Descubren nuevas formas de división celular causadas por ondas de proteína

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En la parte superior de la imagen: secuencia de imágenes de microscopía de una división celular por ondas de proteína. Las ondas proteicas son de color verde y se mueven en sentido opuesto, dividiendo así la célula en dos células hijas. En la parte inferior de la imagen: secuencia de imágenes resultante de la simulación computacional del mismo proceso de separación celular.

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Sergio Alonso, investigador del Departamento de Física de la UPC y uno de los autores del estudio

En un proyecto de colaboración internacional, investigadores del Departamento de Física de la UPC y de la University of Potsdam (Alemania) han identificado una nueva forma de división celular causada por ondas proteicas. Un descubrimiento que supone nuevas aplicaciones en el campo de la biología sintética y puede servir de paradigma para implementar una estrategia de proliferación auto-organizada en células artificiales.

31/03/2020

Los investigadores del grupo de investigación en Biología Computacional y Sistemas Complejos (BIOCOM-SC)  del Departamento de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) Sergio Alonso y Francesc Font –actualmente investigador del Centro de Investigación Matemática –, en colaboración con científicos del grupo de Física Biológica de la University de Potsdam (Alemania), han descubierto una nueva forma de división celular que es desencadenada por ondas de proteína dentro de las células. El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Según los autores del estudio, este nueva forma de división celular se podría aplicar en el ámbito de la biología sintética. Y es que actualmente se están poniendo muchos esfuerzos en producir modelos artificiales sencillos de células en el laboratorio para el estudio de las unidades básicas que forman la vida, y la división celular por ondas de proteínas podría ser una alternativa prometedora para modelos simples de célula.

Observado el laboratorio y reconstruido con métodos informáticos
La forma de las células está determinada por un andamio de proteínas, el citoesqueleto. Una de las proteínas más importantes del citoesqueleto, la actina, forma estructuras de filamento ramificadas que son modificadas y remodeladas constantemente por la célula. Las estructuras de filamentos pueden crecer o encogerse y hacer que la célula cambie de forma. El movimiento de los glóbulos blancos, por ejemplo, pero también el de las células tumorales metastásicas, se basa en este mecanismo.

En la división celular clásica, que también se conoce como mitosis, las células hijas se separan con la ayuda de un anillo proteico. Este proceso es muy complejo y requiere un alto nivel de coordinación para la aplicación de este mecanismo en células sintéticas, sobre todo en cuanto al correcto posicionamiento del anillo proteico.

Ahora, el equipo de biofísicos de la University of Potsdam ha observado, con técnicas de microscopía, cambios dinámicos en el citoesqueleto a células gigantes de la ameba Dictyostelium discoideum. En ciertas condiciones, las acumulaciones de proteínas cito-esqueléticas pueden moverse a través de la célula en forma de onda. Si esta onda de proteína llega al borde de la célula, empuja la membrana que rodea la célula hacia fuera. Esta deformación se va haciendo cada vez más fuerte y conduce, finalmente, a que una célula hija se separe del resto de la célula gigante, con la medida característica de la onda que causa la división.

Por su parte, el equipo de investigadores del Departamento de Física de la UPC ha desarrollado un modelo informático que reconstruye esta división celular causada por ondas de proteína en células simuladas. De este modo, se puede obtener una mejor comprensión de los requisitos previos necesarios para generar este proceso.

Este nuevo mecanismo de división celular abre la puerta a posibles aplicaciones en biología sintética en el diseño y construcción de células producidas artificialmente y puede servir de base para implementar una estrategia de proliferación auto-organizada en células artificiales.