การส่งสัญญาณของเซลล์ ( cell signallingในภาษาอังกฤษแบบ บริติช ) คือกระบวนการทางชีววิทยาที่เซลล์มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเอง กับเซลล์อื่น ๆ และกับสิ่งแวดล้อม การส่งสัญญาณของเซลล์เป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบโดยทั่วไป กระบวนการส่งสัญญาณประกอบด้วยองค์ประกอบสามส่วน ได้แก่ ตัวส่งสารตัวแรก ( ligand ) ตัวรับและสัญญาณเอง^{[ 1 ]}

ในทางชีววิทยา สัญญาณส่วนใหญ่มีลักษณะทางเคมี แต่ก็อาจเป็นสัญญาณทางกายภาพได้เช่น กันเช่นความดัน แรงดันไฟฟ้าอุณหภูมิหรือแสง สัญญาณทางเคมีคือโมเลกุลที่มีความสามารถในการจับและกระตุ้นตัวรับเฉพาะ โมเลกุลเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าลิแกนด์ มีความหลากหลายทางเคมี รวมถึงไอออน (เช่น Na ⁺ , K ⁺และ Ca2 ⁺ ), ลิปิด (เช่น สเตียรอยด์, โปรสตาแกลนดิน), เปปไทด์ (เช่น อินซูลิน, ACTH), คาร์โบไฮเดรต, โปรตีนที่ถูกไกลโคซิเลต (โปรตีโอไกลแคน), กรดนิวคลีอิก เป็นต้น ลิแกนด์เปปไทด์และลิปิดมีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากฮอร์โมนส่วนใหญ่อยู่ในกลุ่มสารเคมีเหล่านี้ เปปไทด์มักเป็นโมเลกุลที่มีขั้วและชอบน้ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถแพร่ผ่านชั้นไขมันสองชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ การทำงานของมันจึงต้องอาศัยตัวรับที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ ในทางกลับกัน สารเคมีที่ละลายในไขมัน เช่น ฮอร์โมนสเตียรอยด์ สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังงาน และมีปฏิสัมพันธ์กับตัวรับภายในเซลล์

การส่งสัญญาณของเซลล์สามารถจำแนกได้เป็นแบบออโตครีนอินทราครีนจุกซ์ตาครีนพาราค รีน หรือเอนโดครีนการส่งสัญญาณแบบออโตครีนเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณเคมีออกฤทธิ์ต่อเซลล์เดียวกันกับที่ผลิตสารเคมีส่งสัญญาณนั้น^{[ 2 ]}การส่งสัญญาณแบบอินทราครีนเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณเคมีที่ผลิตโดยเซลล์หนึ่งออกฤทธิ์ต่อตัวรับที่อยู่ในไซโตพลาสซึมหรือนิวเคลียสของเซลล์เดียวกัน^{[ 3 ]}การส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีนเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกัน^{[ 4 ]}การส่งสัญญาณแบบพาราครีนเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงกัน การส่งสัญญาณแบบเอนโดครีนเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ที่อยู่ห่างไกลกัน โดยสัญญาณเคมี ( ฮอร์โมน ) มักถูกลำเลียงโดยกระแสเลือด^{[ 5 ]}

ตัวรับสัญญาณเป็นโปรตีนที่ซับซ้อนหรือกลุ่มโปรตีนที่ยึดติดกันอย่างแน่นหนา ตั้งอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์หรือภายในเซลล์ เช่น ในไซโตพลาซึมออร์แกเนลล์และนิวเคลียสตัวรับสัญญาณมีความสามารถในการตรวจจับสัญญาณได้โดยการจับกับสารเคมีจำเพาะ หรือโดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสารทางกายภาพ ความจำเพาะของปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างลิแกนด์กับตัวรับสัญญาณทำให้เกิดความสามารถในการกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ที่จำเพาะ ตัวรับสัญญาณสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ ตัวรับสัญญาณบนเยื่อหุ้มเซลล์และตัวรับสัญญาณภายในเซลล์

ตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์สามารถจำแนกเพิ่มเติมได้เป็นตัวรับที่เชื่อมโยงกับช่องไอออน ตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจี และตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์

• ตัวรับช่องไอออนเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ มีหน้าที่เป็นประตูที่ถูกกระตุ้นด้วยลิแกนด์ เมื่อตัวรับเหล่านี้ถูกกระตุ้น พวกมันอาจยอมให้หรือปิดกั้นการผ่านของไอออนเฉพาะบางชนิดผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวรับส่วนใหญ่ที่ถูกกระตุ้นด้วยสิ่งเร้าทางกายภาพ เช่น ความดันหรืออุณหภูมิ จัดอยู่ในประเภทนี้
• ตัวรับโปรตีนจีเป็นโปรตีนหลายหน่วยที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวรับเหล่านี้มีโดเมนภายนอกเซลล์ โดเมนที่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และโดเมน ภายใน เซลล์ โดเมนภายนอกเซลล์มีหน้าที่ในการจับกับลิแกนด์จำเพาะ ส่วนโดเมนภายในเซลล์มีหน้าที่ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาเคมีแบบต่อเนื่อง ซึ่งจะกระตุ้นการทำงานของเซลล์ตามที่ตัวรับควบคุมไว้ในที่สุด
• ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์เป็นโปรตีนที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมีโดเมนภายนอกเซลล์ที่ทำหน้าที่จับกับลิแกนด์จำเพาะ และโดเมนภายในเซลล์ที่มีฤทธิ์ทางเอนไซม์หรือเร่งปฏิกิริยา เมื่อถูกกระตุ้น ส่วนที่เป็นเอนไซม์จะทำหน้าที่ส่งเสริมปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ที่จำเพาะ

ตัวรับภายในเซลล์มีกลไกการทำงาน ที่แตกต่างออก ไป โดยปกติแล้วจะจับกับลิแกนด์ที่ละลายในไขมันซึ่งแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้เอง เช่น ฮอร์โมนสเตียรอยด์ ลิแกนด์เหล่านี้จะจับกับตัวขนส่งเฉพาะในไซโตพลาสซึม ซึ่งจะนำพาสารประกอบฮอร์โมน-ตัวขนส่งเข้าไปในนิวเคลียส ที่ซึ่งยีนเฉพาะจะถูกกระตุ้นและส่งเสริมการสังเคราะห์โปรตีนเฉพาะ

