Οπως γνωρίζει όποιος έχει παίξει το παιδικό παιχνίδι «σπασμένο τηλέφωνο», όταν ένας άνθρωπος λέει ένα μήνυμα σε κάποιον άλλον και αυτός σε έναν τρίτο κ.ο.κ. τελικά μετά από πολλές αναμεταδόσεις το μήνυμα γίνεται αγνώριστο. Ισως, λοιπόν, θα φαίνεται παράξενο που τα μόρια μέσα στα κύτταρά μας, ενώ πραγματοποιούν ακατάπαυστα τη δική τους παραλλαγή του παιχνιδιού, καταφέρνουν το «τηλέφωνο» να μην είναι «σπασμένο», δηλαδή να μην παραμορφώνεται στο ελάχιστο η πληροφορία που μεταφέρουν.

Κανείς δεν θα επιβίωνε χωρίς ένα τέτοιο ακριβές σύστημα επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων, αποτέλεσμα βιολογικής εξέλιξης δισεκατομμυρίων ετών. Ο οργανισμός μας λειτουργεί κανονικά χάρη στο ότι τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους συνεχώς. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του παγκρέατος απελευθερώνουν ινσουλίνη, για να στείλουν μήνυμα προς τα μυϊκά κύτταρα να προσλάβουν γλυκόζη από το αίμα σαν πηγή ενέργειας. Τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος στέλνουν μηνύματα προς τα ξαδέρφια τους να επιτεθούν στους εισβολείς, ενώ τα κύτταρα του νευρικού συστήματος στέλνουν ταχύτατα μηνύματα προς και από τον εγκέφαλο. Ολα αυτά τα μηνύματα προκαλούν τις κατάλληλες αντιδράσεις από τα κύτταρα που τα παραλαμβάνουν, επειδή μεταδίδονται με ακρίβεια έως αυτά, όσο μακριά κι αν βρίσκονται και επειδή παραλαμβάνονται από τα κατάλληλα μόρια που μπορούν να ενεργήσουν με βάση το μήνυμα.

Αλλά πώς τα κυκλώματα μεταξύ κυττάρων πετυχαίνουν μια τέτοιας πιστότητας μετάδοση; Για πολύ καιρό, οι βιολόγοι είχαν διαθέσιμες μόνο απλουστευτικές εξηγήσεις. Τα τελευταία 15 χρόνια, όμως, έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο στην κατεύθυνση της αποκάλυψης του συστήματος που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για τις μεταξύ τους επικοινωνίες. Η πρόοδος αυτή υποδεικνύει νέες στρατηγικές για την καταπολέμηση ασθενειών που προκαλούν ή επιτείνονται από προβληματική ή λαθεμένη ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ των κυττάρων. Ανάμεσα στις ασθένειες αυτές είναι ο καρκίνος, ο διαβήτης και διαταραχές του ανοσοποιητικού συστήματος.

Η πρώτη σκιαγράφηση στον τομέα της ανταλλαγής μηνυμάτων μεταξύ των κυττάρων έγινε στα τέλη της δεκαετίας του 1950 με τη δουλιά των Ε. Κρεμπς, Ε. Φίσερ και Ε. Σάδερλαντ, που εντόπισαν το πρώτο μόριο διαβιβαστή μηνυμάτων στο κυτταρόπλασμα. Και οι τρεις τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ για τις ανακαλύψεις τους.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, οι ερευνητές ήξεραν ήδη πολλές λεπτομέρειες για το πώς γίνεται η μετάδοση. Για παράδειγμα, συνήθως αρχίζει όταν ένας διαβιβαστής (συχνά μια ορμόνη) προσδεθεί προσωρινά κατά τρόπο κλειδιού - κλειδαριάς, με έναν συγκεκριμένο υποδοχέα στην κυτταρική μεμβράνη. Τέτοιοι υποδοχείς -το λειτουργικό ισοδύναμο κεραιών- μπορούν να αναμεταδώσουν την εντολή ενός διαβιβαστή προς το εσωτερικό του κυττάρου, γιατί βρίσκονται σε φυσική επαφή με το κυτταρόπλασμα.

Ο τυπικός υποδοχέας είναι μια πρωτεΐνη, δηλαδή μια διπλωμένη αλυσίδα αμινοξέων. Αποτελείται τουλάχιστον από τρία τμήματα: την εξωτερική περιοχή πρόσδεσης του διαβιβαστή, ένα τμήμα που διαπερνά την κυτταρική μεμβράνη και μια «ουρά» που εξέχει αρκετά μέσα στο κυτταρόπλασμα. Οταν ένας διαβιβαστής προσδεθεί στο εξωτερικό τμήμα, ο δεσμός αυτός προκαλεί μια αλλαγή στο σχήμα της ουράς, που της επιτρέπει να ενωθεί με ένα ή περισσότερα μόρια διαβιβαστών μέσα στο κυτταρόπλασμα. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις, με τη σειρά τους, δημιουργούν μια ακολουθία άλλων και τελικό αποτέλεσμα συνήθως την ενεργοποίηση κάποιου γονιδίου.

