Científicos de la UM desarrollan una corteza artificial libre de células para estudiar cómo se dividen las células

Las células animales están unidas a una estructura llamada corteza celular, y los investigadores dicen que esta estructura es algo similar a una tienda de campaña.

La carpa consiste en un caparazón con una abertura con cremallera que controla lo que se puede ingresar y salir de la carpa. Este proyectil está suspendido por un sistema de columnas. De manera similar, la corteza de la célula animal consta de una membrana celular que controla lo que ingresa a la célula.

La corteza también contiene proteínas que ayudan a la célula a mantener su forma. Una de estas proteínas clave, llamada actina, es un polímero con una estructura lineal, como un poste de tienda. Pero a diferencia de la tienda, las proteínas corticales de la célula no están fijas. Se mueven a lo largo de la membrana celular, se juntan libremente y divergen con el tiempo, en un proceso llamado «excitabilidad cortical».

Cuando estas proteínas comienzan a formar patrones de ondas, es una señal de que la célula se está preparando para dividirse. Pero estudiar este proceso dentro de la membrana celular es difícil. Ahora, investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un enfoque para estudiar estos patrones de ondas extracelulares mediante el desarrollo de una corteza artificial libre de células.

Cuando la célula se prepara para dividirse, las proteínas de la corteza celular comienzan a moverse. Primero, sus proteínas corticales forman una onda irritable, como la actuación de un espectador «la onda» en un campo de fútbol. En segundo lugar, las proteínas corticales están organizadas en oscilaciones coherentes que, comportándose como luces navideñas parpadeantes, se adhieren y se separan de la membrana a intervalos regulares. Crédito de la imagen: Jennifer Landino, A Miller Lab

Al hacerlo, demostraron que estas proteínas corticales pueden organizarse en dos patrones. Primero, las proteínas forman una onda irritable, como los espectadores realizan una «onda» en un estadio. En segundo lugar, las proteínas se organizan en oscilaciones coherentes, que se comportan como luces navideñas parpadeantes. Su estudio, que examina las proteínas Rho y F-actina en el extracto de huevo de rana, se publica en la revista Current Biology.

Hace casi cien años, las personas que estudiaban la corteza celular especularon que estaba autoorganizada y que los patrones y formas de estas proteínas se identificaban a sí mismos por las propiedades de las proteínas y la membrana. Pero realmente no se puede separar la corteza del resto de la célula, porque entonces todo colapsa «.

Jennifer Landino, autora principal, investigadora postdoctoral, Departamento de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo

«Es muy emocionante que ahora tengamos una herramienta para estudiar cómo funcionan estos patrones fuera de las células. Al mismo tiempo, también confirma esta vieja hipótesis de que la corteza cerebral se autoorganiza y que estos patrones surgen simplemente de las propiedades del moléculas involucradas «.

La investigadora de la UM, Jennifer Landino, extrae el citoplasma de los huevos de rana para estudiar cómo se comportan las proteínas corticales Rho y F-actina cuando se mueven a través de la membrana celular, preparando la célula para la división. Aquí, Rho se muestra en cian y F-actina se muestra en magenta. Crédito de la imagen: Jennifer Landino, A Miller Lab

Landino dice que desarrollar un caparazón artificial para estudiar estas proteínas es esencial porque, si bien los biólogos tienen herramientas que pueden usar para manipular proteínas, tienen menos herramientas para manipular los lípidos, los lípidos que forman la membrana celular. Estas herramientas se basan en la manipulación de proteínas que regulan la formación de membranas. En la corteza artificial, los investigadores pueden alterar directamente la membrana mezclando diferentes lípidos, una técnica que no es posible en las células.

Landino utiliza grasas disponibles comercialmente para sintetizar la carilla artificial. Los agrega a un pozo plano, creando una capa de superficie que estará más cerca del microscopio. Los investigadores utilizan un microscopio invertido, lo que significa que el elemento de aumento se encuentra debajo de la muestra en estudio. Además, agregó una capa de citoplasma extraído de huevos de rana que contiene todos los componentes proteicos normalmente presentes en el citoplasma. En el momento en que el citoplasma se coloca sobre la membrana sintética, dijo Landino, las proteínas dentro del citoplasma comienzan a autoensamblarse, tal como lo harían en una célula animal normal.

«Cuando una célula se divide, se modifica en el medio y se divide en dos. También vemos que estos patrones de ondas se forman en las células y vemos que están relacionados con la división celular», dijo Landino. Es realmente difícil de probar en las células. Esperamos utilizar este sistema sintético para comprender cómo se forman estos patrones de ondas, así como cuál podría ser su función «.

Ann Miller, profesora asociada de biología molecular, celular y del desarrollo, es la autora principal del artículo. La investigación, que fue financiada por la National Science Foundation, es parte de un esfuerzo de colaboración entre el laboratorio de Miller y Anthony Vecchiarelli, profesor asistente de biología molecular, celular y del desarrollo, así como colaboradores de la Universidad de Wisconsin y la Universidad de Edimburgo.

«Estos hallazgos representan una plataforma sintética nueva y poderosa para estudios sin células de los mecanismos que regulan el modelado cortical», dijo Miller. «El sistema desarrollado por el Dr. Landino abre nuevas posibilidades para profundizar nuestra comprensión de cómo los patrones corticales autoorganizados impulsan procesos celulares básicos como la división celular».