ส่วนประกอบที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณเริ่มต้นด้วยการถ่ายทอดสัญญาณในกระบวนการนี้ สัญญาณจะทำปฏิกิริยากับตัวรับ และเริ่มต้นเหตุการณ์ระดับโมเลกุลต่างๆ ภายในเซลล์ ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการส่งสัญญาณ โดยทั่วไป ผลลัพธ์สุดท้ายจะประกอบด้วยการกระตุ้นช่องไอออน ( ช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ ) หรือการเริ่มต้นของระบบตัวส่งสัญญาณรองที่ส่งสัญญาณไปทั่วเซลล์ ระบบตัวส่งสัญญาณรองสามารถขยายหรือปรับเปลี่ยนสัญญาณได้ โดยการกระตุ้นตัวรับเพียงไม่กี่ตัวจะส่งผลให้ตัวส่งสัญญาณรองหลายตัวถูกกระตุ้น ทำให้สัญญาณเริ่มต้น (ตัวส่งสัญญาณแรก) ถูกขยายให้แรงขึ้นผลกระทบที่ตามมาของเส้นทางการส่งสัญญาณเหล่านี้อาจรวมถึงกิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มเติม เช่นการแตกตัวของโปรตีนการ ฟอส ฟอริเลชัน การเมทิลเลชันและการยูบิควิตินิเลชัน

โมเลกุลส่งสัญญาณสามารถสังเคราะห์ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพต่างๆ และถูกปล่อยออกมาผ่านการขนส่งแบบพาสซีฟหรือ แอคทีฟ หรือแม้กระทั่งจากความ เสียหายของเซลล์

เซลล์แต่ละเซลล์ถูกตั้งโปรแกรมให้ตอบสนองต่อโมเลกุลสัญญาณภายนอก เซลล์ ที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งเป็นพื้นฐานของการพัฒนาการซ่อมแซมเนื้อเยื่อภูมิคุ้มกันและภาวะสมดุลของร่างกายความผิดพลาดในปฏิสัมพันธ์ของสัญญาณอาจทำให้เกิดโรคต่างๆ เช่นมะเร็ง โรคภูมิต้านตนเองและเบาหวาน

ในสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กหลาย ชนิดเช่นแบคทีเรียการรับรู้จำนวนประชากรช่วยให้แต่ละบุคคลสามารถเริ่มกิจกรรมได้ก็ต่อเมื่อประชากรมีขนาดใหญ่เพียงพอ การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์นี้ถูกสังเกตครั้งแรกในแบคทีเรียในทะเลAliivibrio fischeriซึ่งผลิตแสงเมื่อประชากรมีความหนาแน่นเพียงพอ^{[ 6 ]}กลไกนี้เกี่ยวข้องกับการผลิตและการตรวจจับโมเลกุลส่งสัญญาณ และการควบคุมการถอดรหัสยีนเพื่อตอบสนอง การรับรู้จำนวนประชากรทำงานในแบคทีเรียทั้งแกรมบวกและแกรมลบ และทั้งภายในและระหว่างสายพันธุ์^{[ 7 ]}

ในราเมือกเซลล์แต่ละเซลล์จะรวมตัวกันเพื่อสร้างโครงสร้างผลและในที่สุดก็กลายเป็นสปอร์ ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณทางเคมีที่เรียกว่าอะครา ซิน เซลล์จะเคลื่อนที่โดยเคโมแท็กซิส กล่าว คือ พวกมันถูกดึงดูดโดยความลาดชันทางเคมี บางชนิดใช้ไซคลิก AMPเป็นสัญญาณ ในขณะที่บางชนิด เช่นPolysphondylium violaceumใช้ไดเปปไทด์ที่เรียกว่ากลอริน^{[ 8 ]}

ในพืชและสัตว์ การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์เกิดขึ้นได้ทั้งโดยการปล่อยสารเข้าสู่ช่องว่างนอกเซลล์ซึ่งแบ่งออกเป็นการส่งสัญญาณแบบพาราครีน (ในระยะทางสั้นๆ) และการส่งสัญญาณแบบเอนโดครีน (ในระยะทางไกล) หรือโดยการสัมผัสโดยตรง ซึ่งเรียกว่าการส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีน เช่นการส่งสัญญาณแบบน็อตช์^{[ 9 ]}การส่งสัญญาณแบบออโตครีนเป็นกรณีพิเศษของการส่งสัญญาณแบบพาราครีน โดยที่เซลล์ที่หลั่งสารมีความสามารถในการตอบสนองต่อโมเลกุลส่งสัญญาณที่หลั่งออกมา^{[ 10 ]} การส่งสัญญาณ แบบไซแนปส์เป็นกรณีพิเศษของการส่งสัญญาณแบบพาราครีน (สำหรับไซแนปส์เคมี ) หรือการส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีน (สำหรับไซแนปส์ไฟฟ้า ) ระหว่างเซลล์ประสาทและเซลล์เป้าหมาย

สัญญาณเซลล์จำนวนมากถูกส่งผ่านโมเลกุลที่ถูกปล่อยออกมาจากเซลล์หนึ่งและเคลื่อนที่ไปสัมผัสกับเซลล์อื่น โมเลกุลส่งสัญญาณสามารถอยู่ในกลุ่มสารเคมีหลายประเภท ได้แก่ลิปิด ฟอ สโฟลิปิด กรดอะมิโน โมโนอะมีน โปรตีน ไกลโคโปรตีน หรือก๊าซโมเลกุลส่งสัญญาณที่จับกับตัวรับบนพื้นผิวโดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่และชอบน้ำ (เช่นTRHวาโซเพรสซินอะเซทิลโคลีน ) ในขณะที่โมเลกุลที่เข้าสู่เซลล์โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กและไม่ชอบน้ำ (เช่นกลูโคคอร์ติคอยด์ ฮอร์โมนไทรอยด์โคลีแคลซิเฟอรอลกรดเรติโนอิก ) แต่ก็มีข้อยกเว้นที่สำคัญมากมาย และโมเลกุลเดียวกันสามารถออกฤทธิ์ได้ทั้งผ่านตัวรับบนพื้นผิวหรือในลักษณะภายในเซลล์เพื่อให้เกิดผลที่แตกต่างกัน^{[ 10 ]}ในเซลล์สัตว์เซลล์ต่อมไร้ท่อ เฉพาะ จะปล่อยฮอร์โมนเหล่านี้และส่งผ่านระบบไหลเวียนโลหิตไปยังส่วนอื่นๆ ของร่างกาย จากนั้นฮอร์โมนเหล่านี้จะไปถึงเซลล์เป้าหมาย ซึ่งสามารถจดจำและตอบสนองต่อฮอร์โมนและก่อให้เกิดผลลัพธ์ สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการส่งสัญญาณทางต่อมไร้ท่อสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช หรือฮอร์โมนพืชเคลื่อนที่ผ่านเซลล์หรือแพร่กระจายผ่านอากาศในรูปของก๊าซเพื่อไปถึงเป้าหมาย^{[ 11 ]}ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ถูกผลิตขึ้นในปริมาณเล็กน้อยโดยเซลล์บางส่วนของร่างกายมนุษย์และมีหน้าที่ในการส่งสัญญาณทางชีวภาพหลายประการ ปัจจุบันมีก๊าซอื่นเพียงสองชนิดเท่านั้นที่ทราบว่าทำ หน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณในร่างกายมนุษย์ ได้แก่ไนตริกออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์^{[ 12 ]}

