Los biofísicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munch han desarrollado una nueva teoría, lo que explica la observación de que las células pueden percibir sus propias formas, y utilizar esta información para dirigir la distribución de proteínas dentro de la célula.

Muchos procesos celulares dependen fundamentalmente de la distribución y el patrón precisos de las proteínas en la membrana celular. Diversos estudios han demostrado que, además de las interacciones proteína-proteína y los procesos de transporte, La forma celular también puede tener un impacto considerable en la formación del patrón intracelular. En cambio, hay procesos de modelado en los que cualquier dependencia de la forma celular sería perjudicial. Usando ovocitos de estrellas de mar como sistema modelo, Los físicos de LMU dirigidos por el profesor Erwin Frey ahora han explicado cómo pueden surgir patrones de proteínas robustos frente a cambios drásticos en la forma celular. Como Frey y sus colegas informan sobre un nuevo estudio que aparece en la revista Física de la naturaleza , un gradiente de concentración formado dentro de la propia célula codifica la información de forma de la célula y se decodifica mediante patrones de proteínas autoorganizados.

Los ovocitos de estrella de mar son relativamente grandes y transparentes, y por lo tanto son muy adecuados para investigaciones bioquímicas. Justo antes de la división celular meiótica, una onda de contracción de la membrana pasa a lo largo de la membrana celular hacia la posición donde la célula se divide asimétricamente. Esta onda de contracción es provocada por la enzima unida a la membrana llamada Rho, cuya actividad se propaga como un pulso sobre la membrana. La onda progresa desde lo que se conoce como el polo vegetal del ovocito al polo animal, donde se encuentra el núcleo, y se divide asimétricamente a medida que llega la ola.

Para estudiar la influencia de los cambios en la forma celular en este proceso, los investigadores colocaron ovocitos individuales en microcámaras de diferentes formas, obligando así a las celdas a adoptar la geometría impuesta por el límite de cada contenedor. "Encontramos eso, aunque el pulso de activación de Rho se propaga de manera correspondientemente alterada en las células deformadas, siempre alcanza la posición en la que se encuentra el núcleo, "dice Frey." Esta fascinante observación prueba que el pulso Rho reconoce la forma de la célula y se adapta a ella ".

Los patrones de proteínas autoorganizados pueden decodificar información sobre la forma celular.

Para comprender el mecanismo detrás de esta notable adaptabilidad, el equipo pasó a desarrollar una teoría biofísica que explica este hallazgo. El modelo se basa en el descubrimiento anterior de que el regulador del ciclo celular Cdk1 está distribuido asimétricamente en el citoplasma del ovocito, donde forma un gradiente de concentración que se extiende desde el núcleo hasta el citoplasma y decae con el tiempo. Este gradiente permite que las proteínas de la membrana se adapten a la forma celular.

"La idea clave es que la proteína que activa Rho mide el gradiente cerca de la membrana y marca un umbral de concentración del gradiente:forma un perfil de concentración similar al frente en la membrana, de manera que el frente se coloque exactamente en el umbral de concentración. En esta posición delantera, el activador Rho, Sucesivamente, activa localmente un pulso de actividad de Rho ", dice Wigbers, uno de los primeros autores del artículo. A medida que el gradiente decae, la posición de este valor umbral se mueve a velocidad variable a lo largo de la membrana, dependiendo de la forma de la celda. Por lo tanto, a través de esta jerarquía de perfiles de concentración de proteínas, la información de la forma que está codificada en el gradiente se transforma en una respuesta mecanoquímica:la onda de contracción que pasa sobre la membrana.

"Nuestros resultados subrayan la importancia de la autoorganización de patrones proteicos jerárquicos para la comprensión de las funciones biológicas, "dice Frey. De hecho, los autores han integrado dos paradigmas principales en el campo de la formación de patrones de proteínas:la autoorganización basada en mecanismos de reacción-difusión y la explotación de la información posicional. "Creemos que tal mecanismo, que utiliza una jerarquía de patrones de proteínas para codificar información que refleja la forma celular, podría representar un principio físico general para el reconocimiento y la regulación de la forma celular, Frey concluye.