Un nuovo studio del Moffitt Cancer Center, pubblicato su iScience , sta rispondendo a questa domanda mettendo alla prova la nostra comprensione di come funzionano le cellule. Un team di ricercatori suggerisce che le cellule possiedono un sistema di elaborazione delle informazioni precedentemente sconosciuto che consente loro di prendere decisioni rapide indipendentemente dai loro geni.

Per decenni gli scienziati hanno considerato il DNA come l’unica fonte di informazioni cellulari. Questo modello di DNA istruisce le cellule su come costruire proteine ​​e svolgere funzioni essenziali. Tuttavia, una nuova ricerca presso Moffitt guidata da Dipesh Niraula, Ph.D., e Robert Gatenby, M.D., ha scoperto un sistema di informazione non genomico che opera insieme al DNA, consentendo alle cellule di raccogliere informazioni dall'ambiente e rispondere rapidamente ai cambiamenti.

Lo studio si è concentrato sul ruolo dei gradienti ionici attraverso la membrana cellulare. Questi gradienti, mantenuti da pompe specializzate, richiedono un grande dispendio energetico per generare potenziali elettrici transmembrana variabili. I ricercatori hanno proposto che i gradienti rappresentino un enorme serbatoio di informazioni che consente alle cellule di monitorare continuamente il loro ambiente.

Quando l'informazione viene ricevuta in un certo punto della membrana cellulare, questa interagisce con porte specializzate in canali ionici specifici, che poi si aprono, consentendo agli ioni di fluire lungo i gradienti preesistenti per formare un canale di comunicazione. I flussi ionici innescano una cascata di eventi adiacenti alla membrana, consentendo alla cellula di analizzare e rispondere rapidamente alle informazioni. Quando i flussi ionici sono grandi o prolungati, possono causare l'autoassemblaggio dei microtubuli e dei microfilamenti per il citoscheletro.

Tipicamente, la rete del citoscheletro fornisce supporto meccanico alla cellula ed è responsabile della forma e del movimento della cellula. Tuttavia, i ricercatori hanno notato che anche le proteine ​​del citoscheletro sono ottimi conduttori di ioni. Ciò consente al citoscheletro di agire come una rete di cablaggio intracellulare altamente dinamica per trasmettere informazioni basate sugli ioni dalla membrana agli organelli intracellulari, inclusi i mitocondri, il reticolo endoplasmatico e il nucleo. I ricercatori hanno suggerito che questo sistema, che consente risposte rapide e locali a segnali specifici, può anche generare risposte regionali o globali coordinate a cambiamenti ambientali più ampi.

"La nostra ricerca rivela la capacità delle cellule di sfruttare i gradienti ionici transmembrana come mezzo di comunicazione, consentendo loro di percepire e rispondere rapidamente ai cambiamenti nell'ambiente circostante", ha affermato Niraula, ricercatore applicato presso il Dipartimento di Machine Learning. "Questa intricata rete consente alle cellule di prendere decisioni rapide e informate, fondamentali per la loro sopravvivenza e il loro funzionamento."

I ricercatori ritengono che questo sistema di informazione non genomico sia fondamentale per la formazione e il mantenimento del normale tessuto multicellulare e suggeriscono che i flussi ionici ben descritti nei neuroni rappresentano un esempio specializzato di questa ampia rete di informazioni.

L’interruzione di queste dinamiche può anche essere una componente critica dello sviluppo del cancro. Il team ha dimostrato che il loro modello era coerente con molteplici osservazioni sperimentali e ha evidenziato diverse previsioni verificabili derivanti dal loro modello, si spera aprendo la strada a futuri esperimenti per convalidare la loro teoria e far luce sulle complessità del processo decisionale cellulare.

"Questo studio sfida l'assunto implicito in biologia secondo cui il genoma è l'unica fonte di informazioni e che il nucleo agisce come una sorta di processore centrale. Presentiamo una rete di informazioni completamente nuova che consente un rapido adattamento e una comunicazione sofisticata necessaria per la sopravvivenza cellulare e probabilmente profondamente coinvolto nella segnalazione intercellulare che consente il funzionamento degli organismi multicellulari", ha affermato Gatenby, co-direttore del Centro di eccellenza per la terapia evolutiva a Moffitt.