มูลฐานของการถ่ายโอนสัญญาณก็คือ การแปลสิ่งเร้าโดยเฉพาะอย่างหนึ่งให้เป็นสัญญาณทางเคมีชีวภาพรูปแบบของสิ่งเร้าที่ว่าจะต่างกันอย่างหลากหลาย เริ่มตั้งแต่สิ่งเร้านอกเซลล์ เช่น epidermal growth factor (EGF)จนถึงเหตุการณ์ภายในเซลล์เอง เช่น ความเสียหายต่อดีเอ็นเอเพราะ telomere ที่สั้นลงเนื่องจากการแบ่งเซลล์[9]

ตามธรรมดาแล้ว สัญญาณคือกระแสประสาทที่ส่งไปยังระบบประสาทกลาง จะมาจากประสาทสัมผัสซึ่งส่งจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์ประสาทหนึ่ง เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การสื่อประสาท (synaptic transmission/neurotransmission)แต่ก็มีกลไกการส่งสัญญาณอื่น ๆ ระหว่างเซลล์ในสัตว์หลายเซลล์ เช่น ที่ควบคุมพัฒนาการเมื่อยังเป็นตัวอ่อน[10]

ลิแกนด์

วิถีการถ่ายโอนสัญญาณโดยมากจะมีการจับกันของโมเลกุลส่งสัญญาณ ที่เรียกว่า ลิแกนด์ กับหน่วยรับ แล้วจุดชนวนเหตุการณ์ต่าง ๆ ภายในเซลล์คือการจับกันของลิแกนด์กับหน่วยรับ จะทำให้หน่วยรับเปลี่ยนโครงรูป (conformational change) เป็นการเริ่มการทำงาน/การก่อสภาพกัมมันต์ของหน่วยรับ (receptor activation) ให้เป็นสภาพที่ออกฤทธิ์ได้ลิแกนด์โดยมากจะเป็นโมเลกุลละลายได้ในสื่อนอกเซลล์ โมเลกุลรวมทั้ง growth factors, cytokines, และสารสื่อประสาท

องค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์เช่น fibronectin และ hyaluronan ก็สามารถจับกับหน่วยรับด้วย (คือกับ integrins และ CD44 ตามลำดับ)อนึ่ง โมเลกุลบางอย่างเช่น ฮอร์โมนแบบสเตอรอยด์ จะละลายในลิพิดได้ และดังนั้น จึงสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อเข้าไปถึงหน่วยรับที่นิวเคลียส (nuclear receptors)[11]ในกรณีของหน่วยรับฮอร์โมนสเตอรอยด์ การกระตุ้นหน่วยรับจะทำให้มันจับกับบริเวณ promoter ของยีนที่ตอบสนองต่อสเตอรอยด์[12]

การจัดหมู่โมเลกุลส่งสัญญาณไม่ใช่ว่า จะเป็นไปตามธรรมชาติอย่างใดอย่างหนึ่งโดยเฉพาะเท่านั้นของสมาชิกในหมู่ยกตัวอย่างเช่น โมเลกุลมีกลิ่น (odorant) จัดอยู่ในหมวดหมู่ต่าง ๆ มากมาย[13]สารสื่อประสาทก็เหมือนกัน ซึ่งเริ่มตั้งแต่โมเลกุลเล็ก ๆ เช่น โดพามีน[14]ไปจนถึง neuropeptide เช่น เอ็นดอร์ฟิน[15]นอกจากนั้น โมเลกุลบางอย่างอาจอยู่ในหมู่มากกว่าหนึ่งเช่น เอพิเนฟรีนเป็นทั้งสารสื่อประสาทเมื่อหลั่งออกโดยระบบประสาทกลาง และเป็นฮอร์โมนเมื่อหลั่งออกโดยต่อมหมวกไตส่วนใน (adrenal medulla)

หน่วยรับบางอย่างเช่น HER2 สามารถทำงานโดยไร้ลิแกนด์เมื่อแสดงออกมากเกินไปหรือกลายพันธุ์เป็นการก่อสภาพกัมมันต์ของวิถีส่งสัญญาณเอง โดยกลไกชดเชยอาจไม่สามารถระงับได้ในกรณีของ HER2 ซึ่งเป็นคู่ขาในไดเมอร์ร่วมกับ EGFR สภาพกัมมันต์เช่นนี้ทำให้เพิ่มจำนวนเซลล์มากเกินแล้วเกิดมะเร็ง[16]

