Vea También
Trabajar con la luz para activar procesos dentro de las células de levadura de fisión modificadas genéticamente es una de las investigaciones realizadas por los biólogos experimentales del Laboratorio Martin de la Universidad de Lausana, dirigido por la profesora Sophie Martin. Los miembros del equipo estaban realizando este tipo de experimentos cuando observaron que una determinada proteína, al introducirse en la célula, se desplazaba de la región de crecimiento celular. Así que se pusieron en contacto con Dimitrios Vavylonis, que dirige el Grupo Vavylonis en el Departamento de Física de la Universidad de Lehigh, para averiguar por qué.
"Procedimos a hacer una simulación computacional que acoplaba el 'crecimiento' de la membrana celular al movimiento de las proteínas, así como a modelar algunas otras hipótesis que consideramos tras las conversaciones con ellos", dice Vavylonis, físico teórico.
Esta colaboración multidisciplinar combinó la modelización y los experimentos para describir un proceso biológico desconocido hasta entonces. Los equipos descubrieron y caracterizaron un nuevo mecanismo que utiliza una simple célula de levadura para adquirir su forma. Describen estos resultados en un artículo titulado "Cell patterning by secretion-induced plasma membrane flows" en el último número de Science Advances .
Cuando las células se mueven o crecen, deben añadir nueva membrana a esas regiones de crecimiento, dice Vavylonis. El proceso de entrega de la membrana se denomina exocitosis. Las células también deben entregar esta membrana a un lugar específico para mantener un sentido de dirección -llamado "polarización"- o crecer de manera coordinada.
"Demostramos que estos procesos están acoplados: el exceso local de exocitosis hace que algunas de las proteínas unidas a la membrana se alejen ("fluyan") de la región de crecimiento", dice Vavylonis. "Estas proteínas que se alejan marcan la región de la célula que no crece, estableciendo así un patrón autosostenible, que da lugar a la forma tubular de estas células de levadura".
Es la primera vez que se identifica este mecanismo de modelado celular, el proceso por el que las células adquieren una falta de uniformidad espacial en su superficie.
Las simulaciones del equipo de Vavylonis, encabezadas por el asociado postdoctoral David Rutkowski, condujeron a pruebas experimentales que el grupo de Martin realizó a continuación. Vavylonis y Rutkowski analizaron los resultados de los experimentos para confirmar que la distribución de las proteínas que observaron en sus simulaciones coincidía con los datos obtenidos en los experimentos con células vivas.
El equipo afirma que el trabajo podría ser de especial interés para los investigadores que estudian los procesos relacionados con el crecimiento celular y el tráfico de membranas, como los neurobiólogos y los que estudian los procesos de las células cancerosas.
"Nuestro trabajo demuestra que los patrones en los sistemas biológicos no suelen ser estáticos", afirma Rutkowski. "Los patrones se establecen a través de procesos físicos que implican un flujo y un recambio continuos".
"Pudimos apoyar el modelo de establecimiento de patrones mediante el flujo de membranas", dijo Vavylonis. "Al final, el grupo de Martin pudo utilizar este conocimiento para diseñar células cuya forma puede ser controlada por la luz".
Fuentes, créditos y referencias:
Cell patterning by secretion-induced plasma membrane flows, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg6718