Коллективное восприятие сигналов клетками: больше — лучше, но до предела

Клетки эффективнее воспринимают химические и механические сигналы, определяющие их поведение, когда действуют в группах. Однако если клеток слишком много, внутренний «шум» их коммуникации искажает сигнал, как в игре «испорченный телефон».

Исследования учёных из Йельского, Эмори, Пердью и других университетов, опубликованные 18 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, показали, как размер клеточного ансамбля влияет на способность чувствовать градиенты концентрации молекул — направленные «указатели», подобные запаху.

В экспериментах использовали эпидермальный фактор роста (EGF), стимулирующий рост клеток, и миниатюрные ткани молочной железы (органоиды). При очень слабых градиентах EGF одиночные клетки не могли обнаружить разницу в концентрации, в то время как группы клеток — могли.

Ключевой вывод: преимущество коллективного принятия решений имеет предел. С увеличением числа взаимодействующих клеток растёт внутренний шум — вариабельность их индивидуальных реакций, — что существенно искажает передаваемый сигнал. «Им нужно "общаться", чтобы интерпретировать сигнал, но общение — шумный процесс», — пояснил профессор Андре Левченко.

Это открытие важно для понимания многих биологических процессов, включая инвазию клеток рака молочной железы, которую часто направляют градиенты факторов роста. Кроме того, принципы шумной клеточной коммуникации интересны для полупроводниковой индустрии в контексте создания миниатюрных и устойчивых к шуму вычислительных схем.

Исследование поддержали NSF, NIH и Semiconductor Research Corporation.