952
Новое исследование показывает, что ионные градиенты через клеточные мембраны создают сеть для быстрого принятия решений клеткой отдельно от ДНК. Клетки постоянно перемещаются в динамической среде, сталкиваясь с постоянно меняющимися условиями и вызовами. Но как клеточки скоро адаптируются к этим колебаниям среды?
Новое исследование онкологического центра Моффита, опубликованное в iScience, дает ответ на этот вопрос, подвергая сомнению наше понимание того, как функционируют клетки. Команда исследователей предполагает, что клетки имеют ранее неизвестную систему обработки информации, которая позволяет принимать быстрые решения независимо от их генов.
Десятилетиями ученые рассматривали ДНК как единственный источник клеточной информации. Этот план ДНК указывает клеткам, как строить белки и выполнять основные функции. Однако новое исследование в Moffitt под руководством Дипеша Нираулы, доктора философии, и Роберта Гейтенби, доктора медицинских наук, выявило негеномную информационную систему, работающую вместе с ДНК, позволяя клеткам собирать информацию из окружающей среды и быстро реагировать на изменения.
Роль ионных градиентов
Исследование было сосредоточено на роли ионных градиентов через клеточную мембрану. Эти градиенты, поддерживаемые специализированными насосами, требуют больших затрат энергии для создания переменных трансмембранных электрических потенциалов. Исследователи предположили, что градиенты представляют собой огромный резервуар информации, позволяющий клеткам постоянно контролировать окружающую среду.
Когда информация получается в определенной точке клеточной мембраны, она взаимодействует со специализированными воротами в открывающихся затем ионно-специфических каналах, позволяя этим ионам течь вдоль уже существующих градиентов, образуя канал связи. Потоки ионов вызывают каскад прилегающих к мембране событий, позволяя клетке анализировать информацию и быстро реагировать на нее. Когда потоки ионов велики или продолжительны, они могут вызвать самосборку микротрубочек и микрофиламентов для цитоскелета.
Как правило, сеть цитоскелета обеспечивает механическую поддержку клетки и отвечает за форму и движение клетки. Однако исследователи Моффита отметили, что белки цитоскелета также являются отличными проводниками ионов.
Это позволяет цитоскелету действовать как высокодинамическая внутриклеточная сеть для передачи информации на основе ионов от мембраны к внутриклеточным органеллам, включая митохондрии, эндоплазматический ретикулум и ядро. Исследователи предположили, что эта система, позволяющая быстро и локально реагировать на определенные сигналы, может генерировать скоординированные региональные или глобальные ответы на большие изменения окружающей среды.
Ведомости и последствия исследования
"Наше исследование раскрывает способность клеток использовать трансмембранные градиенты ионов как средство связи, что позволяет им быстро ощущать изменения в окружающей среде и реагировать на них", - сказал Нираула, научный сотрудник отдела машинного обучения. Эта запутанная сеть позволяет клеткам принимать быстрые и обоснованные решения, критические для их выживания и функционирования.
Исследователи полагают, что эта негеномная информационная система имеет решающее значение для формирования и поддержания нормальной многоклеточной ткани и предполагают, что хорошо описанные потоки ионов в нейронах являются специальным примером этой широкой информационной сети. Нарушение этой динамики может быть критическим компонентом развития рака.
Они продемонстрировали, что их модель согласуется с несколькими экспериментальными наблюдениями, и осветили несколько прогнозов, которые можно проверить, что вытекают из их модели, надеясь проложить путь для будущих экспериментов, чтобы проверить их теорию и пролить свет на тонкости принятия решений клетками.
«Это исследование ставит под сомнение неявное предположение в биологии о том, что геном является единственным источником информации, а ядро действует как своеобразный центральный процессор. Мы представляем совершенно новую сеть информации, которая обеспечивает быструю адаптацию и сложную коммуникацию, необходимую для выживаемости клеток и, вероятно, глубоко вовлеченную в межклеточную передачу сигналов, позволяющую функционировать многоклеточным организмам», — сказал Гейтенби, содиректор Центра передового опыта эволюционной терапии.
