¿Cómo se mueven las células en una determinada dirección en el cuerpo? Ir al sitio de una herida y repararlo. por ejemplo, o cazar bacterias infecciosas y matarlas?

Dos nuevos estudios del Laboratorio de Biología Marina (MBL) muestran cómo las células responden a las fuerzas internas cuando se orientan, ganar tracción, y migrar en una dirección específica. La investigación, que comenzó como un proyecto de estudiante en el Curso de Fisiología MBL y se desarrolló en el Centro MBL Whitman, se publica en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) y esta semana en Comunicaciones de la naturaleza .

Ambos trabajos se centran en la activación de integrinas, proteínas que permiten que las células se adhieran a su entorno externo y respondan a las señales que provienen de otras células. Las integrinas son proteínas transmembrana:parte se encuentra en la superficie celular y parte se encuentra dentro de la célula. Usando un microscopio inventado en el MBL, los autores demostraron que cuando las integrinas se despliegan de la superficie celular y se unen extracelularmente, se alinean simultáneamente en la misma dirección que una fuerza dentro de la célula (flujo retrógrado de actina).

"Si piensas en una celda como en un automóvil, el flujo de actina es el motor, "dice Clare Waterman, un científico del Centro Whitman del National Heart, Instituto de Pulmón y Sangre. "La celda puede sentarse allí, al ralentí su motor. Pero cuando las integrinas se activan y se unen externamente, son como los neumáticos golpeando la carretera, proporcionando fricción. El motor se pone en marcha y el coche se mueve ".

Timothy Springer de la Universidad de Harvard, que co-descubrió la familia de proteínas de las integrinas en la década de 1980 y ha definido en gran medida su mecanismo de activación, y Satyajit Mayor del Centro Nacional de Ciencias Biológicas, Bangalore, fueron colaboradores principales de Waterman en el proyecto.

El equipo utilizó un microscopio de luz polarizada de fluorescencia desarrollado por el científico asociado de MBL Tomomi Tani y el ex científico de planta Shalin Mehta (ahora en Chan Zuckerberg Biohub) para medir, en tiempo real y con alta precisión, la orientación de las integrinas en la superficie celular.

"Es bastante sorprendente que puedas hacer eso con un microscopio, Springer dice:"No conozco ningún otro ejemplo en el que la gente haya medido realmente la orientación de una molécula de la superficie celular".

Hay 24 tipos diferentes de integrinas que se encuentran en las células humanas. El artículo de PNAS estudia una integrina en células de fibroblastos mientras que el Comunicaciones de la naturaleza artículo analiza una integrina en glóbulos blancos.

"Las dos integrinas en las que trabajamos eran tan diferentes estructuralmente como se puede encontrar en la familia de las integrinas, "dice Springer, sin embargo, ambos tipos, cuando se activa, orientado en una dirección dictada por el flujo de actina intracelular.

"Esta es una investigación básica realmente hermosa, ", Dice Springer." Si bien sabíamos mucho sobre las integrinas altamente purificadas en solución, esta investigación nos brinda información específica sobre su estado de activación en las células vivas ".

Waterman estaba codirigiendo el curso de fisiología MBL cuando inició esta investigación con un grupo de estudiantes, incluidos Vinay Swaminathan y Pontus Nordenfelt. Después de que terminó el curso, el equipo agregó miembros, incluyendo a Joseph Mathew Kalappurakkal y Travis I.Moore, y continuó colaborando en el MBL Whitman Center con el apoyo de un premio Lillie Research Innovation Award de la Universidad de Chicago y MBL.

"El MBL es conocido por su capacidad para convocar equipos científicos con una profunda experiencia interdisciplinaria a través de la comunicación que fluye entre sus cursos avanzados, sus científicos residentes, y el Centro Whitman, "dice David Mark Welch, Director de Investigación de MBL. "En este caso, científicos perspicaces con habilidades muy diferentes:biólogos celulares, desarrolladores de microscopios, científicos computacionales, modeladores moleculares, químicos de proteínas, sinergizados para revelar un impulsor fundamentalmente importante de la migración celular ".