Las células poseen un sistema de comunicación oculto
Un equipo de investigadores sugiere que las células cuentan con un sistema de procesamiento de la información hasta ahora desconocido que les permite tomar decisiones rápidas independientemente de sus genes. No depende del ADN y podría estar implicado en el cáncer.
Por el Moffitt Cancer Center
Las células navegan constantemente por un entorno dinámico, enfrentándose a condiciones y retos siempre cambiantes. Pero ¿cómo se adaptan las células rápidamente a estas fluctuaciones del entorno?
Un nuevo estudio del Moffitt Cancer Center (Estados Unidos) publicado en iScience responde a esta pregunta desafiando nuestra comprensión del funcionamiento de las células. Un equipo de investigadores sugiere que las células poseen un sistema de procesamiento de la información desconocido hasta ahora que les permite tomar decisiones rápidas con independencia de sus genes.
Durante décadas, los científicos han considerado el ADN como la única fuente de información celular. Este modelo de ADN instruye a las células sobre cómo construir proteínas y llevar a cabo funciones esenciales. Sin embargo, una nueva investigación dirigida por Dipesh Niraula y Robert Gatenby, del Moffitt Cancer Center ponen de manifiesto un sistema de información no genómico que opera junto con el ADN y que permite a las células recopilar información del entorno y responder de manera veloz a los cambios.
El estudio se centró en el papel de los gradientes iónicos a través de la membrana celular. Estos gradientes, gestionados por bombas especializadas, requieren un gran gasto energético para generar potenciales eléctricos transmembrana variables.
Unas bombas regulan los gradientes iónicos en la membrana de las células.
Recordemos que los gradientes iónicos de la membrana celular hacen referencia a las diferencias en la concentración de iones a ambos lados de la membrana plasmática de una célula. Estos gradientes son esenciales para varios procesos celulares, incluyendo la generación de potencial de membrana y la conducción de impulsos nerviosos.
Y existen bombas que regulan los gradientes iónicos en la membrana de las células. Una de las más importantes es la bomba de sodio-potasio (Na+/K+-ATPasa), que es una proteína de transporte activo que utiliza la energía del ATP para bombear iones de sodio (Na+) fuera de la célula e iones de potasio (K+) dentro de la esta, en contra de sus respectivos gradientes de concentración.
Pues bien, los investigadores del Moffitt Cancer Center han propuesto que los gradientes iónicos representan una enorme reserva de información que permite a las células vigilar continuamente su entorno. Cuando la información se recibe en algún punto de la membrana celular, aquella interactúa con puertas especializadas en canales específicos de iones, que entonces se abren y permiten que esos iones fluyan a lo largo de los gradientes preexistentes para formar un canal de comunicación.
Una imagen fluorescente de una célula endotelial. El núcleo aparece teñido de azul, las mitocondrias, de rojo; y los microfilamentos, de verde. Cortesía: IP69.226.103.13
Los flujos de iones desencadenan una cascada de acontecimientos adyacentes a la membrana, lo que permite a la célula analizar y responder de manera rauda a la información. Cuando los flujos de iones son grandes o prolongados, pueden provocar el autoensamblaje de los microtúbulos —estructuras similares a un tubo hueco y estrecho que ayudan a mantener la forma de una célula—y microfilamentos del citoesqueleto, un entramado tridimensional de proteínas que proporciona soporte mecánico a la célula y es responsable de su forma y movimiento. S
Sin embargo, los investigadores han observado que las proteínas del citoesqueleto también son excelentes conductoras de iones. Esto permite al citoesqueleto actuar como una red de cableado intracelular altamente dinámica para transmitir información basada en iones desde la membrana a los orgánulos intracelulares, incluidas las mitocondrias, el retículo endoplásmico y el núcleo.
Los investigadores sugirieron que este sistema, que permite respuestas rápidas y locales a señales específicas, también puede generar respuestas regionales o globales coordinadas a cambios ambientales de mayor envergadura.
Un sistema de información que no depende directamente del ADN.
"Nuestra investigación pone de manifiesto la capacidad de las células para aprovechar los gradientes de iones entre ambos lados de la membrana como medio de comunicación, lo que les permite detectar y responder rápidamente a los cambios en su entorno— dice Niraula, investigadora del Departamento de Aprendizaje Automático, en el citado centro. Y añade—: Esta intrincada red permite a las células tomar decisiones rápidas e informadas, fundamentales para su supervivencia y funcionamiento".
Niraula y sus colegas creen que este sistema de información no genómica es fundamental para formar y mantener un tejido multicelular normal, y sugieren que los flujos de iones bien descritos en las neuronas representan un ejemplo especializado de esta amplia red de información.
Células cancerosas humanas con el ADN teñido de azul. Cortesía: TenOfAllTrades
La alteración de esta dinámica también puede ser un componente crítico del desarrollo del cáncer. Los autores del estudio han demostrado que su modelo es coherente con múltiples observaciones experimentales, y destacan varias predicciones comprobables derivadas de su modelo, con lo que esperan allanar el camino para futuros experimentos que validen su teoría y arrojen luz sobre los entresijos de la toma de decisiones celular.
"Este estudio desafía la suposición implícita en biología de que el genoma es la única fuente de información y que el núcleo actúa como una especie de procesador central— explica Gatenby, codirector del Centro de Excelencia para Terapia Evolutiva del el Moffitt Cancer Center. Y continúa—: Presentamos una red de información totalmente nueva que permite la adaptación rápida y la comunicación sofisticada necesarias para la supervivencia celular y que probablemente está profundamente implicada en la señalización intercelular que permite el funcionamiento de los organismos multicelulares".
Información facilitada por el Moffitt Cancer Center -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Dipesh Niraula, Issam El Naqa, Jack Adam Tuszynski and Robert A. Gatenby. Modeling non-genetic information dynamics in cells using reservoir computing. iScience (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109614.
