Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Moffitt Kanser Merkezi'nin yeni araştırması, hücrelerin iyon gradyanlarına ve hücre iskeletine dayanan ve çevresel değişikliklere hızlı adaptasyon sağlayan daha önce bilinmeyen bir bilgi sistemine sahip olduğunu ortaya koyuyor. Bu durum, hücresel bilginin tek kaynağı olarak DNA'ya ilişkin geleneksel görüşlere meydan okumakta ve hücre işlevi ve kanser anlayışımızı etkileyebilmektedir."
Challenging Biologists’ Understanding: New Research Suggests Cells Possess Secret Communication System
Yeni araştırma, hücre zarları boyunca iyon gradyanlarının DNA'dan ayrı olarak hızlı hücresel karar verme için bir ağ oluşturduğunu ortaya koyuyor.
Hücreler sürekli değişen koşullar ve zorluklarla karşılaşarak dinamik bir ortamda sürekli yol alırlar. Peki hücreler bu çevresel dalgalanmalara nasıl hızla uyum sağlar?
Moffitt Kanser Merkezi'nin iScience dergisinde yayımlanan yeni bir çalışması, hücrelerin nasıl işlediğine dair anlayışımıza meydan okuyarak bu soruyu yanıtlıyor. Araştırmacılardan oluşan bir ekip, hücrelerin genlerinden bağımsız olarak hızlı kararlar almalarını sağlayan ve daha önce bilinmeyen bir bilgi işleme sistemine sahip olduğunu öne sürüyor.
Bilim insanları onlarca yıldır DNA'yı hücresel bilginin tek kaynağı olarak görmektedir. Bu DNA planı, hücrelere proteinlerin nasıl oluşturulacağı ve temel işlevlerin nasıl yerine getirileceği konusunda talimat verir. Ancak, Moffitt'te Dipesh Niraula, Ph.D. ve Robert Gatenby, M.D. tarafından yürütülen yeni bir araştırma, DNA'nın yanı sıra çalışan ve hücrelerin çevreden bilgi toplamasını ve değişikliklere hızla yanıt vermesini sağlayan nongenomik bir bilgi sistemi keşfetti.
İyon Gradyanlarının Rolü
Araştırma, hücre zarı boyunca iyon gradyanlarının rolüne odaklandı. Özel pompalar tarafından muhafaza edilen bu gradyanlar, değişen transmembran elektrik potansiyelleri oluşturmak için büyük enerji harcaması gerektirir. Araştırmacılar, gradyanların, hücrelerin çevrelerini sürekli olarak izlemelerini sağlayan muazzam bir bilgi rezervuarını temsil ettiğini öne sürdüler.
Bilgi hücre zarının bir noktasına ulaştığında, iyonlara özgü kanallardaki özel kapılarla etkileşime girer ve bu kapılar açılarak iyonların bir iletişim kanalı oluşturmak üzere önceden var olan gradyanlar boyunca akmasına izin verir. İyon akışları, membrana bitişik bir dizi olayı tetikleyerek hücrenin bilgiyi analiz etmesini ve hızla yanıt vermesini sağlar. İyon akışları büyük veya uzun süreli olduğunda, hücre iskeleti için mikrotübüllerin ve mikrofilamentlerin kendi kendine birleşmesine neden olabilirler.
Tipik olarak, hücre iskeleti ağı hücre için mekanik destek sağlar ve hücre şekli ve hareketinden sorumludur. Ancak Moffitt araştırmacıları, hücre iskeletindeki proteinlerin aynı zamanda mükemmel iyon iletkenleri olduğunu belirttiler.
Bu sayede hücre iskeleti, iyon bazlı bilgileri membrandan mitokondri, endoplazmik retikulum ve çekirdek dahil olmak üzere hücre içi organellere iletmek için son derece dinamik bir hücre içi kablolama ağı olarak hareket edebilir. Araştırmacılar, belirli sinyallere hızlı ve yerel tepkiler verilmesini sağlayan bu sistemin, daha büyük çevresel değişikliklere karşı koordineli bölgesel veya küresel tepkiler de oluşturabileceğini öne sürdü.
Çalışmanın Öngörüleri ve Çıkarımları
Makine Öğrenimi Bölümü'nde uygulamalı araştırma bilimcisi olan Niraula, "Araştırmamız, hücrelerin transmembran iyon gradyanlarını bir iletişim aracı olarak kullanma kabiliyetini ortaya koyuyor ve çevrelerindeki değişiklikleri hızlı bir şekilde algılamalarına ve bunlara yanıt vermelerine olanak tanıyor" diyor. "Bu karmaşık ağ, hücrelerin hayatta kalmaları ve işlevleri için kritik olan hızlı ve bilinçli kararlar almalarını sağlıyor."
Araştırmacılar, bu nongenomik bilgi sisteminin normal çok hücreli dokunun oluşturulması ve sürdürülmesi için kritik olduğuna inanıyor ve nöronlardaki iyi tanımlanmış iyon akışlarının bu geniş bilgi ağının özel bir örneğini temsil ettiğini öne sürüyor. Bu dinamiklerin bozulması da kanser gelişiminin kritik bir bileşeni olabilir.
Modellerinin çok sayıda deneysel gözlemle tutarlı olduğunu gösterdiler ve modellerinden kaynaklanan test edilebilir birkaç öngörüyü vurguladılar, umarım teorilerini doğrulamak ve hücresel karar vermenin inceliklerine ışık tutmak için gelecekteki deneylerin yolunu açarlar.
"Bu çalışma, biyolojide genomun tek bilgi kaynağı olduğu ve çekirdeğin bir tür merkezi işlemci görevi gördüğü yönündeki örtük varsayıma meydan okuyor. Hücrenin hayatta kalması için gerekli olan hızlı adaptasyona ve sofistike iletişime izin veren ve muhtemelen çok hücreli organizmaların çalışmasına izin veren hücreler arası sinyalleşmeye derinden dahil olan tamamen yeni bir bilgi ağı sunuyoruz," diyor Moffitt Evrimsel Tedavi Mükemmeliyet Merkezi eş direktörü Gatenby.
Bu araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01-CA233487) tarafından desteklenmiştir.
H. Lee Moffitt Kanser merkezi ve Araştırma Enstitüsü, 26 Nisan 2024, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 31.07.2024, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: "Modeling non-genetic information dynamics in cells using reservoir computing" Dipesh Niraula, Issam El Naqa, Jack Adam Tuszynski ve Robert A. Gatenby, 28 Mart 2024, iScience. DOI: 10.1016/j.isci.2024.109614
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.