信號分子在細胞內外的作用環境

細胞外

在一定條件下，細胞外的化學信號能引發細胞的定向移動。這些信號有些時候是底質表面上一些難溶物質，有些時候則是可溶物質。信號分子有很多，可以是肽，代謝產物，細胞壁或是細胞膜的殘片，信息分子的作用是與靶細胞的受體結合，改變受體的性質和作用，完成一系列的反應，去激活或抑制肌動蛋白結合蛋白的活性，最終改變細胞骨架的狀態。親水性信息分子不能穿過細胞膜，其受體在靶細胞的膜上，親脂性信息分子易穿過細胞膜，其受體存在于靶細胞的胞漿及細胞核中。可溶物質通常不是均勻溶解在溶劑中，而是靠近源的區域濃度高，遠離源的區域濃度低，形成所謂的“濃度梯度”。細胞膜上的受體可感受到那些被稱為化學趨向吸引物（chemotacticattractant），并且逆著它們的濃度梯度去追根尋源。某些信號分子甚至會影響細胞移行的速度，這些信號分子則被稱為化學趨向劑（chemokineticagent）。細胞這種因化學分子改變自己移動的行為，被稱為化學趨向性。例如盤基網柄菌（Dictyosteliumdiscoideum）會逆著cAMP濃度梯度的運動。白血球也會受到一些細菌分泌的三肽化學物質f-Met-Leu-Phe（N-甲酰蛋-亮-苯丙氨酸）吸引而往細菌移動，發揮其免疫功能。而在胚胎發生中的神經嵴細胞則并非靠濃度梯度，而是路標物質識別其去向（請見下文“路標信號”一節）。

但是細胞外基質中也存在著一些蛋白，如硫酸軟骨蛋白多糖（chondroitinsulfateproteoglycan）會與神經細胞的粘著蛋白起作用，對細胞遷移形成阻滯。它會抑制脊髓損傷患者神經損傷區域新突觸的相連與再生。

細胞內

細胞外信號種類繁多，但是當它們與細胞膜上受體結合之后，作用的途徑卻只有有限的幾種。而與細胞遷移有關的信號傳導過程如下：信號分子結合到膜上受體，或者是激活與受體偶聯的蛋白質—大G蛋白，或者先是激活受體酪氨酸激酶，再激活下游的小G蛋白Ras。G蛋白是一個很大的家族，包括Rho，Rac，Ras等小家族，它們在細胞中扮演著信號傳導開關的角色。當它們與GDP結合時，呈現失活狀態。在鳥嘌呤交換因子（英文：Guaninexchangefactor，簡稱GEF）的幫助下，G蛋白脫離GDP并與GTP結合，進入激活狀態。G蛋白的GTP會被GTP酶激活蛋白（英文GTPase-activatingproteins，簡稱GAP）水解，并釋放出其中的能量，讓G蛋白行使其功能。就是說，G蛋白通過這一GTP“GDP循環在激活“失活狀態中回旋，傳遞信號。當G蛋白被激活后，它下游的多種分子會被激活。

而致癌物質也可以通過這些信號傳導通路發揮其負面作用，如強烈致癌物質佛波酯（Phorbolester）。佛波酯會不可逆地激活細胞的RasGRP3“4，以激活Ras,Ras會再激活蛋白激酶C（ProteinkinaseC，PKC）。后者是調節細胞分裂和分化的酶。它被佛波酯不正常的激活，有可能對癌癥的產生起促進作用。研究還發現，佛波酯對黑素瘤（melanoma）細胞轉移到肺部有促進作用。而細菌者，如志賀氏菌會在宿主胞膜上打洞，向細胞質注入效應蛋白質，激活宿主Rac和Cdc42，調整細胞的微絲網絡，以使自己順利進入宿主內。