Una nueva investigación sugiere que las células poseen un sistema de comunicación secreto

Una nueva investigación del Moffitt Cancer Center muestra que las células tienen un sistema de información previamente desconocido basado en gradientes iónicos y el citoesqueleto, que permite una rápida adaptación a los cambios ambientales. Esto desafía las opiniones tradicionales sobre el ADN como única fuente de información celular y puede tener un impacto en nuestra comprensión de la función celular y el cáncer.

Un nuevo estudio muestra que los gradientes de iones a través de las membranas celulares crean una red para una rápida toma de decisiones celulares, separada de ADN.

Las células navegan constantemente en un entorno dinámico, enfrentando condiciones y desafíos en constante cambio. Pero, ¿cómo se adaptan rápidamente las células a estas variaciones ambientales?

Un nuevo estudio del Moffitt Cancer Center, publicado en iCiencia, está respondiendo a esa pregunta desafiando nuestra comprensión de cómo funcionan las células. Un equipo de investigadores sugiere que las células poseen un sistema de procesamiento de información previamente desconocido que les permite tomar decisiones rápidas independientemente de sus genes.

Durante décadas, los científicos han considerado el ADN como la única fuente de información celular. Este modelo de ADN instruye a las células sobre cómo construir proteínas y realizar funciones esenciales. Sin embargo, una nueva investigación en Moffitt dirigida por Dipesh Niraula, Ph.D., y Robert Gatenby, MD, ha descubierto un sistema de información no genómica que opera en conjunto con el ADN, permitiendo a las células recopilar información del entorno y responder rápidamente a los cambios. .

El papel de los gradientes de iones

El estudio se centró en el papel de los gradientes de iones a través de la membrana celular. Estos gradientes, mantenidos por bombas especializadas, requieren un gran gasto de energía para generar potenciales eléctricos que varían transmembrana. Los investigadores propusieron que los gradientes representan una enorme reserva de información que permite a las células monitorear su entorno continuamente.

Cuando se recibe información en algún punto de la membrana celular, interactúa con puertas especializadas en canales iónicos específicos, que luego se abren, permitiendo que esos iones fluyan a lo largo de los gradientes preexistentes para formar un canal de comunicación. Los flujos de iones provocan una cascada de eventos cerca de la membrana, lo que permite a la célula analizar y responder rápidamente a la información. Cuando los flujos de iones son grandes o prolongados, pueden provocar el autoensamblaje de microtúbulos y microfilamentos en el citoesqueleto.

Normalmente, la red del citoesqueleto proporciona soporte mecánico a la célula y es responsable de su forma y movimiento. Sin embargo, los investigadores de Moffitt observaron que las proteínas del citoesqueleto también son excelentes conductoras de iones.

Esto permite que el citoesqueleto actúe como una red de cableado intracelular altamente dinámica para transmitir información basada en iones desde la membrana a los orgánulos intracelulares, incluidas las mitocondrias, el retículo endoplásmico y el núcleo. Los investigadores sugirieron que este sistema, que permite una respuesta rápida y local a señales específicas, también puede generar una respuesta regional o global coordinada a cambios ambientales más importantes.

Perspectivas e implicaciones del estudio

«Nuestra investigación revela la capacidad de las células para utilizar gradientes iónicos transmembrana como medio de comunicación, lo que les permite detectar y responder rápidamente a los cambios en su entorno», dijo Niraula, científica investigadora aplicada del Departamento de Aprendizaje Automático. «Esta compleja red permite a las células tomar decisiones rápidas e informadas, fundamentales para su supervivencia y funcionamiento».

Los investigadores creen que este sistema de información no genómico es fundamental para formar y mantener el tejido multicelular normal y sugieren que los flujos de iones en las neuronas, bien descritos, representan un ejemplo especializado de esta amplia red de información. La alteración de esta dinámica también puede ser un componente crítico del desarrollo del cáncer.

Demostraron que su modelo era consistente con múltiples observaciones experimentales y resaltaron varias predicciones comprobables que surgen de su modelo, con la esperanza de allanar el camino para futuros experimentos que validen su teoría y arrojen luz sobre las complejidades de la toma de decisiones celular.

«Este estudio desafía la suposición implícita en biología de que el genoma es la única fuente de información y que el núcleo actúa como una especie de procesador central. Presentamos una red de información completamente nueva que permite una adaptación rápida y sofisticada a la comunicación necesaria para la supervivencia celular y «Probablemente esté profundamente involucrado en la señalización intercelular que permite que los organismos multicelulares funcionen», dijo Gatenby, codirector del Centro de Excelencia para Terapia Evolutiva de Moffitt.

Referencia: «Modelado de la dinámica de la información no genética en células mediante computación de reservorios» por Dipesh Niraula, Issam El Naqa, Jack Adam Tuszynski y Robert A. Gatenby, 28 de marzo de 2024. iCiencia.
DOI: 10.1016/j.isci.2024.109614

Este trabajo fue apoyado por el Institutos Nacionales de Salud (R01-CA233487).