研究表明细胞拥有隐藏的通讯系统

细胞不断地在动态环境中航行，面临不断变化的条件和挑战。但细胞如何快速适应这些环境波动呢?

莫菲特癌症中心的一项新研究发表在《iScience》上，通过挑战我们对细胞功能的理解来回答这个问题。一组研究人员认为，细胞拥有一种以前未知的信息处理系统，使它们能够独立于基因而做出快速决策。

几十年来，科学家一直将 DNA 视为细胞信息的唯一来源。该 DNA 蓝图指导细胞如何构建蛋白质并执行基本功能。然而，由 Dipesh Niraula 博士和 Robert Gatenby 医学博士领导的莫菲特大学的新研究发现了一种与 DNA 一起运行的非基因组信息系统，使细胞能够从环境中收集信息并对变化做出快速反应。

该研究的重点是跨细胞膜离子梯度的作用。这些梯度由专门的泵维持，需要大量的能量消耗才能产生不同的跨膜电势。研究人员提出，梯度代表了一个巨大的信息库，使细胞能够持续监测其环境。

当细胞膜上的某个点接收到信息时，它会与离子特异性通道中的专门门相互作用，然后打开门，允许这些离子沿着预先存在的梯度流动，形成通信通道。离子通量触发膜附近的一系列事件，使细胞能够分析信息并快速响应。当离子通量较大或时间较长时，它们会导致细胞骨架的微管和微丝自组装。

通常，细胞骨架网络为细胞提供机械支撑，并负责细胞的形状和运动。然而，研究人员指出，来自细胞骨架的蛋白质也是极好的离子导体。这使得细胞骨架充当高度动态的细胞内接线网络，将基于离子的信息从膜传输到细胞内细胞器，包括线粒体、内质网和细胞核。研究人员认为，该系统可以对特定信号做出快速的局部响应，也可以对更大的环境变化产生协调的区域或全球响应。

“我们的研究揭示了细胞利用跨膜离子梯度作为通信手段的能力，使它们能够快速感知和响应周围环境的变化，”机器学习系的应用研究科学家 Niraula 说。 “这个复杂的网络使细胞能够做出迅速、明智的决定，这对其生存和功能至关重要。”

研究人员认为，这种非基因组信息系统对于形成和维持正常多细胞组织至关重要，并表明神经元中详细描述的离子通量代表了这种广泛信息网络的一个特殊例子。

这些动态的破坏也可能是癌症发展的关键组成部分。该团队证明他们的模型与多个实验观察结果一致，并强调了他们的模型产生的几个可测试的预测，希望为未来的实验铺平道路，以验证他们的理论并揭示细胞决策的复杂性。

“这项研究挑战了生物学中的隐含假设，即基因组是唯一的信息来源，细胞核充当一种中央处理器。我们提出了一个全新的信息网络，可以实现细胞生存所需的快速适应和复杂的通信莫菲特进化治疗卓越中心联席主任盖恩比说：“并且可能深入参与允许多细胞生物发挥功能的细胞间信号传导。”