Communicatie tussen cellen

Door specialisatie van cellen met elk een specifieke functie is communicatie tussen cellen belangrijk om het hele organisme (plant, mens, dier) op een goede manier te laten functioneren. De darmen moeten laten weten dat er voedsel beschikbaar komt en cellen in het oog geven door hoe de buitenwereld eruit ziet. Om te kunnen communiceren maken cellen gebruik van boodschappermoleculen en receptoren die deze kunnen waarnemen.

Drie van de boodschappermoleculen zijn neurotransmitters in de hersenen, hormonen in het bloed en cytokinen geproduceerd door het afweersysteem.

Neurotransmitters

Tot het begin van de 20e eeuw dachten wetenschappers dat alle neuronen (hersencellen) uitsluitend communiceren via elektrische signalen. Dankzij het werk van de Spaanse neurobioloog Ramon y Cajal (1852-1934) weten we nu dat hersencellen chemische stofjes uitscheiden in een kleine ruimte tussen het einde van één cel, en het begin van een andere. Deze twee uiteindes plus de ruimte worden samen synaps genoemd. De hersencel die een bericht wil sturen bevat kleine blaasjes waarin de boodschappermoleculen, de neurotransmitters, opgeslagen liggen. Bij elektrische prikkeling van de cel, worden de neurotransmitters afgegeven. Daarna binden ze aan een receptor die op de ontvangende cel staat. Een receptor is een soort antenne die het uitgezonden signaal herkent en daarna de cel instructies geeft om de juiste actie te ondernemen. Zo’n actie is bijvoorbeeld het signaal doorgeven aan een andere cel, andere eiwitten te gaan produceren, of meer receptoren op de cel te zetten om zo sterker te gaan reageren op de volgende boodschap. Dit laatste is trouwens de basis van geheugenvorming.

De belangrijkste neurotransmitters zijn glutamaat en GABA. Dit zijn kleine moleculen die de activiteit van andere hersencellen stimuleren (glutamaat) of remmen (GABA). Zij spelen een rol bij alle processen in de hersenen. Zij doen dit echter niet alleen. Andere neurotransmitters hebben wat subtielere effecten op hersencellen, en kunnen daarmee de effecten van glutamaat of GABA versterken of verzwakken.

Bij stress spelen de neurotransmitters CRF en noradrenaline een belangrijke rol. CRF wordt aangemaakt in de hypothalamus en wordt opgeslagen in de zenuwuiteinden van de cellen waarin het geproduceerd wordt. Als een stressor zich aandient, dan wordt CRF vrijgegeven in de hersenstam en hypofyse om de stressreacties op gang te brengen. CRF wordt ook gemaakt in de amygdala, waar het betrokken is bij angst.

Noradrenaline wordt in een aantal kleine celgroepen gemaakt, en via zenuwuitlopers naar een groot deel van de hersenen getransporteerd. Daar wordt het tijdens stress afgegeven, waardoor je goed op gaat letten en je je kunt concentreren op de stressor.

Hormonen

Hormonen worden afgegeven door gespecialiseerde klieren, de endocriene klieren. Door het bloed bereiken ze het hele lichaam. Ze binden aan specifieke receptoren om hun doelcellen te instrueren. Sommige hormonen hebben een effect op meerdere plaatsen in het lichaam, en andere hebben een specifiek doelorgaan. Groeihormoon en insuline werken overal, en hun receptoren bevinden zich dan ook op heel veel cellen. Hormonen die maar één orgaan aansturen zijn bijvoorbeeld TSH (schilklier stimulerend hormoon), en LH en FSH (gonadotropinen). Zij werken op de schildklier en de geslachtsorganen.

Stresshormonen zijn adrenaline, noradrenaline, ACTH en cortisol. Adrenaline en noradrenaline zijn catecholamines en hebben effect op veel plaatsen in het lichaam. Ze worden geproduceerd in de bijnier. Ze zorgen ervoor dat je hart sneller gaat kloppen, je bloeddruk omhoog gaat, je ademhaling versneld wordt en je spieren zich spannen. Alles om je klaar te maken voor actie om de stressor aan te pakken. ACTH wordt door de hypofyse afgegeven en heeft als enig doelorgaan de bijnier, waar cortisol wordt aangemaakt. Cortisol heeft wijd verbreide effecten in het lichaam en ondersteunt de acties van de catecholamines, maakt suiker vrij uit de lever en de spieren, en herverdeelt energie in het lichaam naar de organen die dat nodig hebben om met de stressor om te kunnen gaan. Energie-vergende processen zoals groei, voortplanting en de afweer worden geremd door cortisol. Eerst wordt de stressor aangepakt, de rest komt later.

Cytokinen

Cytokinen zijn de boodschappermoleculen van het afweersysteem (immuunsysteem). Anders dan hormonen worden zij vaak door meerdere celtypen gemaakt en is hun concentratie in het bloed heel variabel. Cytokinen zijn belangrijk voor de gezondheid. Zij beïnvloeden welke afweerreacties op moeten treden, zij helpen infecties te bestrijden en sommige spelen een rol bij ontstekingen. Een aantal cytokinen geeft signalen af aan de hersenen, ook aan het deel van de hersenen dat bij stress een rol speelt. Daarmee remmen ze de stressreacties, zodat er minder cortisol vrijkomt dat de afweerreacties zou kunnen remmen. De interacties tussen stressreacties en het afweersysteem zijn echter complex, en zijn in meer detail hier beschreven.

Receptoren

Cellen moeten de boodschappermoleculen kunnen herkennen en erop kunnen reageren. Daarvoor hebben cellen receptoren, een soort antennes, die neurotransmitters, hormonen of cytokinen kunnen binden. Steroide hormonen zoals cortisol zijn vet-oplosbaar en kunnen daarom door de celmembraan de cel binnen gaan. Daar binden ze vervolgens aan een receptor. De receptor wordt hierdoor geactiveerd. Daardoor kan het binden aan het DNA in de celkern en schakelt bepaalde genen aan of uit. Andere boodschappermoleculen kunnen dit niet en binden daarom aan receptoren die op de celmembraan staan. De receptor activeert vervolgens andere boodschappermoleculen die binnen in de cel zitten. Deze tweede boodschappermoleculen (de neurotransmitters, hormonen en cytokinen zijn de eerste boodschappermoleculen) veranderen vervolgens de activiteit van de cel. Receptoren voor adrenaline, noradrenaline, ACTH en CRF werken volgens dit principe.