El proceso mediante el cual las células son capaces de percibir su entorno está regulado por la detección de fuerzas.
Esta es la principal conclusión de un estudio publicado en la revista Nature en el que han participado los investigadores José Manuel García Aznar y Jorge Escribano Jiménez del grupo Multiescala en Ingeniería Mecánica y Biológica (M2BE) del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza (UNIZAR). El trabajo ha sido liderado por el equipo de Pere Roca-Cusachs, investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor de la Universidad de Barcelona, que tiene como primer autor al estudiante de doctorado Roger Oria.
"En nuestra investigación hemos determinado cómo las células detectan la posición de las moléculas (o ligandos) de su entorno, con precisión nanométrica", explica el Dr. Roca-Cusachs. "Al adherirse a sus ligandos, las células aplican una fuerza que pueden detectar. Como esta fuerza depende de la distribución espacial de los ligandos, esto permite a las células tantean su entorno. De alguna manera, sería equivalente a reconocer la cara de alguien a oscuras resiguiéndola con una mano, más que viendo la persona". La interacción entre las células y sus ligandos (o microentorno celular) es esencial para mantener la función de cualquier tejido y, de hecho, la detección de cambios en el entorno celular es fundamental en cualquier escenario donde haya una remodelación de tejido, como puede ser el desarrollo embrionario, la proliferación tumoral o el proceso con el cual se cierra una herida.
En el trabajo también se ha visto cómo, "en función de esta distribución de fuerzas de la célula, se incide en la activación de la transcripción genética, fenómeno que determina qué genes se expresan", apunta Roger Oria.
Con este conocimiento más integrado de cómo la célula detecta su entorno, los investigadores han comprobado que modificando las condiciones del entorno de la célula (rigidez y distribución de los ligandos que forman la matriz extracelular) se puede controlar la respuesta de adherencia de la célula e, incluso, definir un rango en el cual la célula se adhiere y fuera del cual no lo hace. Este resultado, apunta Roca-Cusachs, puede ser especialmente relevante en procesos tumorales, dado que está bastante aceptado que una mayor rigidez está relacionada con una mayor activación de los oncogenes.
Hasta ahora se sabía que las células son capaces de percibir información espacial y física en la nanoescala. De hecho, se pensaba que eran capaces de "medir distancias" y por eso se había hipotetizado con la existencia de algún tipo de molécula patrón que las ayudara en este proceso. Este trabajo "contradice" esta hipótesis, afirma el investigador IBEC-UB, demostrando que las células tantean más que ven su entorno.
Los investigadores de la Universidad de Zaragoza han colaborado junto con investigadores del IBEC en la realización de un modelo matemático que explica cómo las células ejercen fuerza y se adhieren al substrato en función de la rigidez de éste y la distribución espacial de los puntos unión o ligandos. El modelo explica como la distribución de ligandos determina el crecimiento de la adhesión y cómo este crecimiento puede colapsar en función de la fuerza que la célula es capaz de ejercer y no de la propia distancia entre puntos de adhesión.
El grupo M2BE del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza lleva desde el año 2104 colaborando con los investigadores D. Pere Roca Cusachs y D. Xavier Trepat del IBEC en Barcelona siendo éste el segundo trabajo que se publica como fruto de esta colaboración.
En este estudio han colaborado, entre otros, el Instituto Max Planck y la Universidad Heidelberg en Alemania.
Este trabajo ha sido financiado por la Comisión Europea, el Ministerio de Economía y Competitividad de España, el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación Bancaria "la Caixa", la Fundación la Marató de Tv3 y la Fundación Alemana de Ciencias.
Referencia bibliográfica:
Roger Oria, Tina Wiegand, Jorge Escribano, Alberto Elosegui-Artola, Juan Jose Uriarte, Cristian Moreno-Pulido, Ilia Platzman, Pietro Delcanale, Lorenzo Albertazzi, Daniel Navajas, Xavier Trepat, José Manuel García-Aznar, Elisabetta Ada Cavalcanti-Adam i Pere Roca-Cusachs. 2017. Force loading explains spatial sensing of ligands by cells. Nature. DOI: 10.1038/nature24662
