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Uma nova pesquisa do Moffitt Cancer Center revela que as células têm um sistema de informação até então desconhecido baseado em gradientes iônicos e no citoesqueleto, permitindo uma rápida adaptação às mudanças ambientais. Isto desafia as visões tradicionais do ADN como a única fonte de informação celular e pode impactar a nossa compreensão da função celular e do cancro.
Novo estudo revela que gradientes de íons através das membranas celulares criam uma rede para rápida tomada de decisões celulares, separada de ADN.
As células navegam constantemente num ambiente dinâmico, enfrentando condições e desafios em constante mudança. Mas como é que as células se adaptam rapidamente a estas flutuações ambientais?
Um novo estudo do Moffitt Cancer Center, publicado em iCiência, está respondendo a essa pergunta desafiando nossa compreensão de como as células funcionam. Uma equipe de pesquisadores sugere que as células possuem um sistema de processamento de informações até então desconhecido que lhes permite tomar decisões rápidas, independentemente de seus genes.
Durante décadas, os cientistas consideraram o DNA como a única fonte de informação celular. Este modelo de DNA instrui as células sobre como construir proteínas e realizar funções essenciais. No entanto, uma nova investigação em Moffitt liderada por Dipesh Niraula, Ph.D., e Robert Gatenby, MD, descobriu um sistema de informação não genómico que funciona juntamente com o ADN, permitindo às células recolher informações do ambiente e responder rapidamente às mudanças.
O papel dos gradientes iônicos
O estudo se concentrou no papel dos gradientes de íons através da membrana celular. Esses gradientes, mantidos por bombas especializadas, requerem grande gasto de energia para gerar potenciais elétricos transmembrana variados. Os investigadores propuseram que os gradientes representam um enorme reservatório de informação que permite às células monitorizar continuamente o seu ambiente.
Quando a informação é recebida em algum ponto da membrana celular, ela interage com portas especializadas em canais específicos de íons, que então se abrem, permitindo que esses íons fluam ao longo dos gradientes pré-existentes para formar um canal de comunicação. Os fluxos iônicos desencadeiam uma cascata de eventos adjacentes à membrana, permitindo que a célula analise e responda rapidamente à informação. Quando os fluxos iônicos são grandes ou prolongados, eles podem causar a automontagem dos microtúbulos e microfilamentos do citoesqueleto.
Normalmente, a rede do citoesqueleto fornece suporte mecânico para a célula e é responsável pela forma e movimento da célula. No entanto, os pesquisadores da Moffitt notaram que as proteínas do citoesqueleto também são excelentes condutores de íons.
Isso permite que o citoesqueleto atue como uma rede de fiação intracelular altamente dinâmica para transmitir informações baseadas em íons da membrana para as organelas intracelulares, incluindo mitocôndrias, retículo endoplasmático e núcleo. Os investigadores sugeriram que este sistema, que permite respostas rápidas e locais a sinais específicos, também pode gerar respostas regionais ou globais coordenadas a mudanças ambientais maiores.
Insights e implicações do estudo
“Nossa pesquisa revela a capacidade das células de aproveitar gradientes de íons transmembrana como meio de comunicação, permitindo-lhes sentir e responder rapidamente às mudanças em seu entorno”, disse Niraula, cientista de pesquisa aplicada no Departamento de Aprendizado de Máquina. “Esta rede intrincada permite que as células tomem decisões rápidas e informadas, críticas para a sua sobrevivência e funcionamento.”
Os investigadores acreditam que este sistema de informação não genómico é crítico para a formação e manutenção do tecido multicelular normal e sugere que os fluxos de iões bem descritos nos neurónios representam um exemplo especializado desta ampla rede de informação. A interrupção desta dinâmica também pode ser um componente crítico do desenvolvimento do cancro.
Eles demonstraram que seu modelo era consistente com múltiplas observações experimentais e destacaram várias previsões testáveis surgidas de seu modelo, abrindo caminho para experimentos futuros para validar sua teoria e lançar luz sobre os meandros da tomada de decisão celular.
“Este estudo desafia a suposição implícita na biologia de que o genoma é a única fonte de informação e que o núcleo atua como uma espécie de processador central. Apresentamos uma rede inteiramente nova de informações que permite a adaptação rápida e a comunicação sofisticada necessária para a sobrevivência celular e provavelmente profundamente envolvida na sinalização intercelular que permite o funcionamento de organismos multicelulares”, disse Gatenby, codiretor do Centro de Excelência para Terapia Evolutiva da Moffitt. .
Referência: “Modelagem de dinâmica de informação não genética em células usando computação de reservatório” por Dipesh Niraula, Issam El Naqa, Jack Adam Tuszynski e Robert A. Gatenby, 28 de março de 2024, iCiência.
DOI: 10.1016/j.isci.2024.109614
Este trabalho foi apoiado pela Instituto Nacional de Saúde (R01-CA233487).
