Investigadores de TU Delft y del instituto NWO AMOLF descubrieron cómo ciertos enlaces moleculares hacen que las células vivas sean tanto flexibles para moverse como fuertes para resistir fuerzas. Paradójicamente, resulta que estos enlaces de captura sensibles a la fuerza son débiles e inactivos la mayor parte del tiempo, pero viajan a lugares específicos donde y cuando las células se dañan. Este descubrimiento fue publicado en Nature Materials .

Las proteínas de enlaces de captura moleculares se pueden encontrar en muchos tejidos diferentes, tanto dentro como entre las células. Estos enlaces se desmoronan regularmente, como ocurre con la mayoría de los enlaces biológicos, pero tienen una propiedad peculiar:si tiras con fuerza de un enlace de captura, en realidad comienza a unirse con más fuerza. Los investigadores descubrieron que esta capacidad fortalece el material en lugares específicos donde el vínculo experimenta estrés. El descubrimiento es un gran avance, 20 años después del primer hallazgo de dichos enlaces. Además, esta es la primera vez que los investigadores han sido testigos de enlaces de captura trabajando juntos dentro de materiales biológicos.

Flexibles y resistentes

El ex investigador de AMOLF, Yuval Mulla, explica que "generalmente definimos qué tan fuerte es algo de una de dos maneras:un material puede deformarse bien, estirarse mucho sin romperse, como el caucho, o el material puede soportar mucha fuerza, por ejemplo, un ladrillo; aunque es fuerte, solo puede estirarse un poco antes de que se rompa. Al estudiar la naturaleza de los enlaces de captura, descubrimos que estos enlaces moleculares podían hacer ambas cosas:ser flexibles y fuertes, aunque sus enlaces moleculares son débiles. Y luego consideramos:¿los enlaces atrapados podrían explicar por qué las células vivas combinan la elasticidad del caucho con la fuerza de un ladrillo?"

Para probar estas ideas, los investigadores midieron las propiedades mecánicas de las redes del citoesqueleto que reconstituyeron en el laboratorio, en colaboración con el grupo de Biofísica para extraer enlaces simples. Descubrieron que muchos de los lazos simplemente están flotando, uniéndose brevemente solo para soltarse nuevamente. Sin embargo, cuando los investigadores deformaron las redes, encontraron que muchos enlaces viajaban a sitios particularmente dañados para unirse. Mulla dice que "porque los lazos de captura se acumulan en los puntos débiles cuando y donde se necesitan para hacer que la red sea muy fuerte".

Relación con las enfermedades

El estudio incluyó una versión mutante de la misma proteína, que se sabe que ocurre con una enfermedad genética que conduce a la insuficiencia renal. A diferencia de un enlace de captura regular, los investigadores encontraron que esta versión mutante siempre estaba activa. Este aumento de la fuerza de los enlaces dificulta que el mutante se mueva, pero, paradójicamente, también debilita las redes, ya que los enlaces no se acumulan donde se necesitan, dice el líder del grupo, Gijsje Koenderink:"Al comprender mejor la proteína mutante, en el futuro podremos también podría entender el proceso de insuficiencia renal. Además, esperamos entender cómo los enlaces de captura desempeñan un papel en la forma en que las células cancerosas invasivas son".

Perspectiva material de la vida

El grupo de investigación del profesor Koenderink de la Universidad Tecnológica de Delft está principalmente interesado en las propiedades materiales de la materia viva. Un tema central en su grupo es el hecho de que las células y los tejidos vivos deben ser dinámicos y flexibles, pero también fuertes:"Esta propiedad es diferente de cualquier material sintético que conocemos", dice Koenderink. "Nuestra ambición es aprender nuevos principios de diseño a partir de materiales vivos para fabricar materiales sintéticos que puedan ser flexibles y fuertes al mismo tiempo. De hecho, actualmente estamos trabajando junto con químicos y biofísicos como Sander Tans en AMOLF para intentar hacer tales bonos de captura sintéticos”. + Explora más

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