Stichting FOM
18 juli 2011, 2011/27
De cel als minicomputer
Hoe kunnen cellen de veelheid aan omgevingssignalen op een efficiënte
en betrouwbare manier doorgeven? Onderzoekers van het FOM-instituut
AMOLF hebben laten zien dat cellen - net als computers - kunnen
multiplexen: ze kunnen meerdere signalen tegelijkertijd door één
informatiepad sturen, zónder dat de signalen elkaar verstoren. De
resultaten verschijnen morgen in het toonaangevende tijdschrift
Physical Review Letters.
Figuur 1. Multiplexen
vergroten Figuur 1. Multiplexen
Twee verschillende signalen - één voor een groeifactor en één voor een
differentiatiefactor - kunnen door één signaaltransductienetwerk
gestuurd worden, zónder dat de twee signalen elkaar verstoren.
Signaaltransductie
Cellen moeten continu reageren op veranderingen in hun omgeving, zoals
die in de temperatuur of het voedselaanbod. Dit betekent dat ze
voortdurend allerlei signalen uit hun omgeving moeten doorgeven, van
bijvoorbeeld het membraan naar de kern, om genen aan of juist uit te
zetten. De communicatielijnen in de cel, de zogenaamde
signaaltransductienetwerken, bestaan uit eiwitten die fysisch en
chemisch met elkaar wisselwerken. Het maken van deze eiwitten kost veel
energie. Daarom hebben cellen niet voor elk signaal een aparte
communicatielijn, maar worden meerdere signalen vaak door een
gezamenlijk signaaltransductienetwerk gestuurd.
Simulaties
Het was tot nu toe onduidelijk of een cel ook (zonder verstoringen)
meerdere signalen tegelijkertijd door zo'n netwerk kan sturen. Prof.dr.
Pieter Rein ten Wolde en zijn groep hebben nu met behulp van
theoretische verklaringen en computersimulaties aangetoond dat dit
inderdaad mogelijk is. Ze laten zien dat de eiwitten die de
ingangssignalen vormen, gecodeerd kunnen worden in een component van
het netwerk. Dit 'gemultiplexte' signaal wordt vervolgens via een
aantal stappen weer gedecodeerd tot uitgangssignalen, die overeenkomen
met de ingangssignalen. Biochemische signalen kunnen dus net als
elektronische signalen multiplexen.