Un problema frecuente que enfrentan las células es que están rodeadas por una nube prometedora de olor y deben determinar la dirección de su fuente. Las células nerviosas, por ejemplo, forman largas extensiones que son atraídas por las señales de otras células para producir elred que forma el sistema nervioso; de manera similar, las células captadoras reconocen el olor de los gérmenes dañinos para poder perseguirlos y destruirlos.
¿Pero cómo perciben las células estas señales olfativas, que se vuelven cada vez más débiles a medida que aumenta la distancia desde la fuente? ¿Cómo las células "leen" este debilitamiento de la señal, técnicamente denominado gradiente de señal, para dirigir su¿Crecimiento o movimiento hacia la fuente de la señal? ¿Cómo se perciben las señales espaciales? Es una pregunta fundamental que enfrenta la biología, y hasta ahora este enigma ha permanecido en gran medida sin resolver.
Sensor, procesador y motor, todo en uno
Ahora, los investigadores dirigidos por el profesor de ETH Matthias Peter del Instituto de Bioquímica han presentado una posible solución. Las células de levadura tienen una multiherramienta muy fina y ajustable que reconoce señales químicas, las procesa en consecuencia e inicia la respuesta correcta: crecimientohacia la fuente de la señal. Por lo tanto, las células de levadura pueden oler la ubicación de posibles parejas sexuales en su entorno, para que puedan crecer hacia ellas.
Los biólogos realizaron su estudio utilizando una combinación de observaciones microscópicas y un modelo informático que desarrollaron a través de una colaboración interdisciplinaria con investigadores del Laboratorio de Control Automático bajo Heinz Koeppl ahora en TU Darmstadt.
Muchas proteínas forman múltiples herramientas
Si la célula sospecha que hay un gradiente de señal cerca, ensambla la herramienta múltiple en una posición aleatoria en la membrana. Esta herramienta es un gran complejo de proteínas formado por más de 100 componentes diferentes; el complejo es tan grande que puede servisto a través de un microscopio de fluorescencia. Los investigadores llaman a esto un 'sitio de polaridad' PS porque el crecimiento polarizado se establece en el lugar donde se forma.
Utilizando microscopía de fluorescencia, los investigadores ahora han observado cómo el PS localiza la fuente de señal de un gradiente. Primero, el PS se mueve a lo largo de la membrana hacia la señal más fuerte. Una vez que ha identificado la señal más fuerte, es decir, la mayor cantidad de sustancia señal enel gradiente, deja de moverse. El PS crea una protuberancia en la célula en este lugar, que continúa creciendo hacia la fuente de la señal. Naturalmente, la señal es producida por una pareja sexual y las dos células se fusionan una vez que se han fundido.se encontraron el uno al otro.
Estructura compleja reducida usando un modelo
Para comprender la mecánica molecular de este proceso, los investigadores se refirieron al modelo de computadora. "Este modelo realmente nos ayudó a reducir la complejidad de la EP y el proceso a algunos componentes esenciales", dice Björn Hegemann, autor principalde un estudio publicado en la revista Célula del desarrollo . Estos componentes esenciales de la maquinaria incluyen un receptor que capta y envía la señal; otros incluyen la proteína Cdc42, que transporta el receptor a lo largo de la membrana, y la proteína Cdc24, que regula la actividad de Cdc42. "Podría describirel receptor como la nariz, Cdc42 como la rueda de la maquinaria y Cdc24 como su freno ", dice Hegemann.
Mientras el PS se mueve a través de la membrana celular y busca una señal química más fuerte, solo unas pocas moléculas de la proteína de ruptura Cdc24 están presentes en la maquinaria. Una vez que ha encontrado la concentración máxima de la señal, el PS solicita moléculas adicionales de Cdc24,que se almacenan en el núcleo, para unirse al complejo. Cuantas más moléculas de Cdc24 se unen a la máquina PS, más lento se vuelve. Sin embargo, solo cuando los números de Cdc24 exceden un cierto umbral, el PS se detiene por completo y comienza la formación de abultamiento enla célula.
Una piedra angular importante
"Primero, observamos el movimiento del sitio de polaridad usando el microscopio de fluorescencia. Luego simulamos este movimiento en la computadora, lo que nos permitió desarrollar una hipótesis sobre cómo se podía controlar el movimiento. Luego pudimos confirmar esta hipótesis experimentalmente a través demutaciones y el uso del microscopio de fluorescencia ", dice Hegemann, que está satisfecho con los nuevos hallazgos. Dice que el modelo de computadora relativamente simple proporcionó una base excelente para planificar los experimentos al permitir a los investigadores cambiar los componentes rápidamente y así identificar aspectos importantes.simplificó el estudio, dice, ya que no era necesario probar todo experimentalmente.
Hegemann supone que no solo las células de levadura usan una multiherramienta que se asemeja al sitio de polaridad. También se ha observado un comportamiento similar al de un PS en la levadura de fisión S. pombe y el gusano redondo C. elegans , aunque sin explicación molecular.Los investigadores de ETH ahora han proporcionado esta explicación y han descrito en detalle por primera vez cómo las células pueden localizar un gradiente de olor.Este trabajo establece una piedra angular importante para futuros estudios sobre la percepción de la señal espacial por parte de las células, tanto en levaduras como en humanos.Según Hegemann, actualmente no se prevén aplicaciones médicas directas: "En un futuro lejano, este trabajo podría beneficiar al público en general. Sin embargo, en este momento, representa principalmente un avance importante para la investigación fundamental".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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