Malgré la membrane protectrice qui sépare une cellule de l’environnement, les cellules doivent être capables de détecter les changements environnementaux et d’y répondre. De plus, les cellules ont souvent besoin de communiquer entre elles. Les organismes unicellulaires et multicellulaires utilisent une variété de mécanismes de signalisation cellulaire pour communiquer avec l’environnement.

Les cellules réagissent à de nombreux types d’informations, souvent par l’intermédiaire de protéines réceptrices positionnées sur la membrane. Par exemple, les cellules de la peau réagissent et transmettent des informations tactiles, tandis que les photorécepteurs de la rétine peuvent détecter la lumière. Cependant, la plupart des cellules ont évolué pour répondre à des signaux chimiques, notamment des hormones, des neurotransmetteurs et de nombreux autres types de molécules de signalisation. Les cellules peuvent même coordonner différentes réponses induites par la même molécule de signalisation.

En règle générale, la signalisation cellulaire implique trois étapes : (1) la réception, (2) la transduction et (3) la réponse. Dans la plupart des récepteurs de signaux, une molécule imperméable à la membrane, ou ligand, provoque une modification d’un récepteur membranaire ; Cependant, certaines molécules de signalisation, telles que les hormones, peuvent traverser la membrane pour atteindre leurs récepteurs internes. Le récepteur membranaire peut ensuite envoyer ce signal à des messagers intracellulaires, transduisant le message en une réponse cellulaire. Cette réponse intracellulaire peut inclure des changements dans la transcription, la traduction, l’activation des protéines et d’autres réponses.

Les organismes unicellulaires tels que les bactéries peuvent utiliser un type de signalisation cellulaire appelé détection de quorum pour détecter leur concentration dans une colonie et générer des réponses coordonnées. Les cellules eucaryotes peuvent libérer des ligands qui ciblent la même cellule qui a produit le signal (signalisation autocrine) ou les cellules voisines (signalisation paracrine). Les signaux peuvent même être envoyés sur de longues distances, comme dans le cas de certaines hormones, et produire des réponses dans des cellules distantes, appelées signalisation endocrinienne. La signalisation dépendante du contact décrit les voies physiques créées entre les cellules voisines par lesquelles les signaux cytoplasmiques peuvent passer rapidement. Les cellules du système nerveux peuvent générer des réponses rapides grâce à une spécialisation de la signalisation cellulaire appelée signalisation synaptique.