เอ็กโซไซโทซิสเป็นกระบวนการที่เซลล์ขนส่งโมเลกุลเช่นสารสื่อประสาทและโปรตีนออกจากเซลล์ เนื่องจากเป็น กลไก การขนส่งแบบแอคทีฟ เอ็กโซไซโทซิสจึงต้องใช้พลังงานในการขนส่งสาร เซลล์ทุกเซลล์ใช้เอ็กโซไซโทซิสและเอนโดไซโทซิสซึ่งเป็นกระบวนการที่นำสารเข้าสู่เซลล์ เนื่องจากสารเคมี ส่วนใหญ่ ที่สำคัญต่อเซลล์เป็น โมเลกุล ขั้วขนาด ใหญ่ ที่ไม่สามารถผ่าน ส่วนที่ ไม่ชอบน้ำของเยื่อหุ้มเซลล์ได้ด้วยการขนส่งแบบพาสซีฟ เอ็กโซไซโทซิสเป็นกระบวนการที่ปล่อยโมเลกุลจำนวนมากออกมา ดังนั้นจึงเป็นรูปแบบหนึ่งของการขนส่งแบบกลุ่ม เอ็กโซไซโทซิสเกิดขึ้นผ่านทางช่องทางหลั่งที่เยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ที่เรียกว่าพอโรโซมพอโรโซมเป็นโครงสร้างไลโปโปรตีนรูปถ้วยถาวรที่เยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ ซึ่งถุงหลั่งจะเชื่อมต่อและหลอมรวมกันชั่วคราวเพื่อปล่อยสารภายในถุงออกจากเซลล์^{[ 13 ]}

ในบริบทของการส่งสัญญาณประสาทสารสื่อประสาทมักจะถูกปล่อยออกมาจากถุงไซแนปส์เข้าไปในช่องว่างไซแนปส์ผ่านกระบวนการเอ็กโซไซโทซิส อย่างไรก็ตาม สารสื่อประสาทยังสามารถถูกปล่อยออกมาผ่านการขนส่งย้อนกลับโดยผ่านโปรตีนขนส่งของเยื่อหุ้มเซลล์ ได้อีก ด้วย^{[ 14 ]}

การส่งสัญญาณแบบออโตครีนเกี่ยวข้องกับเซลล์ที่หลั่งฮอร์โมนหรือสารสื่อสารทางเคมี (เรียกว่าตัวแทนออโตครีน) ที่จับกับตัวรับออโตครีนบนเซลล์เดียวกัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเซลล์นั้นเอง^{[ 15 ]}ซึ่งแตกต่างจากการส่งสัญญาณแบบพาราครีน การส่งสัญญาณแบบอินทราครีน หรือการส่งสัญญาณแบบเอนโดครีนแบบดั้งเดิม

ในการส่งสัญญาณภายในเซลล์ สารเคมีส่งสัญญาณจะถูกผลิตขึ้นภายในเซลล์และจับกับตัวรับไซโตโซลหรือนิวเคลียร์ภายในเซลล์ การส่งสัญญาณประเภทนี้ทำให้แตกต่างจากกลไกการส่งสัญญาณของเซลล์อื่นๆ เช่น การส่งสัญญาณแบบออโตครีน ในการส่งสัญญาณทั้งแบบออโตครีนและภายในเซลล์ สัญญาณจะมีผลต่อเซลล์ที่ผลิตสัญญาณนั้น^{[ 16 ]}

การส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีน (Juxtacrine signaling)เป็นรูปแบบหนึ่งของ การส่งสัญญาณระหว่าง เซลล์กับเซลล์ หรือเซลล์กับเมทริกซ์นอกเซลล์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ซึ่งต้องอาศัยการสัมผัสใกล้ชิด มีอยู่สามประเภท:

1. สาร ที่จับกับเยื่อหุ้มเซลล์( โปรตีนโอ ลิโกแซ็ กคาไรด์ลิปิด ) และโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ที่อยู่ติดกันสองเซลล์จะทำปฏิกิริยาต่อกัน
2. ช่องว่าง เชื่อมต่อ ระหว่าง เซลล์ (gap junction)ทำหน้าที่เชื่อมโยงช่องว่างภายในเซลล์ของเซลล์ที่อยู่ติดกันสองเซลล์ ทำให้โมเลกุลขนาดเล็กสามารถผ่านเข้าไปได้
3. ไกลโคโปรตีนในเมทริกซ์นอกเซลล์และโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์มีปฏิสัมพันธ์กัน

นอกจากนี้ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเช่นแบคทีเรียการส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีนหมายถึงการโต้ตอบผ่านการสัมผัสของเยื่อหุ้มเซลล์ มีการสังเกตการส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีนสำหรับปัจจัยการเจริญเติบโต บางชนิด สัญญาณ เซลล์ไซโตไคน์และเคโมไคน์ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันการส่งสัญญาณแบบจุกซ์ตาครีนผ่านการสัมผัสโดยตรงของเยื่อหุ้มเซลล์ยังเกิดขึ้นระหว่างตัวเซลล์ประสาทและกระบวนการเคลื่อนที่ของไมโครเกลียทั้งในระหว่างการพัฒนา^{[ 17 ]}และในสมองของผู้ใหญ่^{[ 18 ]}

ในการส่งสัญญาณแบบพาราครีนเซลล์จะสร้างสัญญาณเพื่อกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเซลล์ใกล้เคียง ส่งผลให้พฤติกรรมของเซลล์เหล่านั้นเปลี่ยนแปลงไป โมเลกุลส่งสัญญาณที่เรียกว่าปัจจัยพาราครีนจะแพร่กระจายในระยะทางค่อนข้างสั้น (การออกฤทธิ์เฉพาะที่) ซึ่งแตกต่างจากการส่งสัญญาณของเซลล์โดยปัจจัยเอนโดครีน ฮอร์โมน ซึ่งเดินทางในระยะทางที่ไกลกว่ามากผ่านระบบไหลเวียนโลหิตการปฏิสัมพันธ์แบบจุกซ์ตาครีน และการส่งสัญญาณแบบออโตครีน เซลล์ที่สร้างปัจจัยพาราครีนจะหลั่งปัจจัยเหล่านั้นออกสู่ สิ่งแวดล้อม ภายนอกเซลล์โดยตรง จากนั้นปัจจัยจะเดินทางไปยังเซลล์ใกล้เคียง ซึ่งความเข้มข้นของปัจจัยที่ได้รับจะเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ อย่างไรก็ตาม ระยะทางที่แน่นอนที่ปัจจัยพาราครีนสามารถเดินทางได้นั้นยังไม่เป็นที่แน่ชัด

