Cómo organizan los núcleos celulares los ojos y el cerebro
El biofísico Otger Campàs y su grupo de investigación han descubierto que los núcleos celulares controlan la arquitectura y la mecánica de los tejidos oculares y cerebrales durante el desarrollo embrionario. Estos resultados añaden un nuevo papel para el núcleo de la célula en la organización de los tejidos, mucho más allá de su función establecida en la regulación genética.
Imagen microscópica de una retina de pez cebra en desarrollo, en la que se muestran los núcleos celulares (azul) y las membranas (amarillo).
Rana Amini/Campàs Lab.
"Estábamos midiendo la rigidez de los tejidos en la retina del pez cebra y nos dimos cuenta de que dependía del empaquetamiento de los núcleos. Esto fue totalmente inesperado, porque se creía que la mecánica de los tejidos dependía de las interacciones de la superficie celular, pero no de los orgánulos del interior de las células", explica Campàs, ahora catedrático y titular de la cátedra de dinámica de tejidos del Cluster of Excellence Physics of Life de la Universidad Técnica de Dresde, donde también ejerce de director gerente. Esta investigación, publicada en la revista Nature Materials, representa una vía inexplorada para entender cómo las células orquestan el desarrollo embrionario.
El arquitecto oculto
Dentro de cada célula, unas estructuras individuales conocidas como orgánulos desempeñan funciones clave, pero se desconoce cómo contribuyen estos orgánulos a la formación de tejidos y órganos. Al igual que las fábricas o las carreteras de las ciudades, una miríada de orgánulos realizan tareas en el interior de las células para que éstas funcionen correctamente. Al estar confinados dentro de las células, no se creía que los orgánulos desempeñaran un papel directo en la construcción de órganos durante la embriogénesis. Hasta ahora.
El núcleo de la célula es un orgánulo conocido por procesar la información en las células, con genes que se activan y desactivan en función de las señales recibidas. Sin embargo, el núcleo es también el orgánulo más grande y rígido de las células, y podría afectar a la estructura física del tejido además de procesar información. Fascinado por el papel que podría desempeñar el núcleo en la formación de tejidos, Campàs decidió estudiar el papel de los núcleos en la formación de órganos.
Trabajos pioneros anteriores de su grupo habían descubierto que los colectivos celulares actuaban como una espuma durante el desarrollo que podía atascarse para "congelar" la arquitectura del tejido y fijar su forma, o "fundirse" para permitir que los tejidos fluyeran y les dieran forma.
"Al ampliar el modelo de espuma activa, identificamos un nuevo modo de transición de sólido a fluido, regido por los tamaños relativos del núcleo y la célula", afirma Sangwoo Kim, coautor del estudio.
Cuando los autores investigaron el tamaño del núcleo en comparación con el de las células de los tejidos oculares y cerebrales tanto en entornos experimentales como teóricos, descubrieron que si el núcleo ocupaba gran parte del espacio celular, la rigidez del tejido estaba directamente controlada por el núcleo. Además, descubrieron que cuando los núcleos se empaquetaban con tanta fuerza, ordenaban las células en conjuntos casi cristalinos.
"Cuando los núcleos empiezan a interactuar mecánicamente, tanto la mecánica del tejido como el ordenamiento celular no vienen dictados por la superficie celular, sino que están controlados por el propio núcleo", afirma Campàs. "Se trata de un orgánulo que determina la rigidez de todo el tejido". Su estudio desafía el statu quo, revelando un nuevo papel de los núcleos en el control de la organización y la mecánica de los tejidos.
Para estudiar cómo afecta el tamaño del núcleo celular a la formación de órganos, los investigadores utilizaron peces cebra. Estos vertebrados son un modelo inestimable para explorar cuestiones de desarrollo, ya que son totalmente transparentes durante sus etapas embrionarias y maduran rápidamente, lo que permite visualizar la formación de órganos en 3D.
"Así pues, realizamos mediciones estructurales y cuantificaciones del movimiento celular, centrándonos en la retina y el cerebro en desarrollo del pez cebra", explica Rana Amini, coautora principal.
Con estas mediciones, los autores demostraron que los cambios en el tamaño de las células y los núcleos durante etapas clave del desarrollo "atascan" los núcleos en su lugar, ya que quedan estrechamente rodeados por sus vecinos. Durante esta transición, los núcleos encajan perfectamente, como granos de café en un tarro, y esta organización puede ser importante para el funcionamiento del ojo. En nuestros ojos, el empaquetamiento de las células parece muy estructurado y a menudo presenta un orden muy regular y "cristalino", necesario para procesar las señales visuales. En el pez cebra no es diferente, y el orden cristalino de las células parece ser el resultado de la aglomeración de núcleos a medida que se desarrolla el ojo.
Más allá del ojo, el equipo también descubrió que los tejidos cerebrales se atascan nuclearmente, lo que revela una nueva función del núcleo en el control de la arquitectura de varios tejidos neurales. Este trabajo también pone de relieve el posible papel de los defectos a nivel nuclear como causantes de enfermedades asociadas a la arquitectura deficiente de los tejidos. Esta nueva pieza del rompecabezas nos sitúa un paso más cerca de comprender cómo las células construyen órganos durante el desarrollo embrionario.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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