsung yang diketahui dari reseptor permukaan sel ke nukleus.
Wnts dapat mengaktifkan setidaknya tiga jenis jalur sinyal intraseluler: (1) Jalur Wnt/β-catenin (juga dikenal sebagai jalur Wnt kanonik) berpusat pada protein pengatur gen laten β-catenin. Ketika diaktifkan oleh pengikatan Wnt, protein Frizzled merekrut protein scaffolding Disheveled, yang diperlukan untuk menyampaikan sinyal ke ketiga jalur pensinyalan. Beberapa jalur pensinyalan yang penting dalam perkembangan hewan bergantung pada proteolisis untuk mengontrol aktivitas dan lokasi protein pengatur gen laten.
Sebaliknya, pada jalur pensinyalan Wnt/β-catenin, proteolisis protein pengatur gen laten β-catenin dihambat ketika protein Wnt yang disekresikan berikatan dengan protein reseptor Frizzled dan LRP; akibatnya, β-catenin terakumulasi dalam nukleus dan mengaktifkan transkripsi gen target Wnt. Jalur pensinyalan setelah titik ini tidak jelas, tetapi hal ini menyebabkan penghambatan protein pengatur gen di dalam nukleus yang disebut Wuschel. Jalur pensinyalan intraseluler dari reseptor Clv1/Clv2 ke respons seluler sebagian besar tidak diketahui, tetapi melibatkan protein serin/treonin fosfatase yang menghambat pensinyalan.
Dengan demikian, jalur pensinyalan intraseluler yang diaktifkan oleh reseptor Clv1/Clv2 tampaknya merangsang diferensiasi sel dengan menghambat protein pengatur gen yang biasanya menghambat diferensiasi sel (Gambar 83B). Akibatnya, CTR1 dinonaktifkan, dan jalur sinyal hilir yang timbul darinya diblokir; protein EIN3 tidak lagi ada di mana-mana dan terdegradasi dan sekarang dapat mengaktifkan transkripsi sejumlah besar gen yang responsif terhadap etilen (Gambar 85).