สัญญาณพาราครีน เช่นกรดเรติโนอิกจะกำหนดเป้าหมายเฉพาะเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงกับเซลล์ที่ปล่อยสัญญาณเท่านั้น^{[ 19 ]}สารสื่อประสาทถือเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของสัญญาณพาราครีน

โมเลกุลส่งสัญญาณบางชนิดสามารถทำหน้าที่ได้ทั้งเป็นฮอร์โมนและสารสื่อประสาท ตัวอย่างเช่นเอพิเนฟรินและ นอร์ เอพิเนฟรินสามารถทำหน้าที่เป็นฮอร์โมนได้เมื่อถูกปล่อยออกมาจากต่อมหมวกไตและถูกลำเลียงไปยังหัวใจผ่านทางกระแสเลือด นอร์เอพิเนฟรินยังสามารถผลิตโดยเซลล์ประสาทเพื่อทำหน้าที่เป็นสารสื่อประสาทภายในสมองได้อีก ด้วย ^{[ 20 ]}เอสโตรเจนสามารถถูกปล่อยออกมาจากรังไข่และทำหน้าที่เป็นฮอร์โมนหรือออกฤทธิ์เฉพาะที่ผ่านการส่งสัญญาณแบบพาราครีนหรือออโตครีน^{[ 21 ]}

แม้ว่าการส่งสัญญาณแบบพาราครีนจะก่อให้เกิดการตอบสนองที่หลากหลายในเซลล์ที่ถูกเหนี่ยวนำ แต่ปัจจัยพาราครีนส่วนใหญ่ใช้ชุดตัวรับและเส้นทางที่ค่อนข้างเรียบง่าย ในความเป็นจริงอวัยวะ ต่างๆ ในร่างกาย แม้กระทั่งระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ ก็เป็นที่ทราบกันดีว่าใช้ชุดปัจจัยพาราครีนที่คล้ายคลึงกันในการพัฒนาที่แตกต่างกัน^{[ 22 ]}ตัว รับและเส้นทาง ที่มีการอนุรักษ์สูงสามารถจัดกลุ่มเป็นสี่ตระกูลหลักตามโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน ได้แก่ ตระกูลปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ (FGF) ตระกูลเฮดจ์ฮ็อก ตระกูล Wntและตระกูล TGF-βการจับกันของปัจจัยพาราครีนกับตัวรับที่เกี่ยวข้องจะเริ่มต้น ลำดับ การส่งสัญญาณทำให้เกิดการตอบสนองที่แตกต่างกัน

สัญญาณจากระบบ ต่อมไร้ท่อเรียกว่าฮอร์โมนฮอร์โมนผลิตโดยเซลล์ต่อมไร้ท่อและเดินทางผ่านทางเลือดไปยังทุกส่วนของร่างกาย ความจำเพาะของการส่งสัญญาณสามารถควบคุมได้หากเฉพาะบางเซลล์เท่านั้นที่สามารถตอบสนองต่อฮอร์โมนชนิดใดชนิดหนึ่งได้ การส่งสัญญาณจากระบบต่อมไร้ท่อเกี่ยวข้องกับการปล่อยฮอร์โมนจากต่อม ภายใน ของสิ่งมีชีวิตโดยตรงเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตเพื่อควบคุมอวัยวะเป้าหมายที่อยู่ห่างไกล ในสัตว์มีกระดูกสันหลังไฮโปทาลามัสเป็นศูนย์ควบคุมประสาทสำหรับระบบต่อมไร้ท่อทั้งหมด ในมนุษย์ต่อมไร้ท่อที่สำคัญคือต่อมไทรอยด์และต่อมหมวกไตการศึกษาเกี่ยวกับระบบต่อมไร้ท่อและความผิดปกติของระบบนี้เรียกว่าวิทยาต่อมไร้ท่อ

เซลล์รับข้อมูลจากเซลล์ข้างเคียงผ่านโปรตีนกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่าตัวรับ (receptors ) ตัวรับอาจจับกับโมเลกุลบางชนิด ( ligands ) หรืออาจมีปฏิสัมพันธ์กับปัจจัยทางกายภาพ เช่น แสง แรงกล อุณหภูมิ ความดัน เป็นต้น การรับสัญญาณเกิดขึ้นเมื่อเซลล์เป้าหมาย (เซลล์ใดๆ ที่มีโปรตีนตัวรับจำเพาะต่อโมเลกุลสัญญาณ) ตรวจจับสัญญาณ ซึ่งโดยปกติอยู่ในรูปของโมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายน้ำได้ ผ่านการจับกับโปรตีนตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ หรือเมื่ออยู่ภายในเซลล์แล้ว โมเลกุลสัญญาณสามารถจับกับตัวรับภายในเซลล์องค์ประกอบอื่นๆ หรือกระตุ้น การทำงาน ของเอนไซม์ (เช่น ก๊าซ) ดังเช่นในการส่งสัญญาณภายในเซลล์ (intracrine signaling)

โมเลกุลส่งสัญญาณจะโต้ตอบกับเซลล์เป้าหมายโดยทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ให้กับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์และ/หรือโดยการเข้าสู่เซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์หรือเอนโดไซโทซิสเพื่อการส่งสัญญาณภายในเซลล์ โดยทั่วไปแล้วจะส่งผลให้เกิดการกระตุ้นตัวส่งสัญญาณรองซึ่งนำไปสู่ผลกระทบทางสรีรวิทยาต่างๆ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด เซลล์ ตัวอ่อน ในระยะแรก จะแลกเปลี่ยนสัญญาณกับเซลล์ของมดลูก^{[ 23 ]}ในระบบทางเดินอาหารของ มนุษย์ แบคทีเรียจะแลกเปลี่ยนสัญญาณซึ่งกันและกันและกับเซลล์เยื่อบุผิวและระบบภูมิคุ้มกัน ของมนุษย์ ^{[ 24 ]}สำหรับยีสต์Saccharomyces cerevisiaeในระหว่างการผสมพันธุ์เซลล์บางเซลล์จะส่งสัญญาณเปปไทด์ ( ฟีโรโมน ปัจจัยการผสมพันธุ์ ) เข้าสู่สิ่งแวดล้อม เปปไทด์ปัจจัยการผสมพันธุ์อาจจับกับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ของเซลล์ยีสต์อื่นๆ และกระตุ้นให้เซลล์เหล่านั้นเตรียมพร้อมสำหรับการผสมพันธุ์^{[ 25 ]}

