세포는 숨겨진 통신 시스템을 가지고 있을 수 있습니다

세포는 끊임없이 변화하는 조건과 도전에 직면하면서 역동적인 환경을 끊임없이 탐색합니다. 그러면 세포는 어떻게 이러한 환경 변동에 신속하게 적응합니까? 새로운 모피트 암센터(Moffitt Cancer Center) 연구는 아이사이언스는 세포가 어떻게 기능하는지에 대한 우리의 이해에 도전함으로써 그 질문에 대답하고 있습니다. 한 연구팀은 세포가 유전자에 관계없이 신속한 결정을 내릴 수 있도록 하는 이전에 알려지지 않은 정보 처리 시스템을 가지고 있다고 제안합니다.

수십 년 동안 과학자들은 DNA를 세포 정보의 ​​유일한 원천으로 여겨 왔습니다. 이 DNA 청사진은 세포에 단백질을 만들고 필수 기능을 수행하는 방법을 지시합니다. 그러나 Dipesh Niraula 박사와 Robert Gatenby 박사가 이끄는 Moffitt의 새로운 연구에서는 DNA와 함께 작동하여 세포가 환경에서 정보를 수집하고 변화에 신속하게 대응할 수 있게 해주는 비유전자 정보 시스템을 발견했습니다.

이번 연구는 세포막을 가로지르는 이온 구배의 역할에 초점을 맞췄습니다. 특수 펌프에 의해 유지되는 이러한 기울기는 다양한 막횡단 전위를 생성하기 위해 많은 에너지 소비를 필요로 합니다. 연구자들은 기울기가 세포가 환경을 지속적으로 모니터링할 수 있게 해주는 엄청난 양의 정보 저장소를 나타낸다고 제안했습니다. 세포막의 특정 지점에서 정보가 수신되면 이온 특정 채널의 특수 게이트와 상호 작용한 다음 열리면서 해당 이온이 기존 구배를 따라 흐르도록 하여 통신 채널을 형성합니다. 이온 플럭스는 막 근처에서 일련의 사건을 유발하여 세포가 정보를 분석하고 신속하게 반응할 수 있도록 합니다. 이온 플럭스가 크거나 길면 세포골격을 위한 미세소관과 미세필라멘트의 자가 조립을 유발할 수 있습니다.

일반적으로 세포골격 네트워크는 세포에 기계적 지지를 제공하고 세포 모양과 움직임을 담당합니다. 그러나 Moffitt 연구원들은 세포골격의 단백질이 또한 우수한 이온 전도체라는 점에 주목했습니다. 이를 통해 세포골격은 이온 기반 정보를 막에서 미토콘드리아, 소포체 및 핵을 포함한 세포내 소기관으로 전송하는 매우 역동적인 세포내 배선 네트워크 역할을 할 수 있습니다. 연구원들은 특정 신호에 대한 신속하고 국지적인 반응을 허용하는 이 시스템이 더 큰 환경 변화에 대해 지역적 또는 전 세계적으로 조화로운 대응을 생성할 수도 있다고 제안했습니다.

“우리의 연구는 세포가 막횡단 이온 구배를 통신 수단으로 활용하여 주변 환경의 변화를 신속하게 감지하고 대응할 수 있는 능력을 보여줍니다.”라고 기계 학습학과의 응용 연구 과학자인 Niraula가 말했습니다. “이 복잡한 네트워크를 통해 세포는 생존과 기능에 매우 중요한 신속하고 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.”

연구자들은 이 비유전적 정보 시스템이 정상적인 다세포 조직을 형성하고 유지하는 데 중요하다고 믿으며 잘 설명된 뉴런의 이온 플럭스가 이 광범위한 정보 네트워크의 특수한 예를 대표한다고 제안합니다. 이러한 역학의 붕괴는 또한 암 발병의 중요한 구성 요소일 수 있습니다. 그들은 자신의 모델이 여러 실험적 관찰과 일치함을 입증하고 모델에서 발생하는 몇 가지 테스트 가능한 예측을 강조하여 향후 실험에서 이론을 검증하고 세포 의사 결정의 복잡성을 밝힐 수 있는 길을 열었습니다.

“이 연구는 게놈이 정보의 유일한 원천이고 핵이 일종의 중앙 프로세서 역할을 한다는 생물학의 암묵적인 가정에 도전합니다. 우리는 세포 생존에 필요한 신속한 적응과 정교한 통신을 가능하게 하는 완전히 새로운 정보 네트워크를 제시합니다. 아마도 다세포 유기체의 기능을 허용하는 세포간 신호 전달에 깊이 관여하고 있을 것입니다.”라고 Moffitt의 진화 치료 센터의 공동 책임자인 Gatenby는 말했습니다.

이 작업은 국립보건원(R01-CA233487)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240424160454.htm