Incluso antes de que el óvulo fertilizado o el cigoto puedan comenzar a dividirse en células hijas que forman los tejidos y órganos futuros durante el desarrollo de un organismo multicelular, el cigoto simétrico debe volverse asimétrico o polarizado en forma y organización molecular. El interruptor maestro que disparael proceso de ruptura de simetría en los cigotos del gusano nematodo, Caenorhabditis elegans C. elegans , se identificó en un estudio reciente, dirigido por el profesor asistente Fumio Motegi, investigador principal del Instituto de Mecanobiología MBI de la Universidad Nacional de Singapur NUS.Este trabajo fue publicado en Célula del desarrollo en marzo de 2019.
Aurora-A quinasa es la señal de ruptura de simetría C. elegans cigotos
Al contrario de la percepción simplificada de las células como cuerpos perfectamente esféricos que comúnmente se representa en los libros de texto escolares, las células de nuestro cuerpo adoptan formas físicas asimétricas o sesgadas. Esta asimetría inherente en su forma actúa como una señal espacial importante para muchos procesos celulares fundamentales, como cómo se dividen o en qué dirección se mueven para comenzar y proceder normalmente.
Ahora hay disponible una gran cantidad de información sobre los cambios estructurales y de nivel molecular que tienen lugar cuando una célula asume un estado asimétrico o polarizado. Estructuralmente, las células adquieren las superficies superior e inferior o frontal y posterior, mientras que a nivel molecular, proteína especialgrupos llamados reguladores de polaridad se mueven a regiones distintas en la corteza celular una capa debajo de la membrana celular. Como resultado, diferentes regiones celulares adquieren arquitecturas y funciones específicas.
Sin embargo, se sabe relativamente poco sobre el 'interruptor maestro' que inicia la segregación espacial de los componentes celulares, en un proceso conocido como ruptura de simetría. Una pregunta central que queda sin respuesta es la señal que guía a los reguladores de polaridad hacia sus ubicaciones destinadas.El profesor Asote Motegi se propuso desentrañar la identidad de este interruptor maestro.
Al estudiar el proceso de ruptura de simetría en cigotos del gusano nematodo Caenorhabditis elegans, su equipo reveló previamente cómo las fuerzas generadas en la corteza por las contracciones del citoesqueleto de actina un marco filamentoso hecho de proteínas de actina y miosina podrían dirigir el movimientode los reguladores de polaridad a sus ubicaciones de destino. Poco después de la fertilización, las contracciones de actomiosina en la corteza ponen la superficie del cigoto bajo tensión. Al romperse la simetría, la inhibición controlada espacialmente de las contracciones de actomiosina conduce a un desequilibrio en la tensión superficial, causando el citoesqueleto corticalredes para fluir y transportar los reguladores de polaridad.
En este estudio, el Profesor Asistente Motegi y su estudiante de doctorado en ciencias biológicas NUS Peng Zhao se aventuraron a identificar la señal que rompe directamente la simetría en las contracciones de actomiosina cortical y conduce al inicio y al establecimiento de la polaridad en C. elegans cigotos. Después de utilizar una técnica llamada interferencia de ARN para bloquear la síntesis de proteínas específicas involucradas en el proceso de polarización, y observar los efectos en cigotos vivos, señalaron una proteína llamada Aurora-A AIR-1 in C. elegans como el interruptor maestro para la ruptura de simetría.
Aurora-A es una quinasa un tipo de proteína que regula la actividad de otras proteínas mediante la adición de una molécula de fosfato que tiene funciones bien conocidas en el control de la división celular mediante el ensamblaje de centrosomas, un orgánulo celular que organiza los filamentos de los microtúbulosy facilita la progresión del ciclo celular.
Los investigadores identificaron un proceso de dos etapas por el cual Aurora-A influye en la contracción de actomiosina para iniciar la ruptura de la simetría y establecer la polaridad celular. En la primera etapa, Aurora-A se acumula alrededor de los centrosomas y suprime las contracciones de actomiosina localmente en la corteza circundante. Esto creafuerza las diferencias a lo largo de las diferentes regiones de la corteza, y el flujo cortical resultante transporta miosinas y otras proteínas de polaridad al frente del cigoto, creando así una asimetría frontal-posterior. En la segunda etapa, Aurora-A se difunde en el citoplasma y suprime las contracciones de actomiosinaa través de toda la corteza, lo que evita que la corteza fluya o se muevan los reguladores de polaridad, bloqueándolos efectivamente en su lugar.
Al comentar sobre los hallazgos, el Profesor Asistente Motegi dijo: "Este estudio proporciona una pieza clave para el rompecabezas de cómo se activa y establece la polaridad celular. El interruptor maestro único, Aurora-A, crea 'luces polares' que cubren una de laspolos celulares para romper la simetría
Curiosamente, el equipo de investigación descubrió que el papel de Aurora-A en la polarización celular era independiente de su papel en el ensamblaje del centrosoma y la progresión del ciclo celular. A través de colaboraciones fructíferas con colegas de NUS, incluido el profesor asociado Yusuke Toyama MBI y el profesorThorsten Wohland Departamento de Ciencias Biológicas de NUS, quienes aportaron su experiencia en ablación con láser y espectroscopía de correlación de fluorescencia respectivamente, demostraron que la acumulación local de Aurora-A era suficiente para inducir la ruptura de la simetría a través de su actividad de quinasa, independientemente de la participación de centrosomas.
El profesor Wohland, que utilizó la espectroscopía de correlación de fluorescencia FCS para estudiar las tasas de difusión de las proteínas Aurora-A en el citoplasma, dijo: "Este trabajo muestra muy bien cuán importante es la medición de la dinámica en los procesos de desarrollo. Aquí, logramos estocon FCS, una herramienta versátil con sensibilidad de molécula única que permite determinar dinámicas con buena resolución espacial incluso en entornos complejos de células y organismos ".
Destacando la importancia de un enfoque multidisciplinario para obtener resultados significativos, el profesor de la asociación, Toyama, agregó: "Este trabajo aprovechó la experiencia interdepartamental en el uso de herramientas basadas en microscopía en NUS. Cirugía celular inducida por láser ultravioleta"'realizado por nosotros habilitó la manipulación de la ubicación de Aurora-A en C. elegans cigotos para determinar su influencia en el proceso de ruptura de simetría ".
Estudios recientes en el campo han relacionado la actividad anormal de la quinasa Aurora-A con las transformaciones de células cancerosas. Los investigadores esperan que los hallazgos de este estudio puedan ayudar a arrojar algo de luz sobre esta asociación patogénica. Aunque todavía quedan algunos enlaces faltantes antes de que toda la célulaSe entiende el proceso de polarización, la identificación de Aurora-A como el interruptor maestro que controla la polarización celular es un paso crucial para descubrir más detalles sobre este proceso biológico esencial.
Es importante destacar que la creciente evidencia sugiere que el proceso de polarización actúa como un punto de control clave para prevenir eventos tumorigénicos en las células, y las desregulaciones en este proceso pueden conducir finalmente a la aparición de carcinogénesis. Este estudio prepara el escenario para el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticospara cánceres basados en la manipulación y restauración de la polaridad celular.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :