מאתגר את הבנת הביולוגים: מחקר חדש מצביע על כך שלתאים יש מערכת תקשורת סודית

מחקר חדש מגלה שדרגות יונים על פני ממברנות התא יוצרות רשת לקבלת החלטות סלולריות מהירה, בנפרד מ DNA.

תאים מנווטים ללא הרף בסביבה דינמית, מתמודדים עם תנאים ואתגרים משתנים ללא הרף. אבל איך תאים מסתגלים במהירות לתנודות הסביבתיות הללו?

מחקר חדש של מרכז הסרטן של מופיט, שפורסם ב iScience, הוא עונה על השאלה הזו על ידי קריאת תיגר על ההבנה שלנו לגבי אופן פעולת התאים. צוות חוקרים מציע שלתאים יש מערכת עיבוד מידע שלא הייתה ידועה בעבר, המאפשרת להם לקבל החלטות מהירות ללא תלות בגנים שלהם.

במשך עשרות שנים, מדענים ראו ב-DNA את המקור היחיד למידע סלולרי. שרטוט DNA זה מורה לתאים כיצד לבנות חלבונים ולבצע פונקציות חיוניות. עם זאת, מחקר חדש ב-Moffitt בראשות Dipesh Niraula, Ph.D., ו-Robert Gatenby, MD, גילה מערכת מידע לא גנומית הפועלת לצד DNA, המאפשרת לתאים לאסוף מידע מהסביבה ולהגיב במהירות לשינויים.

תפקידם של שיפועים יונים

המחקר התמקד בתפקיד של גרדיאנטים של יונים על פני קרום התא. שיפועים אלה, המתוחזקים על ידי משאבות מיוחדות, דורשים הוצאת אנרגיה גדולה כדי ליצור פוטנציאלים חשמליים טרנסממברניים משתנים. החוקרים הציעו שהשיפועים מייצגים מאגר מידע עצום המאפשר לתאים לנטר את סביבתם באופן רציף.

כאשר מידע מתקבל בשלב מסוים על קרום התא, הוא מקיים אינטראקציה עם שערים מיוחדים בערוצים ספציפיים ליונים, הנפתחים לאחר מכן, ומאפשרים ליונים אלה לזרום לאורך השיפועים הקיימים ליצירת ערוץ תקשורת. שטפי היונים מעוררים מפל אירועים סמוך לממברנה, ומאפשרים לתא לנתח ולהגיב במהירות למידע. כאשר שטפי היונים גדולים או ממושכים, הם עלולים לגרום להרכבה עצמית של המיקרוטובולים והמיקרופילמנטים עבור השלד הציטוס.

בדרך כלל, רשת השלד הציטוניים מספקת תמיכה מכנית לתא ואחראית על צורת התא ותנועתו. עם זאת, חוקרי מופיט ציינו כי חלבונים מהשלד הציטוניים הם גם מוליכים יונים מצוינים.

זה מאפשר לשלד הציטוס לפעול כרשת חיווט תוך-תאית דינמית ביותר להעברת מידע מבוסס-יונים מהממברנה לאברונים התוך-תאיים, כולל המיטוכונדריה, הרשת האנדופלזמית והגרעין. החוקרים הציעו כי מערכת זו, המאפשרת תגובות מהירות ומקומיות לאותות ספציפיים, יכולה גם ליצור תגובות אזוריות או גלובליות מתואמות לשינויים סביבתיים גדולים יותר.

תובנות והשלכות של המחקר

"המחקר שלנו חושף את יכולתם של תאים לרתום שיפועים של יונים טרנסממברניים כאמצעי תקשורת, המאפשר להם לחוש ולהגיב לשינויים בסביבתם במהירות", אמרה ניראולה, מדען מחקר יישומי במחלקה ללמידת מכונה. "הרשת המורכבת הזו מאפשרת לתאים לקבל החלטות מהירות ומושכלות, קריטיות להישרדותם ולתפקודם".

החוקרים מאמינים שמערכת המידע הלא-גנומית הזו היא קריטית ליצירת ושימור רקמה רב-תאית תקינה ומציעה ששטפי היונים המתוארים היטב בנוירונים מייצגים דוגמה מיוחדת לרשת מידע רחבה זו. שיבוש של הדינמיקה הזו עשוי להיות גם מרכיב קריטי בהתפתחות סרטן.

הם הוכיחו שהמודל שלהם עולה בקנה אחד עם תצפיות ניסויות מרובות והדגישו כמה תחזיות הניתנות לבדיקה הנובעות מהמודל שלהם, בתקווה לסלול את הדרך לניסויים עתידיים לאמת את התיאוריה שלהם ולשפוך אור על המורכבות של קבלת החלטות סלולרית.

"מחקר זה מאתגר את ההנחה הסמויה בביולוגיה שהגנום הוא המקור היחיד למידע, ושהגרעין פועל כמעין מעבד מרכזי. אנו מציגים רשת חדשה לגמרי של מידע המאפשרת הסתגלות מהירה ותקשורת מתוחכמת הנחוצה להישרדות התא וכנראה מעורבת עמוקה באיתות הבין-תאי המאפשרת אורגניזמים רב-תאיים מתפקדים", אמר גייטנבי, מנהל שותף של מרכז המצוינות לטיפול אבולוציוני במופיט. .

עבודה זו נתמכה על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות (R01-CA233487).