ตัวรับบนพื้นผิวเซลล์มีบทบาทสำคัญในระบบชีวภาพของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์ และการทำงานผิดปกติหรือความเสียหายของโปรตีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโรคมะเร็ง โรคหัวใจ และโรคหอบหืด^{[ 26 ]} ตัวรับ แบบทรานส์เมม เบรน เหล่านี้สามารถส่งข้อมูลจากภายนอกเซลล์ไปยังภายในได้ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่อลิแกนด์เฉพาะจับกับมัน มีสามประเภทหลัก ได้แก่ ตัวรับที่เชื่อมโยง กับช่องไอออนตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน Gและ ตัว รับ ที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์

ตัวรับที่เชื่อมโยงกับช่องไอออนเป็นกลุ่มของ โปรตีน ช่องไอออนแบบทรานส์เมมเบรน ซึ่งเปิดเพื่อให้ ^{ไอออน}เช่นNa ⁺ , K ⁺ , Ca2 ⁺และ/หรือCl−ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้เมื่อมีการจับกับสารสื่อสารทางเคมี (เช่นลิแกนด์ ) เช่นสารสื่อประสาท^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

เมื่อเซลล์ประสาทก่อนซิแนปส์ถูกกระตุ้น มันจะปล่อยสารสื่อประสาทจากถุงบรรจุสารสื่อประสาทเข้าไปในช่องว่างซิแนปส์จากนั้นสารสื่อประสาทจะจับกับตัวรับที่อยู่บนเซลล์ประสาทหลังซิแนปส์หากตัวรับเหล่านี้เป็นช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ (LICs) การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นจะเปิดช่องไอออน ซึ่งนำไปสู่การไหลของไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการลดศักย์ไฟฟ้า (depolarization ) สำหรับการตอบสนองของตัวรับแบบกระตุ้น หรือการเพิ่มศักย์ไฟฟ้า (hyperpolarization ) สำหรับการตอบสนองแบบยับยั้ง

โปรตีนตัวรับเหล่านี้โดยทั่วไปประกอบด้วยโดเมนอย่างน้อยสองโดเมนที่แตกต่างกัน ได้แก่ โดเมนที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งรวมถึงรูพรุนของไอออน และโดเมนภายนอกเซลล์ซึ่งรวมถึงตำแหน่งการจับกับลิแกนด์ ( ตำแหน่งการจับแบบ อัลโลสเตอริก ) ความเป็นโมดูลาร์นี้ทำให้สามารถใช้วิธี "แบ่งและพิชิต" ในการค้นหาโครงสร้างของโปรตีน (โดยการตกผลึกแต่ละโดเมนแยกกัน) หน้าที่ของตัวรับดังกล่าวที่อยู่บริเวณไซแนปส์คือการแปลงสัญญาณเคมีของ สารสื่อประสาทที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาท ก่อน ไซแนปส์ โดยตรงและรวดเร็วมากให้กลายเป็น สัญญาณไฟฟ้าในเซลล์ ประสาทหลังไซ แนปส์ LIC หลายชนิดยังถูกปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมโดยลิแกนด์แบบอัลโลสเตอริก ตัวบล็อกช่องไอออนหรือศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ LIC ถูกจัดกลุ่มออกเป็นสามซูเปอร์แฟมิลีที่ไม่มีความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการ ได้แก่ตัวรับแบบไซโคลสปอนซีสตัวรับกลูตาเมตแบบไอโอโนโทรปิกและ ช่องที่ควบคุมด้วย ATP

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน Gเป็นกลุ่มโปรตีนขนาดใหญ่ที่มีความสัมพันธ์กันในเชิงวิวัฒนาการซึ่งเป็นตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ที่ตรวจจับโมเลกุลภายนอกเซลล์และกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ เมื่อเชื่อมต่อกับโปรตีน Gแล้ว จึงเรียกอีกอย่างว่าตัวรับเจ็ดทรานส์เมมเบรน เนื่องจากพวกมันผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เจ็ดครั้ง โปรตีน G ทำหน้าที่เป็น "ตัวกลาง" ในการถ่ายทอดสัญญาณจากตัวรับที่ถูกกระตุ้นไปยังเป้าหมาย และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมโปรตีนเป้าหมายนั้นโดยอ้อม^{[ 30 ]} ลิแกนด์สามารถจับกับปลาย N-terminus และลูปภายนอกเซลล์ (เช่น ตัวรับกลูตาเมต) หรือกับตำแหน่งการจับภายในเกลียวทรานส์เมมเบรน (ตระกูลโรดอปซิน) พวกมันทั้งหมดถูกกระตุ้นโดยสารกระตุ้นแม้ว่าจะสามารถสังเกตการกระตุ้นตัวเองโดยธรรมชาติของตัวรับที่ว่างเปล่าได้เช่นกัน^{[ 30 ]}

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G พบได้เฉพาะในยูคาริโอตรวมถึงยีสต์โคอาโนแฟลเจลเลต [ ^{31 ]}และสัตว์ลิแกนด์ที่จับและกระตุ้นตัวรับเหล่านี้ ได้แก่ สารประกอบที่ไวต่อแสงกลิ่นฟี^โรโมนฮอร์โมนและสารสื่อประสาทและมีขนาดแตกต่างกันไปตั้งแต่โมเลกุลขนาดเล็กไปจนถึงเปปไทด์และโปรตีน ขนาดใหญ่ ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G มีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ มากมาย

มีเส้นทางการส่งสัญญาณหลักสองเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ได้แก่เส้นทางการส่งสัญญาณ cAMPและเส้นทางการส่งสัญญาณฟอส ฟา ติดิลอิโนซิ ทอล ^{[ 32 ]}เมื่อลิแกนด์จับกับ GPCR จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างใน GPCR ซึ่งทำให้สามารถทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์กัวนีน (GEF) จากนั้น GPCR สามารถกระตุ้นโปรตีน G ที่เกี่ยวข้องได้ โดยการแลกเปลี่ยนGDPที่จับกับโปรตีน G กับGTPหน่วยย่อย α ของโปรตีน G พร้อมกับ GTP ที่จับอยู่ สามารถแยกตัวออกจากหน่วยย่อย β และ γ เพื่อส่งผลต่อโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์หรือโปรตีนเป้าหมายโดยตรง ขึ้นอยู่กับชนิดของหน่วยย่อย α ( G _αs , G _αi/o , G _αq/11 , G _α12/13 ) ^{[ 33 ] : 1160}

ตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G เป็นเป้าหมายยา ที่สำคัญ และประมาณ 34% ^{[ 34 ]}ของยาทั้งหมดที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (FDA) มีเป้าหมายที่สมาชิก 108 ตัวในกลุ่มนี้ ปริมาณการขายทั่วโลกของยาเหล่านี้คาดว่าจะอยู่ที่ 180 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2018 ^{[ 34 ]}คาดว่า GPCRs เป็นเป้าหมายของยาประมาณ 50% ที่วางจำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เป็นเพราะเกี่ยวข้องกับเส้นทางการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ มากมาย เช่น โรคทางจิต โรคเมตาบอลิซึมรวมถึงความผิดปกติของต่อมไร้ท่อ โรคภูมิคุ้มกันรวมถึงการติดเชื้อไวรัส โรคหัวใจและหลอดเลือด โรคอักเสบ ความผิดปกติของระบบประสาทสัมผัส และมะเร็ง ความสัมพันธ์ที่ค้นพบมานานแล้วระหว่าง GPCRs กับสารภายในและภายนอกร่างกายหลายชนิด ซึ่งส่งผลให้เกิดการบรรเทาอาการปวด เป็นอีกหนึ่งสาขาการวิจัยทางเภสัชกรรมที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว^{[ 30 ]}

ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์ (หรือตัวรับเร่งปฏิกิริยา) เป็นตัวรับแบบทรานส์เมมเบรนซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นโดยลิแกนด์ ภายนอกเซลล์ จะทำให้เกิด กิจกรรม ของเอนไซม์ที่ด้านภายในเซลล์^{[ 35 ]}ดังนั้น ตัวรับเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นโปรตีนเมมเบรนแบบบูรณาการที่มีทั้งหน้าที่ของเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาและตัวรับ^{[ 36 ]}

พวกมันมีโดเมนสำคัญสองโดเมน ได้แก่ โดเมนจับลิแกนด์ภายนอกเซลล์และโดเมนภายในเซลล์ ซึ่งมีหน้าที่เร่งปฏิกิริยา และมีเกลียวทรานส์เมมเบรนเดี่ยว[ 10 ^{]โมเลกุลส่ง}สัญญาณจะจับกับตัวรับที่ด้านนอกของเซลล์และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างบนหน้าที่เร่งปฏิกิริยาที่อยู่บนตัวรับภายในเซลล์^{[ 37 ] [ 38 ]}ตัวอย่างของกิจกรรมเอนไซม์ ได้แก่:

• ตัวรับไทโรซีนไคเนสเช่นตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นประเภทนี้^{[ 39 ]}
• โปรตีนตัวรับเซริน/ทรีโอนีนไคเนสเช่นในโปรตีนสร้างกระดูก^{[ 40 ]}
• กัวนิเลตไซเคลสเช่นเดียวกับตัวรับปัจจัยนาทริยูเรติกในหัวใจห้องบน^{[ 41 ]}

ตัวรับภายในเซลล์มีอยู่ทั่วไปในไซโตพลาสซึม นิวเคลียส หรืออาจจับกับออร์แกเนลล์หรือเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของ ตัวรับใน นิวเคลียสและไมโตคอนเดรียได้รับการบันทึกไว้อย่างดี^{[ 42 ]}การจับกันของลิแกนด์กับตัวรับภายในเซลล์มักจะกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองในเซลล์ ตัวรับภายในเซลล์มักมีความจำเพาะในระดับหนึ่ง ซึ่งช่วยให้ตัวรับสามารถเริ่มต้นการตอบสนองบางอย่างเมื่อจับกับลิแกนด์ที่สอดคล้องกัน^{[ 43 ]}ตัวรับภายในเซลล์มักจะทำงานกับโมเลกุลที่ละลายในไขมัน ตัวรับจะจับกับกลุ่มของโปรตีนที่จับกับ DNAเมื่อจับกันแล้ว คอมเพล็กซ์ตัวรับ-ลิแกนด์จะเคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียสซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงรูปแบบการแสดงออกของยีนได้^{[ 10 ]}

ตัวรับฮอร์โมนสเตียรอยด์พบได้ในนิวเคลียส ไซ โตซอลและเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เป้าหมาย โดยทั่วไปแล้วจะเป็นตัวรับภายใน เซลล์ (โดยทั่วไปอยู่ในไซโตพลาสซึมหรือนิวเคลียส) และเริ่มต้นการส่งสัญญาณสำหรับฮอร์โมนสเตียรอยด์ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนในช่วงเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวันตัวรับ ฮอร์โมนสเตียรอยด์ที่ได้รับการศึกษามากที่สุด คือสมาชิกของ กลุ่ม ย่อยตัวรับนิวเคลียร์ 3 (NR3) ซึ่งรวมถึงตัวรับสำหรับเอสโตรเจน (กลุ่ม NR3A) ^{[ 44 ]}และ 3-คีโตสเตียรอยด์ (กลุ่ม NR3C) ^{[ 45 ]} นอกจากตัวรับนิวเคลียร์แล้วตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน Gและช่องไอออน หลายตัว ยังทำหน้าที่เป็นตัวรับบนพื้นผิวเซลล์สำหรับฮอร์โมนสเตียรอยด์บางชนิด

เอนโดไซโทซิสที่อาศัยตัวรับเป็นวิธีทั่วไปในการ "ปิด" ตัวรับการควบคุมเอนโดไซโทซิสแบบลดลงถือเป็นวิธีการลดการส่งสัญญาณของตัวรับ^{[ 46 ]}กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการจับตัวของลิแกนด์กับตัวรับ ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของหลุมเคลือบ หลุมเคลือบจะเปลี่ยนเป็นเวสิเคิลเคลือบและถูกขนส่งไปยังเอนโดโซม

การฟอสโฟรีเลชันของตัวรับเป็นการลดระดับตัวรับอีกประเภทหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีสามารถลดความสัมพันธ์ของตัวรับกับลิแกนด์ได้^{[ 47 ]}

การลดความไวของตัวรับเป็นผลมาจากการที่ตัวรับถูกครอบครองเป็นเวลานาน ส่งผลให้เกิดการปรับตัวของตัวรับซึ่งตัวรับจะไม่ตอบสนองต่อโมเลกุลส่งสัญญาณอีกต่อไป ตัวรับหลายตัวมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเพื่อตอบสนองต่อความเข้มข้นของลิแกนด์^{[ 48 ]}

