PI3/AKT – анаболический путь для хрящевой и связочной ткани. mTORC1 – мастер-регулятор мышечного анаболизма. Если сигнальный путь Wnt/β-катенин специализируется на метаболизме костей, то PI3/AKT/mTORC1 – это метаболизм мягких тканей опорно-двигательной системы.

Существует множество других сигнальных путей, клеточных мессенджеров и транскрипционных факторов активации генов с последующим развитием внутриклеточных, экстраклеточных и тканевых/внутриорганных событий.

Многие из сигнальных путей перекрываются и «переплетаются» между собой, зачастую используя общие сигнальные молекулы/мессенджеры (цитозольные медиаторы). Грубо говоря, сигнальные пути можно сравнить с химическими «дорогами» с их перекрестками и развилками.

Мембранные рецепторы взаимодействуют друг с другом через адапторные белки, при этом сигналы с рецепторов распространяются по различным путям, одновременно активируя различные типы сигнальных мессенджеров/посредников, создавая перекрестные помехи между внутриклеточными сигнальными каскадами. Механические и химические механизмы передачи сигнала стимулируют одни и те же внутриклеточные сигнальные пути (ни один из них не работает изолированно от другого), при этом вызывая синергетические и конкурирующие эффекты, направленные либо на усиление, либо на подавление генетического ответа.

Общий клеточный сигналинг (Википедия).

Актиновые «вожжи».

Механический сигнал через интегрины может передаваться напрямую через систему белковых нитей, соединяющих экстраклеточный матрикс с мембраной клетки, и нитей «цитоскелета», пронизывающих внутриклеточный цитозоль и ведущих напрямую к оболочке ядра. Задействован принцип «вожжей». Это дает выигрыш в скорости биохимической реакции клетки на внешние стимулы. Таким образом, механические нагрузки влияют на транскрипцию генов опосредованно через активируемые рецепторами сигнальные каскады и напрямую через изменение транспорта ядерной мембраны. Поэтому клетку можно представить как компьютер, который суммирует все внешние механические, химические и электрические сигналы и вычисляет, какой ответ в итоге будет выдан в «сборочный цех» клетки: анаболический или катаболический. Синтезированные в результате реакции клетки функциональные белки являются основными факторами в текущем поведении клетки (интракринное/аутокринное влияние) и определяют ее дальнейшую судьбу. Клетка может ответить синтезом структурных белков, используемых для ремоделирования матрикса, или выдать провоспалительный ответ в виде синтеза цитокинов и протеиназ, разрушающих матрикс, или сменить фенотип (мгновенно «постареть»), или активировать режим самоуничтожения (запланированный – апоптоз, или вынужденный вследствие повреждения мембраны – пироптоз и т.п.).

Таким образом, дифференцировка, рост, жизненный цикл и гибель клеток регулируются и всецело зависят от внешних стимулов и внутриклеточных сигнальных каскадов, влияющих на генетическую регуляцию.

Механические силы, такие как растяжение, сжатие и сдвиг, воспринимаются и передаются на границах раздела «клетка-клетка», «клетка-матрикс» и «клетка-межклеточный просвет», создавая реакции, которые могут либо усилить структуры, подвергающиеся механическому воздействию, либо изменить фенотип или структуру клеток и в дальнейшем привести к дистрофии или деградации/дегенерации тканей вследствие гибели клеток.

Посредством молекул клеточной адгезии (слипания) клетки также оказывают прямое механическое влияние на соседние клетки. Эти молекулы включают трансмембранные белки, такие как интегрины, кадгерины, селектины и коннексины, которые связывают клетки вместе для структурных и функциональных целей. Соединения между клетками очень напоминают клеточные матричные комплексы с динамическими связями с цитоскелетом, которые реагируют на механическую нагрузку. Эти контакты влияют на «коллективное» поведение клеток, включая адгезию, миграцию, изменение формы, пролиферацию, дифференцировку стволовых клеток, передачу внутриклеточных сигналов и обмен матрикса.