مشاهده سیستم پیام‌رسانی پیچیده سلول برای نخستین بار

براساس نتایج مطالعه‌ی جدیدی که عمل پیچیده‌ی یک شبکه از یون‌های کلسیم را به‌عنوان پیام‌رسان‌های داخل سلولی نمایان می‌کند، روش انتقال اطلاعات در بدن ما شبیه سیم‌کشی موجود درون یک تراشه‌ی کامپیوتری نیست. به‌گفته‌ی پژوهشگران دانشگاه ادینبرا در بریتانیا، این شبکه‌های دارای وسعت سلولی از یک شبکه‌ی میکروسکوپی از راهنماها برای انتقال اطلاعات در فواصل نانومقیاس استفاده می‌کنند و فعالیت‌ها و دستورالعمل‌های عملکردهای مختلف سلولی مانند انبساط یا انقباض عضلات را منتقل می‌کنند.

یون‌های کلسیم، بخش مهمی از سیستم پیام‌رسانی سلول‌های ما هستند و سیگنال‌های آن‌ها برای انجام وظایف مختلفی ازجمله رشد، حرکت و مرگ سلول (آپوپتوز) حیاتی است. اکنون پژوهشگران با دقتی بی‌سابقه چگونگی انتقال پیام به‌وسیله‌ی یون‌های کلسیم درون سلول را مورد بررسی قرار داده‌اند.

سلول‌های حیوانی، همان‌طور که شاید از کتاب‌های درسی خود به یاد داشته باشید، همچون کیسه‌هایی هستند که در آن ساختارهای مختلفی به نام ارگانل در ماده‌ای ژله‌مانند به نام سیتوزول معلق هستند. این محتویات درون سلولی سیتوپلاسم را تشکیل می‌دهند. تاکنون تصور می‌شد که ضربان یون‌های کلسیم درون سیتوپلاسم موجب می‌شود سلول بداند چه کاری باید انجام دهد؛ اما نتایج مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که این ارتباطات پیچیده‌تر از این هستند.

مسیرهای نانویی درون سلول

پژوهشگران کشف کردند که یون‌های کلسیم دارای شبکه‌های سیم‌کشی مربوط‌به خود هستند: مسیرهایی نانویی که از تمام جهات سلول به هسته‌ی آن می‌روند و روی بیان ژن‌ها تاثیر می‌گذارند. این سیم‌کشی ساکن نیست؛ وقتی رفتار یک سلول تغییر می‌کند، این مسیرها نیز می‌توانند براساس آن مجددا پیکربندی شوند. مارک ایوانز، پژوهشگر مطالعه می‌گوید:

مهم‌ترین موضوع این است که این مدار بسیار انعطاف‌پذیر است. این شبکه‌ی سلولی می‌تواند به‌سرعت بازپیکربندی شود تا خروجی‌های متفاوتی را براساس اطلاعات رسیده از هسته تحویل دهد.

پژوهشگران برای بررسی دقیق این پدیده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، سلول‌های موش را مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها توضیح می‌دهند که مجموعه‌ای از مسیرهای نانویی حامل یون کلسیم در سلول وجود دارند که تقریبا به‌همان صورت نانولوله‌های کربنی موجود در ریزپردازنده‌های کامپیوتری هستند ولی عمل پیشرفته‌تری دارند. پژوهشگران توضیح می‌دهند:

اساسا این مدار در جریان تکثیر سلول درجهت خروجی‌های مختلف سازماندهی نمی‌شود (یعنی حالت ثابتی ندارد و می‌تواند بسته به موقعیت دچار تغییر شود).

ایوانز اضافه می‌کند:

مسئله‌ای وجود دارد که هنوز هیچ‌کدام از ریزپردازنده‌ها یا تخته‌مدارهای ساخت بشر قادر به انجام آن نیستند.

به‌گفته‌ی پژوهشگران، کسب دانش بیشتر درمورد نحوه‌ی رفتار سلول در ارتباط با دستورالمعل‌های مختلف می‌تواند به یافتن درمان تمام مشکلات سلامتی ازجمله افزایش فشار خون ریوی یا حتی رشد سرطان کمک کند. گام بعدی، درک این موضوع است که یون‌های کلسیم دقیقا چگونه مانند کدهای برنامه‌نویسی سلول‌ها عمل کرده و بیان ژن‌ها را کنترل می‌کنند؛ شاید با درک این موضوع بتوانیم فرایندهای یادشده را دستکاری کنیم.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.