Un equipo de físicos ha ideado una nueva estrategia que utiliza movimientos naturales dentro del núcleo de la célula humana para medir las propiedades físicas del núcleo y sus componentes. El método, que revela que los nucléolos humanos se comportan como gotitas líquidas, ofrece un potencial nuevomedios para iluminar las propiedades físicas de las células enfermas, como las relacionadas con la enfermedad de Alzheimer y Parkinson.
"Esta estrategia no invasiva para medir las propiedades de los materiales en los núcleos de células vivas puede generar conocimientos que son cruciales para comprender el núcleo celular", explica Alexandra Zidovska, profesora asistente de física en la Universidad de Nueva York y autora principal de la investigación, queaparece en el último número de la revista Cartas de revisión física PRL. "Creemos que un mayor desarrollo de este enfoque puede tener implicaciones potencialmente importantes tanto para el diagnóstico como para la terapia".
Los otros investigadores del estudio incluyeron a Christina Caragine, una estudiante de doctorado de la NYU, y Shannon Haley, una licenciada en la Facultad de Artes y Ciencias de la NYU en el momento del trabajo y ahora una estudiante de doctorado en la Universidad de California en Berkeley.
Las propiedades materiales del núcleo celular y sus constituyentes son críticas para todos los procesos celulares, ya que afectan los procesos biológicos más fundamentales, como la lectura de la información genética de la molécula de ADN, su transcripción a ARN y su traducción a proteínas.
En particular, la viscosidad del nucleoplasma, o el grosor de la solución dentro del núcleo celular, influye en la rapidez y la distancia a la que pueden viajar las moléculas y los orgánulos dentro del núcleo. Los científicos creen que estas propiedades materiales cambian en una serie de enfermedades humanas. Sin embargo,, medirlos ha sido un desafío de larga data: los métodos anteriores se han basado en intervenciones que se ven obstaculizadas por la respuesta de una célula a ellos.
En el estudio PRL, los investigadores intentaron superar esto mediante el uso de dinámicas y eventos celulares que ocurren naturalmente dentro del núcleo de la célula humana para inferir las propiedades físicas del núcleo y sus constituyentes en las células vivas.
Específicamente, implementaron microscopía confocal de disco giratorio de alta resolución de dos colores, una técnica de imágenes que registra el comportamiento espacial y temporal de las células vivas. Con esta técnica, monitorearon los cambios en la forma de los nucléolos, las estructuras más grandes dentro del núcleo,durante su fusión, así como las pequeñas fluctuaciones de su superficie.
Sorprendentemente, la fusión nucleolar ocurre unas cuantas veces en la vida de una célula humana, sin embargo, no hay forma de predecir cuándo y dónde ocurrirá en el núcleo celular, señala Zidovska. Por lo tanto, para detectar una fusión, agrega:hay que mirar el lugar correcto en el momento correcto.
Zidovska y su equipo desarrollaron un nuevo procedimiento experimental que captura estos elusivos eventos de fusión.
Este enfoque no invasivo evitó interrumpir la actividad celular que ocurre naturalmente y sirvió como una ventana a esta dinámica. Como resultado, detectó aspectos de la célula que antes se desconocían.
En particular, el método mostró que los nucléolos humanos se comportan como gotitas líquidas. Además, permitió a los científicos medir las propiedades físicas del nucleoplasma circundante, un avance que indicó que el nucleoplasma que rodea a las gotitas nucleolares tiene una viscosidad extremadamente alta; de hecho, es 100 veces más alta que la de la miel, lo que ralentiza la coalescencia de las gotitas nucleolares en las células sanas.
"Teniendo en cuenta que los nucleolos están transcribiendo activamente el ADN, la coalescencia lenta podría evitar que se interrumpa la transcripción nucleolar, lo que ayuda a garantizar la salud de la célula", observa Zidovska.
Por el contrario, agrega, se sabe que los nucléolos humanos cambian su forma y tamaño en muchas enfermedades, como el cáncer, el Alzheimer y el Parkinson, así como en el envejecimiento humano. Al comprender las fuerzas que impulsan estos cambios, como es posiblediferencias en la viscosidad de las gotitas nucleolares, los científicos podrían comprender mejor el nucleolo y el núcleo en células sanas y enfermas.
La investigación fue apoyada por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud R00-GM104152 y el programa de Física de Sistemas Vivos de la Fundación Nacional de Ciencias PHY-1554880.
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Materiales proporcionados por Universidad de Nueva York . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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