Con cada latido del corazón, un galón y medio de pulsos sanguíneos atraviesan la red de venas y arterias del cuerpo. La fuerza de ese flujo sanguíneo ayuda a mantener sanas las células que recubren los vasos sanguíneos, llamadas células endoteliales; cuando se interrumpe el flujo sanguíneo, como durante los procedimientos quirúrgicos o un derrame cerebral, los vasos comienzan a gotear, lo que puede causar una gran cantidad de respuestas inflamatorias que conducen a daños y enfermedades celulares. Los científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard se propusieron resolver el misterio de cómo fluye la sangremantiene los vasos intactos y, para su sorpresa, descubrió una vía de señalización celular completamente nueva que es un objetivo prometedor para los medicamentos para tratar una variedad de condiciones debilitantes.
"Descubrimos que la conocida proteína Notch es responsable de evitar que los vasos sanguíneos se filtren, y lo hace a través de una vía de señalización secundaria que funciona de una manera completamente diferente a su vía basada en la transcripción conocida", dice Chris Chen,MD, Ph.D., miembro asociado de la Facultad del Instituto Wyss y profesor de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Boston, quien es el autor correspondiente del artículo. "No solo es esta nueva vía emocionante desde una perspectiva de descubrimiento, sino que podría mejorar algunos delos efectos secundarios del cáncer y los medicamentos cardiovasculares para que sean más seguros y efectivos ". El estudio se publica en Naturaleza .
Las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos están unidas entre sí mediante conexiones llamadas uniones adherentes para formar una barrera que mantiene la sangre dentro del vaso y regula la facilidad con la que otras sustancias pueden entrar y salir de él. Para estudiar esta barrera y determinar por quéla falta de flujo sanguíneo hace que se escape, los investigadores construyeron un modelo de vaso sanguíneo en un chip que consiste en un canal forrado con una capa de células endoteliales humanas rodeadas por una matriz extracelular dentro de un dispositivo microfluídico, lo que les permitió fácilmentesimule y controle el flujo de sangre a través de un vaso y evalúe las respuestas de las células.
Las células endoteliales que experimentaron flujo sanguíneo mostraron una mayor actividad de la proteína transmembrana Notch1, mientras que las células expuestas a la sangre estática no. Cuando los investigadores agregaron un químico que bloquea la activación de Notch1, observaron que el vaso comenzó a gotear, lo que determinaron queser causado por la interrupción de las uniones adherentes entre las células endoteliales vecinas y la reorganización de las fibras de actina dentro de cada célula, lo que confirma que la activación de Notch1 por el flujo sanguíneo es necesaria para la formación y mantenimiento de la barrera endotelial de los vasos sanguíneos.
Curiosamente, el bloqueo del mecanismo de acción conocido de Notch1, el desprendimiento de su dominio intracelular del resto de la proteína, no hizo que los vasos fugas, lo que implicaba que alguna otra parte de la proteína estaba respondiendo al flujo sanguíneo. Esta sospechase fortaleció con experimentos in vivo en los que los científicos inyectaron a los ratones una sustancia química que bloqueó la activación de Notch1 junto con el tinte azul, y vieron que el tinte se escapaba de los vasos sanguíneos de los ratones tratados a un ritmo mucho más rápido de lo esperado ". [El intracelularla función del dominio de] transcribir un gen en una proteína que luego realiza alguna función dentro de la célula generalmente toma aproximadamente dos horas, pero vimos una fuga dentro de los 30 minutos posteriores al bloqueo de Notch1, lo que sugiere que cualquier proceso que controle la permeabilidad de la barrera está operando a través deun mecanismo completamente diferente ", dice Bill Polacheck, Ph.D., becario postdoctoral en el Instituto Wyss y co-primer autor del artículo.
Una vez que establecieron que el dominio intracelular no estaba involucrado en la regulación de la barrera endotelial, los científicos escanearon otras partes de Notch1 en busca de actividad. Utilizaron CRISPR / Cas-9 para eliminar varias secciones del gen Notch1, y descubrieron que eliminar la secciónque los códigos para el dominio intracelular no tuvieron ningún efecto sobre la permeabilidad, mientras que la eliminación de la sección que codifica para el pequeño dominio transmembrana TMD causó que la fuga de los vasos aumentara en condiciones de flujo ". Esta es la primera vez que la función biológica de Notch TMD ha tenido efectoevaluado ", dice Matthew Kutys, Ph.D., miembro visitante del Instituto Wyss y coautor principal." Se suponía en gran medida que era inerte y simplemente desaparecía después de la activación, y la mayoría de los libros de texto y trabajos de investigación no 'incluso lo muestra como una porción distinta de los receptores Notch ". A través de pruebas adicionales, descubrieron que cuando Notch1 se activa y se libera su dominio intracelular, su TMD ensambla un complejo en la membranacon las proteínas VE-cadherina, Rac1, LAR y Trio, que ensamblan y mantienen colectivamente las uniones adherentes entre las células y distribuyen las fibras de actina contra la membrana celular para soportar esas uniones.
"En retrospectiva, lanzamos los dados con este proyecto, porque al elegir investigar a Notch entramos en una de las áreas de investigación más concurridas en biología. Pero nuestro enfoque basado en ingeniería nos permitió estudiarlo de una manera nueva, sin elinfluencia o sesgo del trabajo pasado, que creo que es lo que nos hizo lo suficientemente abiertos como para observar y caracterizar esta nueva ruta inesperada ", dice Polacheck." Sabiendo que Notch1 regula la adhesión celular [a través de la nueva ruta controlada por TMD] ademáspara la diferenciación celular [a través de su ruta de transcripción descrita anteriormente] también ofrece un nuevo marco para comprender la coordinación de procesos celulares complejos, en el sentido de que moléculas individuales como Notch pueden desempeñar múltiples funciones ", agrega Kutys.
La revelación de que Notch1 cumple diferentes funciones, y saber qué partes de la proteína gobiernan cada función, permite el desarrollo de nuevos medicamentos que son más efectivos y menos tóxicos ". Notch es un objetivo para algunas terapias contra el cáncer, pero esos medicamentosse sabe que causan edema [la acumulación de líquido en el cuerpo] y otros problemas. Ahora, estamos trabajando activamente en la separación de las dos vías de Notch para que podamos crear medicamentos que se dirijan solo al dominio intracelular, ahorrando el TMD y preservando así elintegridad de los vasos sanguíneos ", dice Karen Hirschi, Ph.D., profesora de medicina y genética de la Facultad de medicina de Yale, que colaboró en el estudio. Saber que Notch gobierna la permeabilidad de los vasos lo convierte en candidato para nuevos medicamentos para el tratamiento cardiovascularenfermedades también, y el equipo también está investigando el TMD como un agente terapéutico potencial en sí mismo, ya que los modelos celulares que estuvieron expuestos a la inflamación inductora de fugas mostraron una reducción dramática en la fuga cuando they fueron diseñados para expresar el TMD.
"Las colaboraciones que el Instituto Wyss permite y fomenta entre campos dispares, como la ingeniería mecánica y la biología molecular, fomentan nuevos enfoques a viejos problemas que pueden conducir a resultados verdaderamente cambiantes de paradigma", dice Donald Ingber, MD Ph.D.,el Director Fundador del Instituto Wyss y el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, quien también es Profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard Paulson SEAS."Este estudio es un excelente ejemplo de los beneficios que estos tipos de asociaciones pueden proporcionar a la ciencia y la sociedad".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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