Demostrar la importancia de las moléculas individuales durante el estrés mecánico en las células
Un nuevo método para examinar los procesos mecánicos en las células
Las células de nuestro cuerpo están continuamente expuestas a fuerzas mecánicas aplicadas desde el exterior o generadas por ellas mismas. Ser capaces de responder a esos estímulos mecánicos es un requisito indispensable para un gran número de procesos biológicos. Sin embargo, no se sabe muy bien cómo procesan las células los estímulos mecánicos porque faltan técnicas para estudiar las señales mecánicas muy finas en las células. Investigadores de la Universidad de Münster han desarrollado ahora un método para alterar la mecánica de moléculas individuales e investigar así su función dentro de las células. Los resultados se publican en la revista Science Advances.
El equipo, dirigido por el biólogo celular Carsten Grashoff, desarrolló un método que permite alterar las proteínas con la ayuda de una molécula sensible a la luz y controlarlas mecánicamente mediante breves pulsos de luz. De este modo, los científicos consiguieron romper proteínas individuales con un elevado control temporal y espacial, lo que les permitió investigar su importancia mecánica en las células. Sus primeros experimentos demostraron la función de dos moléculas que no sólo son importantes para la adhesión de las células, sino que se sospecha que desempeñan un papel central en diversas enfermedades. La proteína talina es esencial para la transmisión de fuerzas mecánicas durante la adhesión de células en el tejido conjuntivo, un proceso muy importante, por ejemplo, en la migración celular. En cambio, la proteína desmoplakina es importante para resistir la tensión mecánica en las uniones célula-célula que se producen en tejidos epiteliales como la piel. "En conjunto, estos resultados aportan pruebas sobre cómo las propiedades mecánicas de determinadas estructuras celulares pueden ser controladas por proteínas individuales", afirma Carsten Grashoff.
Como la técnica desarrollada está codificada genéticamente y, por tanto, puede insertarse en cualquier punto del genoma, los investigadores esperan que tenga una amplia aplicabilidad en la investigación de las propiedades mecanobiológicas de muchas otras proteínas en células vivas, organismos modelo y modelos de enfermedades.
Antecedentes: Los estímulos mecánicos, como muchas otras señales, se procesan en última instancia en las células a nivel de proteínas individuales. Aunque en los últimos años los investigadores han identificado una serie de moléculas que están directamente expuestas a fuerzas mecánicas en las células, a menudo no ha quedado clara la importancia de las contribuciones mecánicas de las proteínas individuales en estos procesos biológicos celulares, a menudo muy complejos. Los experimentos llevados a cabo por el equipo de Carsten Grashoff tuvieron éxito al utilizar una conexión sensible a la luz que, a pesar de ser capaz de soportar un alto grado de fuerzas mecánicas, se rompe cuando se expone a la radiación luminosa. Proteínas fotosensibles comparables se encuentran en las plantas, donde regulan su orientación a la luz. Insertando estos puntos de ruptura predeterminados en genes específicos (talina, desmoplakina) mediante técnicas de biología molecular, el equipo produjo células de tejido conjuntivo y piel que podían controlarse con un rayo láser a nivel de proteínas individuales. La modulación y el análisis de las células vivas, derivadas de modelos de cultivos celulares de ratón, se lograron con métodos de microscopía de fluorescencia.
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