Células possuem sistema de comunicação e de tomada de decisões

Ilustração da rede de comunicação e processamento celular desconhecida até agora. [Imagem: Dipesh Niraula et al. - 10.1016/j.isci.2024.109614]

Tomada de decisão celular

As células - incluindo os organismos celulares independentes, como as bactérias - possuem um sistema de processamento de informações desconhecido até agora pela ciência, que lhes permite tomar decisões rápidas, independentemente dos seus genes.

Esta descoberta desafia o saber científico vigente: Durante décadas, os cientistas consideraram o DNA como a única fonte de informação celular. As instruções do DNA instruem as células sobre como construir proteínas e realizar funções essenciais.

No entanto, Dipesh Niraula e seus colegas do Instituto de Pesquisas Moffit (EUA) descobriram agora um sistema de informação não genômico que opera em conjunto com o DNA, permitindo às células recolher informações do ambiente e responder rapidamente às mudanças.

O novo mecanismo envolve gradientes de íons ao longo da membrana celular. Esses gradientes, mantidos por bombas especializadas, gastam energia para gerar diferentes potenciais elétricos transmembrana. A equipe demonstrou que esses gradientes representam um enorme reservatório de informações, que permitem às células monitorar continuamente o seu ambiente.

Quando uma 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 de microtúbulos e microfilamentos do citoesqueleto, montando um esquema de comunicação mais duradouro.

"Esta rede intrincada permite que as células tomem decisões rápidas e informadas, críticas para a sua sobrevivência e funcionamento," disse Niraula.

A intrincada rede de comunicações pode desempenhar papéis em diversas anomalias, incluindo no câncer.
[Imagem: Dipesh Niraula et al. - 10.1016/j.isci.2024.109614]

Processamento descentralizado

Os pesquisadores acreditam que este sistema de informação não genômico é crítico para a formação e manutenção do tecido multicelular normal e sugere que os fluxos de íons nos neurônios representam um exemplo especializado desta ampla rede de informação. A interrupção desta dinâmica também pode ser um componente crítico do desenvolvimento do câncer.

A equipe demonstrou que seu modelo é consistente com múltiplas observações experimentais, descrevendo várias previsões testáveis, abrindo caminho para experimentos para validar a teoria e lançar luzes sobre os meandros da tomada de decisão celular.

"Este estudo contesta 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 dos organismos multicelulares," disse o professor Robert Gatenby.

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