«Клеточное состояние определяет мультимодальный сигнальный ответ одиночных клеток» - написали Бернхард Крамер и Лукас Пелкманс в 2019 [1]. Препринт цитировали 3 раза. Журнальный вариант читали пока только рецензенты. Доклад Лукаса не случайно оргкомитет поставил первым. Впрочем, давайте без суеты: посмотрим доклад, послушаем, подумаем, почитаем препринт ...

Lucas Pelkmans, University of Zurich 2022 Seattle Cell Science Symposium - Day 1, t=15.20-45.48 “Multimodal perception links cellular state to decision making in single cells” = «Мультимодальное восприятие связывает клеточное состояние с принятием решений в отдельных клетках».

Аннотация: Фундаментальное свойство клеток заключается в том, что они принимают решения, адаптированные к своему внутреннему состоянию и окружающей среде. Это контекстно-зависимое поведение требует обработки больших объемов информации, но неясно, как клетки могут надежно достичь этого, используя гетерогенные ответные сигналы. Чтобы изучить способность эпителиальных клеток человека обрабатывать информацию, мы здесь применяем стимуляцию эпидермального фактора роста в сочетании с мультиплексной количественной оценкой сигнальных ответов и несколькими маркерами клеточного состояния в нескольких пространственных масштабах. Мы обнаружили, что сигнальные узлы в сети отображают адаптивную обработку информации, что приводит к разнородным ответам факторов роста и позволяет узлам собирать частично неизбыточную информацию о состоянии сотовой связи. В совокупности, как мультимодальное восприятие, это предоставляет отдельным клеткам большой объем информации, чтобы точно определить концентрацию фактора роста в контексте их клеточного состояния и принимать решения, зависящие от клеточного состояния. Мы предполагаем, что неоднородность и сложность сигнальных сетей сопутствовали друг другу, чтобы обеспечить возможность принятия специфических и контекстно-зависимых сотовых решений в многоклеточных условиях.

Библиография

[1] {Kramer2019} Kramer, Bernhard A., and Lucas Pelkmans. Cellular state determines the multimodal signaling response of single cells // Preprint bioRxiv (2019). 55 p. doi 10.1101/2019.12.18.880930 Cited by 3

Аннотация: Многочисленные фундаментальные биологические процессы требуют, чтобы отдельные клетки правильно интерпретировали поступающие сигналы и точно реагировали на них. Как внутриклеточные сигнальные сети достигают интеграции сложной информации из различных контекстов, остается неясным. Здесь мы количественно оцениваем индуцированную эпидермальным фактором роста (EGF) гетерогенную активацию множества сигнальных белков, а также маркеров клеточного состояния в одних и тех же отдельных клетках в разных пространственных масштабах. Мы обнаружили, что острая реакция каждого узла в сигнальной сети тесно связана с клеточным состоянием частично неизбыточным образом. Это создает мультимодальный ответ, который лучше воспринимает разнообразие клеточных состояний, чем любой индивидуальный ответ, и позволяет отдельным клеткам точно определять концентрацию фактора роста в контексте их клеточного состояния.

Обсуждение: Мы здесь количественно, in situ = на месте и во многих пространственных масштабах, резкие изменения в активированном состоянии 7 киназ, 2 транскрипционных факторов и 1 рибосомной субъединицы при воздействии EGF, а также 18 неизменяющихся маркеров цитоскелета, мембранного переноса, процессинга цитоплазматической РНК и механического, пролиферативное, метаболическое и транскрипционное состояние одновременно в отдельных клетках. Полученный набор данных показывает сильную связь между клеточным состоянием и реакцией отдельных клеток на входящий сигнал. Этот эффект возникает из-за нескольких пространственных масштабов и в совокупности объясняет большую часть гетерогенности, наблюдаемой в ответах одиночных клеток на воздействие фактора роста. Это показывает, что сигнальные узлы в сети не одинаково связаны с одними и теми же клеточными свойствами. и что изменчивость выходного отклика на одинаковый вход, отображаемый отдельными узлами, кодирует частично неизбыточную информацию. В совокупности неизбыточная информация, содержащаяся в мультимодальном ответе, является более точным представлением клеточного состояния, чем каждый отдельный ответ по отдельности. Кроме того, отдельные узлы демонстрируют диапазоны чувствительности, зависящие от клеточного состояния, при различных входных концентрациях фактора роста. Это говорит о том, что мультимодальный, зависящий от клеточного состояния характер передачи сигналов в организмах млекопитающих развился, чтобы наделить отдельные клетки высокой способностью к обработке информации, чтобы точно интерпретировать широкий спектр входной информации в сложном ландшафте клеточных состояний и принимать соответствующие меры (и придумывать правильное) решение. Интересно, что обнаруженные здесь свойства внутриклеточной обработки сигналов аналогичны мультимодальному восприятию, осуществляемому сенсорными системами в царстве многоклеточной жизни [31,, 53-56]. Оба отображают восприятие через несколько модальностей (множество сигнальных узлов по сравнению с несколькими сенсорными нейронами) с частичной неизбыточностью, что позволяет интегрировать несколько источников информации в более полную картину реальности.

ключевые слова для понимания этой статьи:
Epidermal growth factor (EGF). Эпидермальный фактор роста (EGF) представляет собой белок, который стимулирует рост и дифференцировку клеток путем связывания со своим рецептором EGFR. EGF человека имеет массу 6 кДа и содержит 53 аминокислотных остатка и три внутримолекулярные дисульфидные связи. ...