Ωστόσο, κανένας δεν μπορούσε να εξηγήσει ικανοποιητικά πώς τα μηνύματα έφταναν στον προορισμό τους χωρίς να λοξοδρομήσουν στην πορεία. Εκείνη την εποχή, τα κύτταρα αντιμετωπίζονταν ακόμη σαν σάκοι σχήματος μπαλονιού γεμάτοι με μια σούπα κυτταροπλάσματος, που περιέχει αιωρούμενες πρωτεΐνες και οργανέλλες (περιοχές που καλύπτονται από μεμβράνη, όπως ο πυρήνας και τα μιτοχόνδρια). Ηταν δύσκολο μ' αυτό το μη δομημένο μοντέλο να διαπιστωθεί πώς κάθε μόριο εσωτερικού διαβιβαστή μπορούσε γρήγορα και με ακρίβεια να βρει ακριβώς εκείνη την ομάδα άλλων μορίων που θα μπορούσαν με την ίδια ταχύτητα και πιστότητα να μεταφέρουν το μήνυμα ακόμα πιο βαθιά μέσα στο κύτταρο, ως τα μόρια - τελικούς παραλήπτες.

Οι έρευνες των τελευταίων 15 ετών έδειξαν ότι το σύστημα επικοινωνίας των κυττάρων στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στη σύνδεση μεταξύ μορίων πρωτεϊνών με τρόπο ανάλογο όπως συνδέονται τα παιδικά τουβλάκια. Η συνένωση αυτή επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ειδικών μορίων σύνδεσης, καθώς και πρωτεϊνών - προσαρμογέων που επιτρέπουν με σχετικά λίγα είδη μορίων να γίνονται πολλές και διαφορετικές συνδέσεις. Τα συμπλέγματα μορίων που δημιουργούνται εξασφαλίζουν ότι τα ένζυμα ή τα μόρια σύνδεσης με το DNA και τα μόρια - στόχοι τους, θα έρθουν κοντά με τον κατάλληλο τρόπο και με την κατάλληλη σειρά, αμέσως μόλις ένας διαβιβαστής προσδεθεί σε έναν υποδοχέα στην επιφάνεια του κυττάρου.

Τα μόρια των εσωτερικών διαβιβαστών επιλέγουν το κατάλληλο ταίρι - πρωτεΐνη (ανάμεσα σε περίπου 100 απ' αυτές) χάρη στο ότι ναι μεν όλες έχουν ένα τμήμα που επιτρέπει τη σύνδεση, αλλά διαθέτουν και ένα άλλο που παρουσιάζει εκλεκτικότητα (διαφορετική χημική συγγένεια) με το μόριο του διαβιβαστή.

Σε αντίθεση με τα υπόλοιπα είδη κυττάρων που συνήθως χρησιμοποιούν σχετικά μικρές πρωτεΐνες - προσαρμογείς, τα κύτταρα του νευρικού συστήματος χρησιμοποιούν αρκετές μεγάλες πρωτεΐνες με πολλά τμήματα σύνδεσης. Αυτές οι πρωτεΐνες αποκαλούνται συχνά μόρια - σκαλωσιές, καθώς κρατούν μονίμως μεγάλες ομάδες διαβιβαστών σε μια συγκεκριμένη διάταξη. Η ύπαρξη αυτών των «σκαλωσιών» σημαίνει ότι ορισμένα δίκτυα μετάδοσης σημάτων είναι «χαραγμένα» μέσα στα κύτταρα. Αυτή η «εγχάραξη» μπορεί να αυξάνει την ταχύτητα και ακρίβεια της μετάδοσης των πληροφοριών.

Η εμβάθυνση στην κατανόηση του τρόπου επικοινωνίας των κυττάρων σχετίζεται έντονα με τη δυνατότητα αξιοποίησης των αποτελεσμάτων του έργου χαρτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος, του οποίου η ολοκλήρωση ανακοινώθηκε πριν λίγο καιρό. Για κάθε γονίδιο που θα εντοπιστεί θα πρέπει να προσδιοριστεί ο ρόλος του, δηλαδή η λειτουργία της πρωτεΐνης που συνθέτει αυτό το γονίδιο μέσα στον οργανισμό και τι συμβαίνει όταν παράγεται περισσότερη ή λιγότερη απ' όση χρειάζεται, αλλά και τι συμβαίνει όταν δεν παράγεται η σωστή πρωτεΐνη. Γνωρίζοντας αυτά για όσες από τις πρωτεΐνες διαπιστωθεί ότι αποτελούν τμήματα του συστήματος επικοινωνίας των κυττάρων, θα είναι δυνατή η κατάστρωση μεθόδων διόρθωσης ή ανακατεύθυνσης, ώστε να μην εμφανίζονται ή να ελαχιστοποιούνται τα συμπτώματα των σχετιζόμενων ασθενειών. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν οι εντολές γρήγορης και άναρχης αναπαραγωγής των καρκινικών κυττάρων να ανακατευθυνθούν σε άλλα δίκτυα σηματοδότησης, που θα είχαν σαν αποτέλεσμα τα καρκινικά κύτταρα να αυτοκτονήσουν τελικά, αντί να αναπαραχθούν.