新研究表明细胞拥有某种未知的基于离子梯度的通信系统

细胞不断在动态环境中航行，面临着不断变化的条件和挑战。但细胞如何迅速适应这些环境波动呢？新研究揭示，跨细胞膜的离子梯度创建了一个独立于DNA 的网络，可帮助细胞迅速做出决策。

发表在《iScience》上的莫菲特癌症中心的一项新研究挑战了我们对细胞功能的理解，从而回答了这个问题。一个研究小组提出，细胞拥有一种以前未知的信息处理系统，它能让细胞独立于基因迅速做出决定。

几十年来，科学家一直将 DNA 视为细胞信息的唯一来源。DNA 蓝图指示细胞如何构建蛋白质和执行基本功能。然而，由迪佩什-尼劳拉（Dipesh Niraula）博士和罗伯特-加滕比（Robert Gatenby）医学博士领导的莫菲特新研究发现了一种与DNA同时运行的非基因组信息系统，它能使细胞从环境中收集信息并对变化做出快速反应。

离子梯度的作用

研究的重点是细胞膜上离子梯度的作用。这些梯度由专门的泵维持，需要消耗大量能量才能产生不同的跨膜电势。研究人员提出，这些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专门的门相互作用，然后打开这些门，让这些离子沿着预先存在的梯度流动，形成一条通信通道。离子流触发了细胞膜附近的一连串事件，使细胞能够对信息进行分析并迅速做出反应。当离子流较大或持续时间较长时，它们会导致细胞骨架的微管和微丝的自组装。

通常，细胞骨架网络为细胞提供机械支持，并负责细胞的形状和运动。然而，莫菲特公司的研究人员注意到，细胞骨架中的蛋白质也是极好的离子导体。

这使得细胞骨架成为一个高度动态的细胞内布线网络，将基于离子的信息从膜传递到细胞内的细胞器，包括线粒体、内质网和细胞核。研究人员认为，这一系统可以对特定信号做出快速的局部反应，也可以对较大的环境变化做出协调的区域或全球反应。

研究的启示和影响

机器学习系应用研究科学家尼劳拉说："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，使它们能够迅速感知周围环境的变化并做出反应。这种错综复杂的网络使细胞能够迅速做出明智的决定，这对细胞的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的多细胞组织至关重要，并认为神经元中描述详尽的离子通量就是这种广泛信息网络的一个特殊例子。这些动态变化的中断也可能是癌症发展的一个关键组成部分。

他们证明了自己的模型与多项实验观察结果一致，并强调了由其模型产生的几项可检验的预测，希望能为未来的实验验证其理论和揭示细胞决策的复杂性铺平道路。

"这项研究挑战了生物学中隐含的假设，即基因组是信息的唯一来源，而细胞核则是一种中央处理器。"莫菲特进化治疗卓越中心联合主任加滕比说："我们展示了一个全新的信息网络，它允许快速适应和进行细胞生存所需的复杂交流，并很可能深度参与了细胞间的信号传递，从而使多细胞生物体得以正常运作。"

编译来源：ScitechDaily