Pronađen skriveni komunikacijski sustav u ljudskim stanicama

Stanice neprestano upravljaju dinamičnim okruženjem, suočavajući se s promjenjivim uvjetima i izazovima. No, kako se stanice brzo prilagođavaju ovim fluktuacijama? Novo istraživanje u Moffitt Cancer Centeru, objavljeno u časopisu iScience, daje odgovor na ovo pitanje, izazivajući naše razumijevanje funkcioniranja stanica. Tim istraživača predlaže da stanice posjeduju prethodno nepoznat sustav obrade informacija koji im omogućuje brzo donošenje odluka neovisno o njihovim genima.

Desetljećima su znanstvenici smatrali DNK jedinim izvorom staničnih informacija. Ova DNK šifra daje upute stanicama kako izgraditi proteine i provoditi ključne funkcije. Međutim, novo istraživanje u Moffittu koje su predvodili Dipesh Niraula, dr. sc., i Robert Gatenby, dr. med., otkriva negenomski sustav informacija koji djeluje paralelno s DNK, omogućujući stanicama prikupljanje informacija iz okoliša i brzo reagiranje na promjene.

Studija se usredotočila na ulogu ionskih gradijenata preko stanične membrane. Ove gradijente, koje održavaju specijalizirane ‘pumpe’, zahtijevaju velik utrošak energije za stvaranje različitih transmembranskih električnih potencijala. Istraživači su predložili da gradijenti predstavljaju golemu zalihu informacija koja omogućuje stanicama kontinuirano praćenje njihovog okruženja. Kada se informacija primi na nekoj točki stanične membrane, ona stupa u interakciju sa specijaliziranim ‘vratima‘ u ionskim kanalima, koja se potom otvaraju, dopuštajući tim ionima da teku duž već postojećih gradijenata kako bi stvorili komunikacijski kanal. Protok iona pokreće lanac događaja uz membranu, omogućujući stanici da analizira informacije i brzo reagira na njih. Kad su protoci iona veliki ili dugotrajni, mogu uzrokovati samoorganizaciju mikrotubula i mikrofilamenata za citoskelet.

Uloga citoskeleta

Citokselet obično pruža mehaničku potporu stanici te je odgovoran za oblik i kretanje stanice. Međutim, istraživači iz Moffitta primijetili su da su proteini iz citoskeleta također izvrsni vodiči iona. To omogućuje citoskeletu da djeluje kao vrlo dinamična unutarnja žičana mreža koja prenosi informacije bazirane na ionima od membrane do unutarstaničnih organela, uključujući mitohondrije, endoplazmatski retikulum i jezgru. Istraživači su sugerirali da ovaj sustav, koji omogućuje brze i lokalne odgovore na specifične signale, također može generirati koordinirane regionalne ili globalne odgovore na veće promjene u okolišu.

“Naše istraživanje otkriva sposobnost stanica da koriste transmembranske ionske gradijente kao sredstvo komunikacije, što im omogućuje da brzo osjete i reagiraju na promjene u svojoj okolini”, rekao je Niraula, znanstvenik u Odjelu za strojno učenje. “Ova složena mreža omogućuje stanicama donošenje brzih i informiranih odluka, što je ključno za njihov opstanak i funkciju.”

Istraživači vjeruju da je ovaj negenomski sustav informacija ključan za stvaranje i održavanje normalnog višestaničnog tkiva, te sugeriraju da dobro opisani protoci iona u neuronima predstavljaju specijalizirani primjer ove široke informacijske mreže. Poremećaj ove dinamike također može biti ključna komponenta razvoja raka. Demonstrirali su da je njihov model u skladu s brojnim eksperimentalnim zapažanjima i istaknuli nekoliko provjerljivih predviđanja koja proizlaze iz njihovog modela, nadamo se, utirući put budućim eksperimentima koji će potvrditi njihovu teoriju i rasvijetliti složenost donošenja staničnih odluka.

“Ovo istraživanje dovodi u pitanje prešutnu pretpostavku u biologiji da je genom jedini izvor informacija, a jezgra djeluje kao svojevrsni središnji procesor. Predstavljamo potpuno novu mrežu informacija koja omogućuje brzu prilagodbu i sofisticiranu komunikaciju potrebnu za preživljavanje stanica i vjerojatno duboko uključenu u međustaničnu signalizaciju koja omogućuje funkcioniranje višestaničnih organizama”, rekao je Gatenby, suvoditelj Centra izvrsnosti za evolucijsku terapiju u Moffittu.