แรงกล

ความแพร่หลายของเยื่อฐาน (basement membrane) ในเนื้อเยื่อของสัตว์เคลด Eumetazoa เป็นตัวบ่งว่า เซลล์โดยมากจะต้องยึดอยู่กับที่เพื่อให้รอดชีวิตได้ข้อบังคับนี้ทำให้วิวัฒนาการเกิดวิถีการถ่ายโอนแรงกล (mechanotransduction pathway) ที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้เซลล์รู้ความแข็งอ่อนของชั้นเนื้อเยื่อที่อยู่ข้างใต้ได้การส่งสัญญาณเช่นนี้จะพบที่ focal adhesion ซึ่งเป็นบริเวณที่ actin cytoskeleton อันยึดอยู่กับ integrin ตรวจจับความเปลี่ยนแปลงแล้วส่งสัญญาณต่อโดยผ่านโปรตีน YAP1[17]โมเลกุลยึดเซลล์ (cell adhesion molecules) ที่อาศัยแคลเซียม เช่น cadherin และ selectin ก็สามารถอำนวยการถ่ายโอนแรงกลด้วย[18]การถ่ายโอนแรงกลแบบพิเศษภายในระบบประสาททำให้สามารถรับรู้แรงกลได้ เช่น การได้ยิน สัมผัส การรับรู้อากัปกิริยา และการกำหนดรู้การทรงตัว[19]

ความดันออสโมซิส

การควบคุมความดันออสโมซิส (osmotic pressure) คือความแตกต่างทางออสโมลาริตีระหว่างไซโตซอลกับสื่อนอกเซลล์ ทั้งในระดับเซลล์และทั้งระบบ เป็นเรื่องสำคัญอย่างวิกฤติในเรื่องภาวะธำรงดุลเซลล์สามารถตรวจจับสิ่งเร้าแบบออสโมซิสด้วยความเปลี่ยนแปลงของ macromolecular crowding[upper-alpha 1]ด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าของไอออน และด้วยคุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์หรือของ cytoskeleton โดยอย่างหลังสุดนี้เป็นการถ่ายโอนแรงกลอย่างหนึ่ง[21]

ความเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถตรวจจับด้วยโปรตีนที่เรียกว่า osmosensor หรือ osmoreceptorในมนุษย์ osmosensor ที่ได้ศึกษาละเอียดที่สุดก็คือ transient receptor potential channel (TRP channel) ซึ่งอยู่ที่ซีเลียอันเคลื่อนที่ไม่ได้ (nonmotile cillia) ในเซลล์มนุษย์[21][22]ส่วนในยีสต์ มีการศึกษาวิถี HOG อย่างละเอียดที่สุด[23]

อุณหภูมิ

การรับอุณหภูมิในเซลล์เรียกว่า thermoception และโดยมากอำนวยโดยช่อง transient receptor potential channel (TRP channel)[24]อนึ่ง เซลล์ของสัตว์มีกลไกสงวนที่ไม่ได้เปลี่ยนตามวิวัฒนาการ เพื่อป้องกันอุณหภูมิสูงไม่ให้สร้างความเสียหายในเซลล์ เรียกว่า การตอบสนองต่อช็อกความร้อน (heat-shock response)การตอบสนองเช่นนี้จะจุดชนวนเมื่ออุณหภูมิสูงทำให้โปรตีนช็อกความร้อน Heat shock factor 1 (HSF1) ที่เบื้องต้นไม่มีฤทธิ์แตกตัวจากคอมเพล็กซ์คือ Hsp40/Hsp70 และ Hsp90เมื่อได้อำนวยการจาก Non-coding RNA คือ hsr1 โปรตีน HSF1 ก็จะรวมเป็นไทรเมอร์ที่มีฤทธิ์ แล้วเพิ่ม (upregulation) การแสดงออกของยีนเป้าหมาย[25]ยังมีกลไกรับรู้อุณหภูมิอื่น ๆ อีกมากในทั้งโพรแคริโอตและยูแคริโอต[24]

แสง

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แสงเป็นตัวกำหนดการเห็นและนาฬิกาจังหวะรอบวัน (circadian clock) โดยเริ่มการทำงานของโปรตีนไวแสงในเซลล์รับแสงที่จอตาในกรณีการเห็น rhodopsin ในเซลล์รูปแท่งและเซลล์รูปกรวย จะเป็นโปรตีนที่ตรวจจับแสง[26]ส่วนนาฬิกาจังหวะรอบวันจะใช้สารรงควัตถุไวแสงที่ต่างกัน คือ melanopsin ซึ่งมีหน้าที่ตรวจจับแสงภายใน intrinsically photosensitive retinal ganglion cells[27]