Как клетки переводят внешние сигналы во внутренние

Ученые из Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB) совместно с коллегами из Берлина и Кембриджа впервые раскрыли принципы, по которым клетки переводят сигналы из окружающей среды во внутренние сигналы.

Ключевой вывод: изолированный сигнал в клетке, подобно отдельной ноте в оркестре, имеет второстепенное значение. Важна относительная вариация интенсивности и частоты, с которой сигналы передаются с клеточной мембраны внутрь клетки.

Механизм: В клетках носителями сигналов являются ионы кальция. При получении информации извне (например, от биологического мессенджера) в клетке происходит выброс ионов кальция, которые управляют адаптационными процессами.

Исследование: Ученые изучили клетки человеческой почки и печени крысы, используя комбинацию методов визуализации и математического анализа. Они обнаружили, что интенсивность и частота кальциевых импульсов сильно варьируются как внутри одной клетки, так и между клетками.

Открытый паттерн: Множество кальциевых импульсов изменяются относительно друг друга в определенном соотношении. Внешний стимул приводит не к абсолютному увеличению импульсов, а к изменению частоты их возникновения. Именно этот паттерн является реальным сигналом, вызывающим ответ клетки.

Значение для медицины: Результаты важны для анализа заболеваний. Известно, что при болезни Паркинсона нарушен кальциевый баланс в нервных клетках, и есть предположение, что ошибочная коммуникация между клетками может играть роль в развитии нейродегенеративных заболеваний. Открытие фундаментальных законов этой коммуникации — большой шаг вперед в их изучении.

Результаты опубликованы в научном журнале Science Signaling.