مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که گرادیان‌های یونی در سراسر غشای سلولی، شبکه‌ای برای تصمیم‌گیری سریع سلولی ایجاد می‌کنند.
به گزارش تکناک، سلول‌ها به‌طور مداوم در یک محیط پویا حرکت می‌کنند و با شرایط و مشکلات دائمی در حال تغییر مواجه می‌شوند. اما چگونه سلول‌ها به سرعت با این نوسانات محیطی سازگار می‌شوند؟
یک مطالعه جدید در مرکز سرطان موفیت که در مجله iScience منتشر شده است، با به زیر سوال بردن درک ما از نحوه عملکرد سلول‌ها به این سوال پاسخ می‌دهد. گروهی از محققان می‌گویند که سلول‌ها دارای یک سیستم پردازش اطلاعات ناشناخته هستند که به آنها اجازه می‌دهد مستقل از ژن‌هایشان تصمیم‌های سریع بگیرند.
برای دهه‌ها، دانشمندان DNA را تنها منبع اطلاعات سلولی می‌دانستند. DNA به سلول‌ها آموزش می‌دهد که چگونه پروتئین‌ها را بسازند و عملکردهای ضروری را انجام دهند. با این حال، تحقیقات جدید در مرکز سرطان موفیت به رهبری دکتر دیپش و دکتر رابرت گاتنبی، یک سیستم اطلاعات غیر ژنومیک را کشف کردند که در کنار DNA عمل می‌کند و سلول‌ها را قادر می‌سازد اطلاعات را از محیط جمع‌آوری کرده و به سرعت به تغییرات واکنش نشان دهند.
نقش گرادیان‌های یونی
این مطالعه بر روی نقش گرادیان‌های یونی در سراسر غشای سلولی متمرکز بود. این شیب‌ها که توسط پمپ‌های تخصصی نگهداری می‌شوند، برای تولید پتانسیل‌های الکتریکی گذر غشایی مختلف به مصرف انرژی زیادی نیاز دارند. محققان می‌گویند که گرادیان‌ها مخزن عظیمی از اطلاعات را نشان می‌دهند که به سلول‌ها اجازه می‌دهد محیط خود را به‌طور مداوم نظارت کنند.
هنگامی که اطلاعات در نقطه‌ای از غشای سلولی دریافت می‌شود، با دروازه‌های تخصصی در کانال‌های مخصوص یون تعامل می‌کند، که سپس باز می‌شود و به آن یون‌ها اجازه می‌دهد تا در امتداد گرادیان‌های از پیش موجود، جریان پیدا کنند تا یک کانال ارتباطی را تشکیل دهند. شارهای یونی مجموعه‌ای از رویدادها را در مجاورت غشاء به راه می‌اندازند و به سلول اجازه تجزیه و تحلیل و پاسخ سریع به اطلاعات را می‌دهند. هنگامی که شارهای یونی بزرگ یا طولانی هستند، می‌توانند باعث خودآرایی میکروتوبول‌ها و ریز رشته‌ها برای اسکلت سلولی شوند.
به‌طور معمول، شبکه اسکلت سلولی پشتیبانی مکانیکی برای سلول فراهم می‌کند و مسئول شکل و حرکت سلول است. با این حال، محققان خاطرنشان کردند که پروتئین‌های اسکلت سلولی، رسانای یونی عالی هستند.
این پروتئین‌ها به اسکلت سلولی اجازه می‌دهند تا به عنوان یک شبکه سیم‌کشی داخل سلولی بسیار پویا عمل کند تا اطلاعات مبتنی بر یون را از غشاء به اندامک‌های داخل سلولی از جمله میتوکندری، شبکه آندوپلاسمی و هسته منتقل کند. محققان می‌گویند این سیستم که امکان پاسخ‌های سریع و محلی به سیگنال‌های خاص را فراهم می‌کند، می‌تواند پاسخ‌های هماهنگ منطقه‌ای یا جهانی نسبت به تغییرات محیطی بزرگ‌تر نیز ایجاد کند.
بینش و پیامدهای مطالعه
نیراولا گفت: تحقیقات ما توانایی سلول‌ها را برای استفاده از گرادیان‌های یون غشایی به‌عنوان وسیله‌ای ارتباطی نشان می‌دهند، که به آنها اجازه می‌دهند تا تغییرات محیط اطراف خود را به سرعت حس کنند و به آن واکنش نشان دهند. این شبکه پیچیده سلول‌ها را قادر می‌سازد تا تصمیم‌های سریع و آگاهانه‌ای بگیرند که برای بقا و عملکردشان حیاتی است.
محققان بر این باورند که این سیستم اطلاعاتی غیر ژنومیک برای تشکیل و حفظ بافت چند سلولی طبیعی حیاتی است و نشان می‌دهد که شار یونی به خوبی توصیف شده در نورون‌ها، نمونه‌ای تخصصی از این شبکه اطلاعاتی گسترده است. اختلال در این پویایی‌ها نیز ممکن است یکی از اجزای حیاتی توسعه سرطان باشد.
محققان با اظهار اینکه مدل آنها با مشاهدات تجربی متعدد سازگار است و چندین پیش‌بینی قابل آزمایش ناشی از مدل خود را نشان دادند، امیدوار هستند راه را برای آزمایش‌های آینده برای تأیید نظریه خود و روشن کردن پیچیدگی‌های تصمیم‌گیری سلولی هموار کنند.
این مطالعه این فرض ضمنی در زیست‌شناسی را زیر سوال می‌برد که ژنوم تنها منبع اطلاعات است و هسته به عنوان نوعی پردازشگر مرکزی عمل می‌کند. گاتنبی، مدیر مرکز تعالی درمان تکاملی در موفیت گفت: ما یک شبکه کاملاً جدید از اطلاعات را ارائه می‌کنیم که امکان سازگاری سریع و ارتباطات پیچیده لازم برای بقای سلول را فراهم می‌کند و احتمالاً عمیقاً در سیگنال‌های بین سلولی که به ارگانیسم‌های چند سلولی اجازه عملکرد می‌دهد، درگیر است.