เมื่อจับกับโมเลกุลส่งสัญญาณ โปรตีนตัวรับจะเปลี่ยนแปลงไปในบางลักษณะและเริ่มต้นกระบวนการส่งสัญญาณ ซึ่งอาจเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียวหรือเป็นการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องในลำดับของโมเลกุลที่แตกต่างกัน (เรียกว่าเส้นทางการส่งสัญญาณ) โมเลกุลที่ประกอบเป็นเส้นทางเหล่านี้เรียกว่าโมเลกุลถ่ายทอด กระบวนการหลายขั้นตอนของขั้นตอนการส่งสัญญาณมักประกอบด้วยการกระตุ้นโปรตีนโดยการเพิ่มหรือการกำจัดกลุ่มฟอสเฟต หรือแม้แต่การปล่อยโมเลกุลขนาดเล็กหรือไอออนอื่นๆ ที่สามารถทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารได้ การขยายสัญญาณเป็นหนึ่งในประโยชน์ของลำดับหลายขั้นตอนนี้ ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ โอกาสในการควบคุมที่มากกว่าระบบที่ง่ายกว่า และการปรับแต่งการตอบสนองอย่างละเอียด ทั้งในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์^{[ 11 ]}

ในบางกรณี การกระตุ้นตัวรับที่เกิดจากการจับกันของลิแกนด์กับตัวรับนั้นเชื่อมโยงโดยตรงกับการตอบสนองของเซลล์ต่อลิแกนด์ ตัวอย่างเช่น สารสื่อประสาทGABAสามารถกระตุ้นตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของช่องไอออนการจับกันของ GABA กับตัวรับGABA _Aบนเซลล์ประสาทจะเปิดช่องไอออนที่เลือกเฉพาะคลอไรด์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตัวรับ การกระตุ้นตัวรับ GABA _Aทำให้ไอออนคลอไรด์ที่มีประจุลบเคลื่อนที่เข้าไปในเซลล์ประสาท ซึ่งยับยั้งความสามารถของเซลล์ประสาทในการสร้างศักย์ไฟฟ้าอย่างไรก็ตาม สำหรับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์จำนวนมาก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์กับตัวรับไม่ได้เชื่อมโยงโดยตรงกับการตอบสนองของเซลล์ ตัวรับที่ถูกกระตุ้นจะต้องมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนอื่นๆ ภายในเซลล์ก่อนที่ จะเกิดผล ทางสรีรวิทยา ขั้นสุดท้าย ของลิแกนด์ต่อพฤติกรรมของเซลล์ บ่อยครั้งที่พฤติกรรมของโปรตีนในเซลล์หลายตัวที่มีปฏิสัมพันธ์กันจะเปลี่ยนแปลงไปหลังจากการกระตุ้นตัวรับ การเปลี่ยนแปลงของเซลล์ทั้งหมดที่เกิดจากการกระตุ้นตัวรับเรียกว่ากลไกหรือเส้นทางการส่งสัญญาณ^{[ 49 ]}

เส้นทางการส่งสัญญาณที่ซับซ้อนกว่าคือเส้นทาง MAPK/ERK ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับโปรตีนภายในเซลล์ที่ถูกกระตุ้นโดยสัญญาณภายนอก^{[ 10 ]}ปัจจัยการเจริญเติบโตหลายชนิดจับกับตัวรับที่พื้นผิวเซลล์และกระตุ้นให้เซลล์ดำเนินไปตามวงจรเซลล์และแบ่งตัว ตัวรับเหล่านี้หลายตัวเป็นไคเนสที่เริ่มฟอสโฟรีเลตตัวเองและโปรตีนอื่นๆ เมื่อจับกับลิแกนด์การฟอสโฟรีเลต นี้ สามารถสร้างตำแหน่งการจับสำหรับโปรตีนที่แตกต่างกันและทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับโปรตีน ในกรณีนี้ ลิแกนด์ (เรียกว่าปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนังหรือ EGF) จับกับตัวรับ (เรียกว่าEGFR ) ^{[ 10 ]}ซึ่งจะกระตุ้นให้ตัวรับฟอสโฟรีเลตตัวเอง ตัวรับที่ถูกฟอสโฟรีเลตจะจับกับโปรตีนอะแดปเตอร์ ( GRB2 ) ซึ่งเชื่อมโยงสัญญาณกับกระบวนการส่งสัญญาณปลายน้ำต่อไป^{[ 10 ]}ตัวอย่างเช่น หนึ่งในเส้นทางการส่งสัญญาณที่ถูกกระตุ้นเรียกว่า เส้นทาง มิทโทเจนแอคติเวตโปรตีนไคเนส (MAPK) ^{[ 10 ]}ส่วนประกอบการส่งสัญญาณที่ติดป้ายว่า "MAPK" ในเส้นทางนี้เดิมเรียกว่า "ERK" ดังนั้นเส้นทางนี้จึงเรียกว่าเส้นทาง MAPK/ERKโปรตีน MAPK เป็นเอนไซม์โปรตีนไคเนสที่สามารถเชื่อมฟอสเฟตเข้ากับโปรตีนเป้าหมาย เช่นปัจจัยการถอดรหัสMYCและด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสยีนและในที่สุดก็ส่งผลต่อความก้าวหน้าของวงจรเซลล์ โปรตีนในเซลล์จำนวนมากถูกกระตุ้นที่ปลายน้ำของตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโต (เช่น EGFR) ที่เริ่มต้นเส้นทางการส่งสัญญาณนี้^{[ 50 ] [ 10 ]}

เส้นทางการส่งสัญญาณบางเส้นทางตอบสนองแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณสัญญาณที่เซลล์ได้รับ ตัวอย่างเช่นโปรตีนเฮดจ์ฮ็อกจะกระตุ้นยีนที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณของโปรตีนเฮดจ์ฮ็อกที่มีอยู่^{[ 51 ]}

เส้นทางการส่งสัญญาณแบบหลายองค์ประกอบที่ซับซ้อนเปิดโอกาสให้เกิดการป้อนกลับ การขยายสัญญาณ และการโต้ตอบภายในเซลล์เดียวระหว่างสัญญาณและเส้นทางการส่งสัญญาณหลายเส้นทาง^{[ 10 ]}

การตอบสนองของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจงเป็นผลมาจากสัญญาณที่ส่งผ่านในขั้นตอนสุดท้ายของการส่งสัญญาณของเซลล์ การตอบสนองนี้โดยพื้นฐานแล้วอาจเป็นกิจกรรมของเซลล์ใดๆ ที่มีอยู่ในร่างกาย มันสามารถกระตุ้นการจัดเรียงใหม่ของโครงร่างเซลล์หรือแม้กระทั่งการเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ ขั้นตอนทั้งสามของการส่งสัญญาณของเซลล์ทั้งหมดนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าเซลล์ที่ถูกต้องจะทำงานตามที่ได้รับคำสั่ง ในเวลาที่เหมาะสม และประสานกับเซลล์อื่นๆ และหน้าที่ของพวกมันเองภายในสิ่งมีชีวิต^{[ 10 ]}ในท้ายที่สุด จุดสิ้นสุดของเส้นทางสัญญาณนำไปสู่การควบคุมกิจกรรมของเซลล์ การตอบสนองนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในนิวเคลียสหรือในไซโตพลาสซึมของเซลล์ เส้นทางสัญญาณส่วนใหญ่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนโดยการเปิดและปิดยีนบางตัวในนิวเคลียส^{[ 52 ]}

ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรีย การส่งสัญญาณสามารถใช้เพื่อ 'กระตุ้น' เพื่อนร่วมเซลล์จากสภาวะพักตัวเพิ่มความรุนแรงป้องกันแบคทีริโอเฟจเป็นต้น^{[ 53 ]}ในการรับรู้จำนวนประชากร ซึ่งพบได้ในแมลงสังคมเช่นกัน ความหลากหลายของสัญญาณแต่ละสัญญาณมีศักยภาพที่จะสร้างวงจรป้อนกลับเชิงบวก ทำให้เกิดการตอบสนองที่ประสานกัน ในบริบทนี้ โมเลกุลส่งสัญญาณเรียกว่าออโตอินดิวเซอร์ [ ^{54 ] [ 55 ] [ 56 ] กลไก}การส่งสัญญาณนี้อาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปสู่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์^{[ 54 ] [ 57 ]}แบคทีเรียยังใช้การส่งสัญญาณแบบพึ่งพาการสัมผัส โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อจำกัดการเจริญเติบโตของพวกมัน^{[ 58 ]}

โมเลกุลส่งสัญญาณที่ใช้โดยสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มักเรียกว่าฟีโรโมนพวกมันมีจุดประสงค์ต่างๆ เช่น การเตือนภัยอันตราย การบ่งชี้แหล่งอาหาร หรือช่วยในการสืบพันธุ์^{[ 59 ]}

Notchเป็นโปรตีนบนพื้นผิวเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับ สัตว์มีชุดยีน ขนาดเล็ก ที่เข้ารหัสโปรตีนส่งสัญญาณที่โต้ตอบกับตัวรับ Notch โดยเฉพาะและกระตุ้นการตอบสนองในเซลล์ที่แสดง Notch บนพื้นผิว โมเลกุลที่กระตุ้น (หรือในบางกรณี ยับยั้ง) ตัวรับสามารถจำแนกได้เป็นฮอร์โมนสารสื่อประสาทไซโตไคน์และปัจจัยการเจริญเติบโตซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าลิแกนด์ตัวรับ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์และตัวรับเช่น ปฏิสัมพันธ์ของตัวรับ Notch เป็นที่ทราบกันว่าเป็นปฏิสัมพันธ์หลักที่รับผิดชอบต่อกลไกการส่งสัญญาณและการสื่อสารของเซลล์^{[ 62 ]} Notch ทำหน้าที่เป็นตัวรับสำหรับลิแกนด์ที่แสดงออกบนเซลล์ข้างเคียง ในขณะที่ตัวรับบางตัวเป็นโปรตีนบนพื้นผิวเซลล์ แต่บางตัวก็พบอยู่ภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่นเอสโตรเจนเป็น โมเลกุล ที่ไม่ชอบน้ำซึ่งสามารถผ่านชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ได้ ในฐานะส่วนหนึ่งของระบบต่อมไร้ท่อ ตัว รับเอสโตรเจนภายในเซลล์ จาก เซลล์หลายประเภท(เช่น รังไข่ ต่อมลูกหมาก ปอด ระบบหัวใจและหลอดเลือด และระบบประสาทส่วนกลาง) สามารถถูกกระตุ้นโดยเอสโตรเจนที่ผลิตในรังไข่ได้^{[ 63 ]}

ในกรณีของการส่งสัญญาณผ่าน Notch กลไกการส่งสัญญาณอาจค่อนข้างง่าย ดังแสดงในรูปที่ 2 การกระตุ้น Notch อาจทำให้โปรตีน Notch ถูกเปลี่ยนแปลงโดยโปรตีเอสโปรตีน Notch บางส่วนจะถูกปล่อยออกมาจากเยื่อหุ้มเซลล์และมีส่วนร่วมในการควบคุมยีนการวิจัยการส่งสัญญาณของเซลล์เกี่ยวข้องกับการศึกษาพลวัตเชิงพื้นที่และเวลาของทั้งตัวรับและส่วนประกอบของเส้นทางการส่งสัญญาณที่ถูกกระตุ้นโดยตัวรับในเซลล์ประเภทต่างๆ^{[ 64 ] [ 65 ]}วิธีการใหม่ๆ สำหรับการวิเคราะห์มวลสเปกโทรเมตรีของเซลล์เดี่ยวมีแนวโน้มที่จะช่วยให้สามารถศึกษาการส่งสัญญาณด้วยความละเอียดระดับเซลล์เดี่ยวได้^{[ 66 ]}

ในการส่งสัญญาณ Notchการสัมผัสโดยตรงระหว่างเซลล์ทำให้สามารถควบคุมการแบ่งตัว ของเซลล์ได้อย่างแม่นยำ ในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อนในหนอนCaenorhabditis elegansเซลล์สองเซลล์ของอวัยวะสืบพันธุ์ ที่กำลังพัฒนา แต่ละเซลล์มีโอกาสเท่ากันที่จะแบ่งตัวอย่างสมบูรณ์หรือกลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิดมดลูกที่แบ่งตัวต่อไป การเลือกเซลล์ใดที่จะแบ่งตัวต่อไปนั้นถูกควบคุมโดยการแข่งขันของสัญญาณบนพื้นผิวเซลล์ เซลล์หนึ่งจะผลิตโปรตีนบนพื้นผิวเซลล์มากกว่า ซึ่งจะกระตุ้นตัวรับ Notch บนเซลล์ข้างเคียง สิ่งนี้จะกระตุ้นวงจรป้อนกลับหรือระบบที่ลดการแสดงออกของ Notch ในเซลล์ที่จะแบ่งตัวและเพิ่ม Notch บนพื้นผิวของเซลล์ที่ยังคงเป็นเซลล์ต้นกำเนิด^{[ 67 ]}

• ฐานข้อมูลปฏิสัมพันธ์ของเส้นทางส่งสัญญาณ NCI-Nature : ข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับเส้นทางส่งสัญญาณในเซลล์มนุษย์
• Intercellular+Signaling+Peptides+and+Proteinsที่ US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• การสื่อสารระหว่างเซลล์ ใน ระบบพิกัด ทางการแพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• โครงการเส้นทางการส่งสัญญาณ : ฐานความรู้สำหรับการสร้างสมมติฐานเกี่ยวกับการส่งสัญญาณในเซลล์ สร้างขึ้นโดยใช้ชุดข้อมูลทรานสคริปโตมิกและ ChIP-Seq ที่ได้รับการจัดเก็บและคัดกรองทางชีวภาพ