Para detectar su entorno local, las células envían y retraen constantemente protuberancias en el borde de la célula. Las imágenes muestran parte de una celda segmentada en ventanas de muestreo de 1 x 1 micrómetro utilizadas para analizar su comportamiento local. Las flechas rojas en la imagen de la izquierda indican la velocidad y la dirección de los movimientos locales de cada segmento en el borde de la celda. La imagen del medio muestra los niveles de actividad de la proteína de señalización Rac1, mientras que la imagen de la izquierda muestra los niveles de las fuerzas mecánicas generadas donde la célula se adhiere a la superficie subyacente. Crédito:Jianjiang Hu
Un nuevo estudio realizado por investigadores del Karolinska Institutet muestra que la actividad local de la molécula de señalización Rac1 controla los ciclos de protuberancias y retracciones microscópicas de la membrana celular. La célula utiliza estos ciclos para detectar su entorno, lo que, entre otras cosas, afecta la capacidad de movimiento de la célula. La comprensión de los mecanismos celulares y moleculares que controlan los movimientos celulares puede ayudarnos a desarrollar mejores diagnósticos y tratamientos de diversas enfermedades como el cáncer.
Para detectar su entorno, las células utilizan ciclos en los que se forman y retraen protuberancias celulares microscópicas. La capacidad de las células para sentir su entorno es importante, entre otras cosas, para la absorción de nutrientes, pero también para la capacidad de la célula para moverse en una determinada dirección. La capacidad de la célula para moverse es crucial para el desarrollo embrionario y la reparación de tejidos, y en muchos estados de enfermedad, como cuando las células cancerosas se diseminan (metastatizan), así como en la inflamación y la fibrosis. Al comprender los mecanismos celulares y moleculares que controlan el movimiento celular, podemos desarrollar mejores diagnósticos y tratamientos para el cáncer y otras enfermedades.
"Es la actividad local de la molécula señalizadora Rac1 la que, paradójicamente, controla tanto la protrusión como la retracción de las membranas celulares microscópicas cambiando entre un estado activo e inactivo en diferentes partes del ciclo", dice el profesor Staffan Strömblad, quien junto con su grupo en el Departamento de Biociencias y Nutrición, Karolinska Institutet, es responsable del estudio. "También hemos podido demostrar por primera vez que Rac1 controla las fuerzas mecánicas entre la célula y su superficie de unión".
Mediante el estudio de células vivas con microscopía confocal de alta resolución, pudieron medir la actividad de Rac1 localmente en las células a lo largo del tiempo con la ayuda de un biosensor fluorescente. Al mismo tiempo, han medido las fuerzas de tracción que ejercen las células sobre sus superficies de unión con "microscopía de fuerza de tracción". Con la ayuda de un láser en el microscopio, también han podido activar o bloquear la actividad de Rac1 localmente en las células mediante el uso de la llamada sonda optogenética. A partir de entonces, los efectos se midieron localmente en las membranas de las células a lo largo del tiempo con la ayuda de análisis de imágenes avanzado y procesamiento estadístico.
El próximo paso para el grupo será ver a nivel molecular un mapa de cómo Rac1 puede controlar tanto la protrusión como la retracción de las membranas celulares locales, y cómo Rac1 controla la maquinaria de generación de energía de la célula.
