El citoesqueleto es un sitio de construcción permanente: consiste en filamentos de proteínas que se alargan y acortan continuamente en un proceso dinámico. A través de estos procesos de remodelación, la célula puede cambiar su forma e incluso moverse a una nueva ubicación. De esta manera,guía procesos fundamentales, como la división y diferenciación celular, y procesos a un nivel más alto en el organismo, como el desarrollo embrionario y la curación de heridas.Si algo sale mal en el sitio de construcción del citoesqueleto, por ejemplo, si los filamentos de proteínas se remodelan en el lugar equivocadolugar o tiempo, esto podría conducir a enfermedades. Tal error en el control espacio-temporal es también la razón por la cual las células cancerosas metastásicas comienzan a migrar en el cuerpo.
Investigadores del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular en la Asociación Helmholtz MDC y otros institutos, como el Instituto Europeo de Bioinformática EMBL-EBI en Hinxton, Reino Unido, han investigado cómo una familia de 145 proteínas causa estos eventos de remodelaciónocurrir en el lugar y momento correctos. Hasta este punto, los científicos solo habían examinado estas proteínas reguladoras en estudios individuales, y solo unas pocas proteínas se habían caracterizado ". Para comprender los procesos complejos, incluidos los cambios en la forma celular, necesitamossaber cómo funcionan conjuntamente las proteínas reguladoras. Hasta ahora, carecíamos de una perspectiva de ojo de pájaro, por así decirlo ", dice el Dr. Oliver Rocks, jefe del grupo de investigación MDC" Control espacio-temporal de la señalización de Rho GTPase "y autor principal responsablede un nuevo estudio en la revista Biología celular natural . Su grupo de investigación con los autores principales, el Dr. Paul M. Müller y la Dra. Juliane Rademacher, junto con el grupo dirigido por la Dra. Evangelia Petsalaki en EMBL-EBI y un equipo de investigación internacional, ahora ha caracterizado sistemáticamente todas estas proteínas reguladoras.El equipo pudo demostrar que existen diferentes zonas de señalización dentro de la célula que coordinan el citoesqueleto en el espacio y el tiempo y también cómo se crean y mantienen estas zonas.
Una nueva perspectiva, gracias a una base de datos completa
En el sitio de construcción del citoesqueleto, las proteínas Rho GTPasa establecen el tono. Cuando se activan estos interruptores moleculares, envían comandos a la maquinaria en el sitio. Hay 145 proteínas reguladoras que controlan estos interruptores moleculares: las proteínas RhoGEF los activan, RhoGAPlas proteínas las desactivan. Ahora Rocks y su equipo han investigado sistemáticamente todos estos reguladores por primera vez y han creado una especie de biblioteca. Los investigadores de todo el mundo pueden acceder a esta biblioteca para ver qué interruptores moleculares controlan las proteínas individuales, en qué parte de la célulaesto ocurre y qué socios vinculantes tiene.
La información completa contenida en la biblioteca de proteínas permite que las proteínas se analicen a nivel de sistemas por primera vez, es decir, desde la perspectiva de un pájaro. Esto ha revelado nuevas propiedades colectivas de los reguladores que antes eran imperceptibles. De esta manera, los investigadores descubrieron un nuevo mecanismo que explica cómo se controla la migración celular.
las adherencias focales controlan el equilibrio de dos procesos opuestos
Los científicos sabían que dos procesos opuestos controlados por el citoesqueleto - protrusión celular y contracción celular - deben ocurrir en lugares separados en la célula para permitir que se mueva. En un sitio de construcción en el frente de la célula, el molecularlos interruptores dan el comando para la protrusión celular en la dirección de la migración. Más atrás, hacia el interior de la célula, desencadenan una contracción del citoesqueleto. La pregunta central investigada por el equipo de MDC fue cómo las Rho GTPasas coordinan estos dos procesos separados espacialmente.
La organización espacial de los dos procesos opuestos es posible gracias a las adherencias focales, explica Rocks. Se trata de acumulaciones de proteínas ubicadas directamente debajo de la membrana celular que anclan la célula a su entorno. Las adherencias focales ocurren cerca del frente de la célula, maduranen estructuras más estables y finalmente se disuelven nuevamente. A medida que la célula viaja a través de adherencias focales durante la migración, estas se mueven desde el frente hacia el centro de la célula. "La célula explota el hecho de que las adherencias focales cambian su ubicación", dice Rocks. Inicialmente,su equipo descubrió una sorprendente cantidad de proteínas reguladoras en estas estructuras. Pero la verdadera sorpresa, dice, "fue que encontramos un subgrupo específico de reguladores ubicados casi exclusivamente en adherencias focales recién formadas en el borde de la célula y otro subgrupo separado en estructuras madurashacia el centro de la célula ". Estos subgrupos controlan los procesos citoesqueléticos opuestos mencionados anteriormente, creando los espacios separados espacialmentezonas de señal.Los investigadores también pudieron demostrar que ambos procesos están unidos por fuerzas mecánicas en la célula, lo que puede ayudar a mantener un equilibrio entre la cantidad de adherencias focales recién formadas y la cantidad de maduras.
Rocks luego planea investigar con qué precisión los reguladores colectivos de Rho GTPasa en las adherencias focales se comunican con la maquinaria del citoesqueleto, si el principio de separación espacial de estas proteínas también juega un papel en otras estructuras celulares y cómo una función reguladora defectuosa puede conducir en última instanciaa enfermedades.
Rocks confirma que obtener esta visión sistémica de la regulación de la forma de las células ha llevado un gran esfuerzo. "Sin embargo, fue absolutamente esencial revitalizar este campo de investigación y abrir nuevos enfoques conceptuales para estudios posteriores", dice el investigador. La base de datosy la biblioteca de proteínas ahora están disponibles para todos los científicos de todo el mundo.
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Materiales proporcionado por Centro Max Delbrück de Medicina Molecular en la Asociación Helmholtz . Original escrito por Christina Anders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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