우리 몸을 구성하는 30여조 개의 세포는 각각 독립적으로 외부 환경에 적응하여 생존하는 생명체입니다.
세포는 끊임없이 변화하는 조건과 도전에 직면하면서 역동적인 환경을 끊임없이 탐색합니다. 그러나 세포는 어떻게 이러한 환경 변동에 신속하게 적응할 수 있을까요?
아이사이언스(iScience)에 발표된 모핏 암 센터(Moffitt Cancer Center)의 새로운 연구는 세포가 어떻게 기능하는지에 대한 우리의 이해에 도전함으로써 그 질문에 답하고 있습니다. 연구팀은 “세포가 유전자와 무관하게 신속한 결정을 내릴 수 있는 이전에 알려지지 않은 정보 처리 시스템을 가지고 있다”라고 제안합니다.
수십 년 동안 과학자들은 DNA를 세포 정보의 유일한 출처로 간주해 왔습니다. 이 DNA 청사진은 단백질을 만들고 필수적인 기능을 수행하는 방법을 세포에 지시합니다. 그러나 Dipesh Niraula, Ph.D.와 Robert Gatenby, M.D.가 이끄는 Moffitt의 새로운 연구는 DNA와 함께 작동하는 비게놈 정보 시스템을 발견하여 세포가 환경에서 정보를 수집하고 변화에 신속하게 반응할 수 있도록 한다는 것을 발견했습니다.
이 연구는 세포막을 가로지르는 이온 농도 구배의 역할에 초점을 맞췄습니다. 특수 펌프에 의해 유지되는 이러한 기울기는 다양한 막횡단 전위를 생성하기 위해 많은 에너지 소비가 필요합니다. 연구진은 구배가 세포가 환경을 지속적으로 모니터링할 수 있도록 하는 엄청난 정보 저장소를 나타낸다고 발표했습니다.
세포막의 어느 지점에서 정보가 수신되면 이온 특이적 채널의 특수 게이트와 상호 작용한 다음 열리면서 해당 이온이 기존 그래디언트를 따라 흐르고 통신 채널을 형성할 수 있습니다. 이온 플럭스는 멤브레인에 인접한 일련의 이벤트를 트리거하여 세포가 정보를 분석하고 신속하게 반응할 수 있도록 합니다. 이온 플럭스가 크거나 길어지면 세포골격에 대한 미세소관과 미세필라멘트의 자가 조립을 유발할 수 있습니다.
일반적으로 세포골격 네트워크는 세포에 기계적 지지를 제공하고 세포 모양과 이동을 담당합니다. 그러나 연구진은 세포골격의 단백질도 우수한 이온 전도체라고 지적했습니다. 이를 통해 세포골격은 매우 역동적인 세포 내 배선 네트워크 역할을 하여 막에서 미토콘드리아, 소포체 및 핵을 포함한 세포 내 소기관으로 이온 기반 정보를 전달할 수 있습니다. 연구진은 “특정 신호에 대한 신속하고 국지적인 대응을 가능하게 하는 이 시스템이 더 큰 환경 변화에 대해 조정된 지역적 또는 전지구적 대응을 생성할 수 있다”라고 제안했습니다.
"우리의 연구는 세포가 의사 소통의 수단으로 막횡단 이온 구배를 활용하는 능력을 밝혀, 그들이 그들의 주위 환경에 있는 변화를 급속하게 감지하고 반응하는 것을 허용합니다. 이 복잡한 네트워크를 통해 세포는 생존과 기능에 중요한 신속하고 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다."
연구자들은 이 비게놈 정보 시스템이 정상적인 다세포 조직을 형성하고 유지하는 데 중요하다고 믿으며, 뉴런의 잘 설명된 이온 플럭스가 이 광범위한 정보 네트워크의 특수한 예를 나타낸다고 제안합니다.
이러한 역학의 붕괴는 암 발병의 중요한 구성 요소일 수도 있습니다. 연구팀은 그들의 모델이 여러 실험 관찰과 일치한다는 것을 보여주었고 그들의 모델에서 발생하는 몇 가지 테스트 가능한 예측을 강조하여 향후 실험에서 이론을 검증하고 세포 의사 결정의 복잡성을 밝힐 수 있는 길을 열었습니다.
"이 연구는 게놈이 정보의 유일한 원천이며 핵이 일종의 중앙 처리 장치 역할을 한다는 생물학의 암묵적인 가정에 도전합니다. 우리는 세포 생존을 위해 필요한, 급속한 적응 및 정교한 커뮤니케이션을 허용하고 아마 작용하는 다세포 유기체를 허용하는 세포간 신호전달에서 아마 깊이 관여하는 정보의 완전히 새로운 네트워크를 제안합니다," Gatenby, Moffitt에 진화 치료를 위한 우수 센터의 공동 디렉터를 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 4월 24일 Phys.org에 게재된 “Study suggests that cells possess a hidden communication system”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://phys.org/news/2024-04-cells-hidden-communication.html
* 추가정보 출처 : https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)00836-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2589004224008368%3Fshowall%3Dtrue
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