莫菲特癌症中心（Moffitt Cancer Center）的最新研究揭示，細胞擁有一種以前未知的基於離子梯度和細胞骨架的資訊系統，能夠快速適應環境變化。這挑戰了DNA是細胞訊息唯一來源的傳統觀點，可能會影響我們對細胞功能和癌症的理解。

細胞不斷在動態環境中航行，面臨不斷變化的條件和挑戰。但細胞如何迅速適應這些環境波動呢？新研究揭示，跨細胞膜的離子梯度創建了一個獨立於DNA 的網絡，可幫助細胞迅速做出決策。

發表在《iScience》上的莫菲特癌症中心的一項新研究挑戰了我們對細胞功能的理解，從而回答了這個問題。一個研究小組提出，細胞擁有一種以前未知的訊息處理系統，它能讓細胞獨立於基因迅速做出決定。

幾十年來，科學家一直將DNA 視為細胞訊息的唯一來源。 DNA 藍圖指示細胞如何建構蛋白質和執行基本功能。然而，由迪佩什-尼勞拉（Dipesh Niraula）博士和羅伯特-加滕比（Robert Gatenby）醫學博士領導的莫菲特新研究發現了一種與DNA同時運行的非基因組資訊系統，它能使細胞從環境中收集資訊並對變化做出快速反應。

離子梯度的作用

研究的重點是細胞膜上離子梯度的作用。這些梯度由專門的幫浦維持，需要消耗大量能量才能產生不同的跨膜電位。研究人員提出，這些梯度代表了一個龐大的資訊庫，使細胞能夠持續監測其環境。

當細胞膜上的某個點接收到訊息時，它會與離子特異性通道中專門的門相互作用，然後打開這些門，讓這些離子沿著預先存在的梯度流動，形成一條通訊通道。離子流觸發了細胞膜附近的一連串事件，使細胞能夠對訊息進行分析並迅速做出反應。當離子流較大或持續時間較長時，它們會導致細胞骨架的微管和微絲的自組裝。

通常，細胞骨架網絡為細胞提供機械支持，並負責細胞的形狀和運動。然而，莫菲特公司的研究人員注意到，細胞骨架中的蛋白質也是極佳的離子導體。

這使得細胞骨架成為一個高度動態的細胞內佈線網絡，將基於離子的訊息從膜傳遞到細胞內的細胞器，包括粒線體、內質網和細胞核。研究人員認為，這個系統可以對特定訊號做出快速的局部反應，也可以對較大的環境變化做出協調的區域或全球反應。

研究的啟示和影響

機器學習系應用研究科學家尼勞拉說：”我們的研究揭示了細胞利用跨膜離子梯度作為通信手段的能力，使它們能夠迅速感知周圍環境的變化並做出反應。這種錯綜複雜的網絡使細胞能夠迅速做出明智的決定，這對細胞的生存和功能至關重要。

研究人員認為，這種非基因組資訊系統對於形成和維持正常的多細胞組織至關重要，並認為神經元中描述詳盡的離子通量就是這種廣泛資訊網絡的一個特殊例子。這些動態變化的中斷也可能是癌症發展的關鍵組成部分。

他們證明了自己的模型與多項實驗觀察結果一致，並強調了由其模型產生的幾項可檢驗的預測，希​​望能為未來的實驗驗證其理論和揭示細胞決策的複雜性鋪平道路。

“這項研究挑戰了生物學中隱含的假設，即基因組是資訊的唯一來源，而細胞核則是一種中央處理器。”莫菲特進化治療卓越中心聯合主任加滕比說：”我們展示了一個全新的訊息網絡，它允許快速適應和進行細胞生存所需的複雜交流，並很可能深度參與了細胞間的信號傳遞，從而使多細胞生物體得以正常運作。

編譯來源：ScitechDaily