Una de las maravillas de la biología celular es su simetría. Las células de mamíferos tienen un núcleo y una membrana celular, y la mayoría de los humanos tienen 23 pares de cromosomas. Trillones de células de mamíferos logran esta uniformidad, pero algunos rompen constantemente este molde para cumplir con un únicoAhora, un equipo de investigadores de Johns Hopkins Medicine ha descubierto cómo toman forma estos valores atípicos.
En experimentos con ratones genéticamente modificados, un equipo de investigación descartó un mecanismo que los científicos han creído durante mucho tiempo que controla el número de estructuras similares a pelos, llamadas cilios, que sobresalen del exterior de cada célula de mamífero. Llegaron a la conclusión de que el control del recuento de cilios podríaconfíe en cambio en un proceso más comúnmente visto en especies no mamíferas
Los experimentos, descritos el 2 de diciembre Biología celular natural y dirigido por Andrew Holland, Ph.D., profesor asociado de biología molecular y genética en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, puede ayudar a los científicos a aprender más sobre las enfermedades humanas relacionadas con la función de los cilios, como infecciones respiratorias, infertilidad yhidrocefalia
Los cilios son estructuras antiguas que aparecieron por primera vez en organismos unicelulares como pequeños "dedos" en forma de pelo que actúan como motores para mover la célula o las antenas para detectar el medio ambiente. Casi todas las células humanas tienen al menos un cilio que detecta señales físicas o químicasSin embargo, algunos tipos de células especializadas en humanos, como los que recubren las vías respiratorias y reproductivas, tienen cientos de cilios en su superficie que se agitan en ondas para mover fluidos a través del sistema.
"Nuestra pregunta principal era cómo estas células multiciliadas se vuelven tan drásticamente diferentes que el resto de las células de nuestro cuerpo", dice Holland. "La mayoría de las células producen exactamente un cilio por célula, pero estas células altamente especializadas abandonan este estricto valor numéricocontrolar y hacer cientos de cilios "
En un esfuerzo por responder la pregunta, Holland y su equipo observaron más de cerca la base de los cilios, el lugar donde los orgánulos se unen y crecen desde la superficie de la célula. Esta base es una estructura microscópica en forma de cilindro llamadaun centriolo
Holland dice que en las células de un solo cilio, los centriolos se crean antes de que una célula se divida. Una célula contiene dos centriolos de dos padres que se duplican para que ambas células nuevas obtengan un par de centriolos; el más antiguo de estos dos centriolos continúa.Sin embargo, las células multiciliadas crean estructuras únicas, llamadas deuterosomas, que actúan como una máquina copiadora para permitir la producción de decenas a cientos de centriolos, permitiendo que estas células creen muchos cilios.
"Los deuterosomas solo están presentes en las células multiciliadas, y los científicos han pensado durante mucho tiempo que son fundamentales para determinar cuántos centriolos y cilios se forman", dice Holland.
Para probar esto, Holland y su equipo desarrollaron un modelo de ratón que carecía del gen que crea deuterosomas. Luego, analizaron los tejidos que transportan células multiciliadas y contaron sus cilios.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que los ratones genéticamente modificados tenían el mismo número de cilios en las células que los ratones con deuterosomas, descartando el papel central de los deuterosomas en el control del número de cilios. Por ejemplo, las células multiciliadas que recubren la tráqueatodos tenían 200-300 cillia por célula. Los investigadores también descubrieron que las células sin deuterosomas podrían formar nuevos centríolos tan rápido como las células que los contienen.
Con este sorprendente resultado en la mano, los investigadores diseñaron células de ratón que carecían tanto de deuterosomas como de centríolos parentales, y luego contaron el número de cilios formados en células multiciliadas.
"Supusimos que sin centríolos primarios ni deuterosomas, las células multiciliadas no podrían crear la cantidad adecuada de cilios nuevos", dice Holland.
Sorprendentemente, dice Holland, incluso la falta de centríolos de los padres no tuvo ningún efecto sobre el número final de cilios. La mayoría de las células en grupos normales y genéticamente creados crearon entre 50 y 90 cilios.
"Este hallazgo cambia el dogma de lo que creíamos que era la fuerza impulsora detrás del ensamblaje del centríolo", explica Holland. "En lugar de necesitar una plataforma para crecer, los centríolos pueden crearse espontáneamente".
Aunque es poco común en los mamíferos, la llamada generación de centríolos de novo no es nueva en el reino animal. Algunas especies, como la pequeña planaria de gusanos planos, carecen de centríolos primarios y dependen de la generación de centríolos de novo para crear los ciliossolían moverse
En otros experimentos con ratones genéticamente modificados, Holland descubrió que todos los centríolos creados espontáneamente se ensamblaron dentro de una región de la célula rica en material fibrogranular, los componentes proteicos necesarios para construir un centríolo.
Dice que sospecha que las proteínas que se encuentran en esa área poco comprendida de la célula contienen los elementos esenciales necesarios para construir centriolos y finalmente controlar el número de cilios que se forman. Todo lo demás, los deuterosomas e incluso los centríolos parentales, son "no estrictamente necesario ", dice.
"Creemos que los deuterosomas funcionan para aliviar la presión sobre los centriolos primarios de las demandas de hacer muchos centriolos nuevos, liberando centriolos primarios para cumplir otras funciones", dice Holland.
Una mejor comprensión de los mecanismos que limitan el número de cilios en las células humanas podría avanzar los esfuerzos para tratar los trastornos relacionados con los cilios, dijo, al identificar objetivos para las drogas.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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