Ćelije se stalno kreću kroz dinamično okruženje, suočavajući se sa uslovima i izazovima koji se stalno menjaju. Ali kako se ćelije brzo prilagođavaju ovim fluktuacijama životne sredine?
Nova studija Moffitt Cancer Center, objavljena u iScience, daje odgovor na to pitanje tako što dovodi u pitanje naše razumevanje kako ćelije funkcionišu. Tim istraživača sugeriše da ćelije poseduju ranije nepoznat sistem za obradu informacija koji im omogućava da donose brze odluke nezavisno od svojih gena.
Decenijama, naučnici su posmatrali DNK kao jedini izvor ćelijskih informacija. Ovaj DNK nacrt daje uputstva ćelijama kako da grade proteine i obavljaju osnovne funkcije. Međutim, novo istraživanje u Moffitt-u koje su vodili Dipesh Niraula, Ph.D., i Robert Gatenbi, M.D., otkrilo je negenomski informacioni sistem koji funkcioniše zajedno sa DNK, omogućavajući ćelijama da prikupljaju informacije iz okoline i brzo reaguju na promene.
Studija se fokusirala na ulogu gradijenata jona kroz ćelijsku membranu. Ovi gradijenti, koje održavaju specijalizovane pumpe, zahtevaju veliku potrošnju energije za generisanje različitih transmembranskih električnih potencijala. Istraživači su predložili da gradijenti predstavljaju ogroman rezervoar informacija koji omogućava ćelijama da kontinuirano prate svoje okruženje.
Kada se informacija primi u nekom trenutku na ćelijskoj membrani, ona stupa u interakciju sa specijalizovanim kapijama u kanalima specifičnim za jone, koji se zatim otvaraju, omogućavajući tim jonima da teku duž već postojećih gradijenta i formiraju komunikacioni kanal. Tokovi jona pokreću kaskadu događaja pored membrane, omogućavajući ćeliji da analizira i brzo reaguje na informacije. Kada su fluksovi jona veliki ili produženi, oni mogu izazvati samosastavljanje mikrotubula i mikrofilamenata za citoskelet.
Tipično, mreža citoskeleta obezbeđuje mehaničku podršku za ćeliju i odgovorna je za oblik i kretanje ćelije. Međutim, istraživači su primetili da su proteini iz citoskeleta takođe odlični provodnici jona. Ovo omogućava citoskeletu da deluje kao veoma dinamična intracelularna mreža za prenos informacija zasnovanih na jonima od membrane do intracelularnih organela, uključujući mitohondrije, endoplazmatski retikulum i jezgro. Istraživači su sugerisali da ovaj sistem, koji omogućava brze i lokalne odgovore na specifične signale, takođe može da generiše koordinirane regionalne ili globalne odgovore na veće promene životne sredine.
„Naše istraživanje otkriva sposobnost ćelija da iskoriste transmembranske jonske gradijente kao sredstvo komunikacije, omogućavajući im da brzo osete promene u svom okruženju i reaguju na njih“, rekao je Niraula, naučnik primenjenog istraživanja u Odeljenju za mašinsko učenje. „Ova složena mreža omogućava ćelijama da donose brze i informisane odluke, kritične za njihov opstanak i funkciju.“
Istraživači veruju da je ovaj negenomski informacioni sistem kritičan za formiranje i održavanje normalnog višećelijskog tkiva, i sugerišu da dobro opisani tokovi jona u neuronima predstavljaju specijalizovani primer ove široke informacione mreže.
Poremećaj ove dinamike takođe može biti kritična komponenta razvoja raka. Tim je pokazao da je njihov model u skladu sa višestrukim eksperimentalnim zapažanjima i istakao nekoliko testiranih predviđanja koja proizilaze iz njihovog modela, nadamo se da će otvoriti put budućim eksperimentima koji će potvrditi njihovu teoriju i baciti svetlo na zamršenost ćelijskog odlučivanja.
„Ova studija dovodi u pitanje implicitnu pretpostavku u biologiji da je genom jedini izvor informacija i da jezgro deluje kao neka vrsta centralnog procesora. Predstavljamo potpuno novu mrežu informacija koja omogućava brzu adaptaciju i sofisticiranu komunikaciju neophodnu za opstanak ćelije. i verovatno duboko uključen u međućelijsku signalizaciju koja omogućava funkcionisanje višećelijskih organizama“, rekao je Gatenbi, ko-direktor Centra izvrsnosti za evolucionu terapiju u Moffitu.
