La forma en que los genes de nuestro ADN se expresan en rasgos dentro de una célula es un misterio complicado para muchos jugadores, los principales sospechosos son químicos. Sin embargo, un nuevo estudio realizado por investigadores y colaboradores de la Universidad de Illinois en China ha demostrado que la fuerza mecánica externa puede directamenteregular la expresión génica. El estudio también identificó la vía que transmite la fuerza desde el exterior de la célula hacia el núcleo.
Identificar las formas en que las fuerzas mecánicas envían señales dentro de las células tiene aplicaciones no solo en la biología celular fundamental, sino también para el cáncer, las células madre y la medicina regenerativa, dijo el profesor de ciencias mecánicas e ingeniería Ning Wang, quien dirigió el estudio con el profesor de biología celular y del desarrolloAndrew Belmont. Los investigadores publicaron su trabajo en la revista Materiales de la naturaleza .
"Cada célula de su cuerpo tiene el mismo ADN, pero los tejidos se comportan de manera muy diferente porque los genes se expresan de manera diferente", dijo Wang. "Hay tanto que no sabemos sobre la expresión génica. Creo que este trabajo es el comienzo paradesentrañar algunas de las incógnitas "
Los investigadores saben desde hace tiempo que las fuerzas, tanto externas como internas, pueden afectar el comportamiento celular. Pero la pregunta se planteó sobre si las propias fuerzas desencadenaron cambios en la expresión génica o si las fuerzas desencadenaron una vía de señalización química dentro de la célula.
"Las células solo tienen dos 'sentidos' para interactuar con su entorno", dijo Wang. "No pueden ver ni oír, pero pueden 'sentir' fuerzas mecánicas y 'saborear' señales químicas. Muchos estudios tienen vías detalladas de señalización química, pero es importante comprender cómo las fuerzas mecánicas también afectan la célula. La señalización mecánica es tan importante como la señalización química, y este estudio muestra que es una vía directa ".
Los investigadores pegaron pequeñas perlas magnéticas a las proteínas unidas a las membranas externas de las células de hámster. Pudieron cambiar la dirección y el ángulo de la fuerza que ejercían las perlas mientras mantenían una magnitud constante de la fuerza, y descubrieron que la fuerza externa directamentecausó que las regiones de cromatina en el núcleo se estiraran. La cromatina es la mezcla condensada de ADN y proteínas que forma los cromosomas. Utilizando técnicas de imagen avanzadas, los investigadores encontraron un aumento en la transcripción de los genes en las regiones estiradas.
"El trabajo que se extendió por décadas ha correlacionado la descondensación cromosómica con una mayor expresión génica, pero ha sido extremadamente difícil distinguir causa y efecto", dijo Belmont. "¿La actividad génica hace que la cromatina se descondense, o la descondensación realmente conduce a una mayor expresión génica?Aquí, vimos que el estiramiento de la cromatina conduce directamente a una mayor expresión génica, lo que proporciona un mecanismo de base mecánica para que las células detecten su entorno ".
El grado de estiramiento y, por lo tanto, la expresión génica variaron en función de la dirección de la fuerza en relación con el citoesqueleto de la célula, el marco interno de los tubos de proteínas que sostienen la célula.
"La actina en el citoesqueleto forma paquetes. Cuando la fuerza es perpendicular a los paquetes, es como tocar las cuerdas del violín", dijo Wang. "Es increíblemente tensa, y la señal se transfiere a través del citoesqueleto al núcleo y estira la cromatinaHaciéndolo al revés, a lo largo de la dirección de la cuerda, no hay mucha vibración, por lo que una fuerza de la misma magnitud tiene menos efecto. El efecto se hace más fuerte cuanto más se acerca el ángulo a 90 grados ".
Los investigadores pudieron seguir la fuerza e identificar la ruta que viaja a lo largo del citoesqueleto hacia la cromatina en el núcleo. Sabiendo que la ruta es importante, dijo Wang, porque los investigadores ahora pueden explorar la señalización mecánica con más detalle y quizás desarrollar formaspara aprovecharlo para la regulación de genes o identificar objetivos para terapias contra el cáncer.
Por ejemplo, el grupo de Wang ha publicado varios estudios que detallan las propiedades mecánicas únicas de las células repobladoras de tumores: células cancerosas que evaden las terapias farmacológicas estándar y tienden a escaparse para hacer metástasis en nuevas ubicaciones. Espera que este estudio abra nuevas vías deataque para desactivar las células repobladoras de tumores con menos efectos secundarios que los tratamientos tradicionales contra el cáncer.
Ahora que han detallado cómo las fuerzas afectan el estiramiento de la cromatina, los investigadores comienzan a observar cómo las fuerzas afectan la compresión de la cromatina y lo que eso significa para la expresión génica. También están investigando otros factores que regulan la expresión génica cuando la cromatinaestá estirado
"Cuando aplicamos estas fuerzas, ¿por qué algunos genes se activan mientras que otros no? Creemos que hay factores que inhiben, por lo que algunos genes no están listos para ser activados por la fuerza", dijo Wang.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Liz Ahlberg Touchstone. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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