Un equipo internacional de científicos ha descubierto un nuevo mecanismo celular que explica cómo las células pueden adaptarse a los cambios de presión durante el crecimiento del tejido al adquirir una forma única.
Investigadores del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, la Estación Marina Hopkins de la Universidad de Stanford y el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS) en España lideraron la investigación, que es novedosa por el uso de embriones de estrellas de mar como organismos modelo en este contexto. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Desarrollo el 7 de mayo.
El trabajo de laboratorio se realizó en el Centro de Biotecnología y Biomedicina Marinas (CMBB) de Scripps Oceanografía en el Laboratorio de Lyons, que se centra en avanzar en el campo de la biología del desarrollo evolutivo utilizando invertebrados marinos. El estudio destaca por el uso de embriones marinos (específicamente el embrión de la estrella de mar Patiria miniata) para comprender cómo las células afrontan los cambios en su entorno físico.
"Nuestra investigación muestra que las células adoptan una forma geométrica inusual en respuesta a la presión. Esto arroja luz sobre cómo las células enfrentan los cambios en su entorno físico, que ocurren dinámicamente en cada tejido", dijo la autora principal Vanessa Barone, quien dirigió el trabajo mientras investigador postdoctoral en Scripps Oceanography.
"También es un ejemplo fascinante de cómo el estudio de un organismo marino puede conducir a conocimientos ampliamente relevantes sobre la biología celular fundamental."
Los autores dijeron que los resultados podrían tener implicaciones futuras para comprender cómo las células sanas podrían adaptarse a la presión ejercida por las células tumorales que crecen sin control.
Si bien la forma geométrica inusual de las células, una escutoide, se había descrito antes, se pensaba que ocurría principalmente debido a la forma del tejido en el que están incrustadas las células. Los escutoides tienen forma de prisma, con seis lados en la parte superior y cinco lados en la parte inferior.
Trabajos anteriores han demostrado que cuando el tejido se curva de cierta manera, como en tubos o en forma de huevo, una proporción de las células se convertirán en escutoides porque esa es la forma energéticamente favorable que se debe tener en esa situación.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron una combinación de imágenes en vivo del desarrollo de embriones de estrellas de mar, análisis de imágenes detallados y modelos computacionales para mostrar que las células también se vuelven escutoides en otras circunstancias mucho más comunes.
Descubrieron que las células se convertían en escutoides después de que se producían divisiones celulares en tejidos epiteliales compactos. Las células son los componentes básicos de los animales. Durante el desarrollo embrionario, estas células se dividen rápidamente y aumentan en número.
Las células epiteliales se distinguen por sus fuertes interconexiones y su capacidad para cubrir superficies del cuerpo. Estas células forman capas que crean una barrera protectora que separa las superficies externas de las cavidades internas en animales adultos. Además, el tejido epitelial forma glándulas y es el tejido predominante en muchos órganos, como el hígado o los riñones.
A medida que aumenta el número de estas células, a menudo necesitan adaptarse a un espacio limitado, lo que conduce a la compactación del tejido. Por tanto, las células epiteliales deben organizarse eficazmente, resistiendo al mismo tiempo la presión de las células vecinas que también están proliferando. Este estudio demuestra que las células epiteliales probablemente pudieron acomodar las células recién formadas adoptando una forma escutoide.
"Al observar los embriones de las estrellas de mar, estamos descubriendo nueva información importante sobre la biología celular, con posibles conexiones con la salud humana", afirmó Deirdre Lyons, coautora del estudio y bióloga marina de Scripps Oceanography.
"Este es el primer estudio que muestra realmente el empaquetamiento de las células epiteliales y la división celular a medida que se desarrolla el embrión de la estrella de mar, capturado en películas en vivo. Nuestros hallazgos tienen amplias implicaciones para comprender la estructura celular de estos tejidos".
El embrión de estrella de mar es ideal para comprender cómo las células se organizan en una capa epitelial mientras proliferan. Esto se debe a que las células de las estrellas de mar pasan por varias rondas de divisiones celulares sincrónicas que conducen a la formación de una capa epitelial.
Además, estos embriones se desarrollan en agua de mar, son bastante transparentes y fáciles de observar con un microscopio de alta resolución. Estas cualidades permitieron a los científicos seguir cada célula individual a lo largo del tiempo, mientras observaban todo el tejido epitelial a medida que se forma.
"La adecuada coordinación entre el crecimiento y la organización celular es un proceso muy complejo. Utilizando como modelo el embrión de una estrella de mar, hemos podido estudiar dinámicamente sus primeras etapas de desarrollo", afirma Luis María Escudero, coautor del estudio. e investigador en IBiS.
Los investigadores de Scripps Oceanography capturaron imágenes en vivo en el laboratorio que muestran estos procesos celulares en curso. Luego, el equipo de IBiS utilizó CartoCell, un novedoso método de análisis de imágenes publicado recientemente por el grupo de Escudero, para analizar más a fondo las imágenes. CartoCell es una herramienta de software basada en aprendizaje profundo que permite el procesamiento rápido y automático de imágenes tridimensionales, como las de los timelapses de embriones de estrellas de mar.
"Observamos que inmediatamente después de la división celular, la probabilidad de que una célula adopte la forma escutoide aumenta significativamente", afirma Escudero. "Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que el aumento de la densidad celular provocado por la proliferación está relacionado con el cambio de forma. Este cambio de forma probablemente se produce porque las células resisten mejor la compresión cuando son escutoides".
Al demostrar cómo se organizan las células dentro de los tejidos en respuesta al estrés, este estudio podría abrir la puerta a futuras aplicaciones relacionadas con la investigación del cáncer.
"Nuestro estudio podría ayudar a comprender los cambios que se producen en los tejidos que se comprimen, ya sea debido a procesos normales o situaciones relacionadas con enfermedades", afirmó Barone, que ahora es profesor asistente en la Universidad de Stanford.
Además de Barone, Escudero y Lyons, el equipo de investigación incluyó al coautor Antonio Tagua del IBiS, así como a los coautores del estudio Jesús Á. Andrés-San Román y Juan Garrido-García de IBiS, y Amro Hamdoun de Scripps Oceanography.
Más información: Vanessa Barone et al, Los cambios locales y globales en la densidad celular inducen la reorganización del empaquetamiento 3D en un epitelio en proliferación, Desarrollo (2024). DOI:10.1242/dev.202362
Información de la revista: Desarrollo
Proporcionado por la Universidad de California - San Diego
