Science：細胞是怎樣應對“噪音”的
日期：2014-12-15 09:30:06
細胞是一個動態體系，每時每刻都有大量的生化反應在進行。對于信號傳導來說，這個系統充斥著高水平的噪音。那么細胞是怎樣在這種條件下準確傳遞化學信號的呢？本周Science雜志上發表的一項研究，揭示了細胞處理這個問題時的一般原則。
只有正確處理外界環境的信號細胞才能夠生存。然而生化反應或細胞狀態的變化，讓細胞難以檢測到信號的濃度，只能感知一個活化配體存在與否。加州大學的科學家們發現，細胞通過對信號進行持續監控，準確記錄了化學信號的濃度。在體外培養的人類細胞中，這種動態應答能夠有效從噪音環境中識別信號，避免在信號傳遞過程中出現信息損失。
細胞對外界化學信號的應答，取決于自己的生理狀態。但細胞生理狀態存在顯著的波動，比如說細胞中各種蛋白的含量會出現高達25%的變動。“這是相當大的噪音，”加州大學的Roy Wollman教授說。“細胞需要一個特別的解決方案。”
為了了解細胞如何編碼化學信號的水平，Wollman及其同事將顯微成像與信息學理論結合了起來。他們研究了三個不同的化學通訊系統，鈣離子、ERK和NF-κB。這三種類型的信號傳導分別持續幾分鐘、一小時和差不多十小時。
Wollman的研究團隊用一個特殊的顯微鏡系統記錄了細胞對這三種信號的應答。這個系統可以同時對大量細胞進行持續性監控，為人們展現細胞應答不同信號時發生的變化。
研究人員發現，細胞并沒有一次次地捕捉細胞外化學信號的濃度，而是通過持續應答精確反映信號水平。信息學理論表明，這種方式可以消除細胞狀態變化造成的“噪音”。
“這項研究能幫助我們理解，細胞如何在大量噪音的情況下建立起有效的通訊系統，”Wollman說。
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