Los organismos multicelulares como nosotros dependen de un flujo constante de información entre las células, coordinando sus actividades para proliferar y diferenciarse. Descifrar el lenguaje de la comunicación intercelular ha sido durante mucho tiempo un desafío central en biología. Ahora, los científicos de Caltech han descubierto que las células tienenevolucionó una forma de transmitir más mensajes a través de una sola vía, o canal de comunicación, de lo que se pensaba anteriormente, codificando los mensajes rítmicamente a lo largo del tiempo.
El trabajo, realizado en el laboratorio de Michael Elowitz, profesor de biología y bioingeniería, Investigador del Instituto Médico Howard Hughes, y oficial ejecutivo de Ingeniería Biológica, se describe en un artículo en la edición del 8 de febrero de Celda .
En particular, los científicos estudiaron un sistema de comunicación clave llamado "Notch", que se utiliza en casi todos los tejidos de los animales. Las disfunciones en la vía Notch contribuyen a una variedad de cánceres y enfermedades del desarrollo, por lo que es un objetivo deseable para estudiardesarrollo de fármacos.
Las células llevan a cabo sus conversaciones utilizando moléculas de comunicación especializadas llamadas ligandos, que interactúan con las antenas moleculares correspondientes llamadas receptores. Cuando una célula usa la vía Notch para comunicar instrucciones a sus vecinos, diciéndoles que se dividan, por ejemplo, o que se diferencien enun tipo diferente de célula: la célula que envía el mensaje producirá ciertos ligandos Notch en su superficie, que luego se unen a los receptores Notch incrustados en la superficie de las células cercanas, provocando que los receptores liberen moléculas modificadoras de genes llamadas factores de transcripción en elinterior de su célula. Los factores de transcripción viajan al núcleo de la célula, donde se almacena el ADN de la célula, y activan genes específicos. El sistema Notch permite a las células recibir señales de sus vecinos y alterar su expresión génica en consecuencia.
Los ligandos provocan la activación de los factores de transcripción al modificar la estructura de los receptores en los que se acoplan. Todos los ligandos modifican sus receptores de manera similar y activan los mismos factores de transcripción en una célula receptora, y por esa razón, los científicos generalmente asumieron quela célula receptora no debería poder determinar de manera confiable qué ligando lo había activado y, por lo tanto, qué mensaje había recibido.
"A primera vista, la única explicación de cómo las células distinguen entre dos ligandos, en todo caso, parece ser que de alguna manera deben detectar con precisión las diferencias en la fuerza con que los dos ligandos activan el receptor. Sin embargo, toda la evidencia hasta ahora sugiere que, a diferencia de los teléfonos móviles o las radios, las células tienen muchos más problemas para analizar con precisión las señales entrantes ", dice el autor principal y ex estudiante graduado del laboratorio Elowitz Nagarajan Sandy Nandagopal PhD '18." Usualmente son excelentes para distinguir entre la presencia o ausenciade señal, pero no mucho más. En este sentido, la mensajería celular está más cerca de enviar señales de humo que enviar mensajes de texto. Entonces, la pregunta es, como célula, cómo diferenciar entre dos ligandos, los cuales se ven como bocanadas similares defumar en la distancia? "
Nandagopal y sus colaboradores se preguntaron si la respuesta estaba en el patrón temporal de activación de Notch por diferentes ligandos, en otras palabras, cómo se emite el "humo" con el tiempo. Para probar esto, el equipo desarrolló un nuevo sistema basado en videoa través del cual podían registrar la señalización en tiempo real en cada célula individual. Al marcar los receptores y ligandos con marcadores de proteínas fluorescentes, el equipo podía observar cómo interactuaban las moléculas a medida que ocurría la señalización.
El equipo estudió dos ligandos Notch químicamente similares, denominados Delta1 y Delta4. Descubrieron que, a pesar de la similitud de los ligandos, los dos activaron el mismo receptor con patrones temporales sorprendentemente diferentes. Los ligandos Delta1 activaron grupos de receptores simultáneamente, enviando un repentino estallido de transcripciónfactores hacia el núcleo todos a la vez, como una señal de humo que consiste en unas pocas bocanadas gigantes. Por otro lado, los ligandos Delta4 activaron receptores individuales de manera sostenida, enviando un goteo constante de factores de transcripción individuales al núcleo, como un constantecorriente de humo.
Los dos patrones son la clave para codificar diferentes instrucciones para la célula, dicen los investigadores. De hecho, este mecanismo permitió que los dos ligandos comunicaran mensajes dramáticamente diferentes. Al analizar los embriones de pollo, los autores descubrieron que Delta1 activaba la producción de músculos abdominales,mientras que Delta4 inhibió fuertemente este proceso en las mismas células.
"Las células hablan solo un puñado de diferentes idiomas moleculares, pero tienen que trabajar juntas para llevar a cabo una increíble diversidad de tareas", dice Elowitz. "En general, asumimos que estos idiomas son extremadamente simples, y las células básicamente solo pueden gruñir enuno al otro. Al observar las células en el proceso de comunicación, podemos ver que estos idiomas son más sofisticados y tienen un vocabulario más amplio de lo que pensamos. Y esto es probablemente la punta de un iceberg para la comunicación intercelular ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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