Investigadores del Mechanobiology Institute, Singapur MBI de la Universidad Nacional de Singapur han descrito, por primera vez, cómo la plastina, una proteína que agrupa la actina, actúa como un remache molecular, proporcionando conectividad global a la corteza subyacente al plasmamembrana de células embrionarias para facilitar la polarización y la división celular. El trabajo fue publicado en El diario de biología celular el 11 de abril de 2017.
Plastin promueve la polarización y la citocinesis en el C. elegans cigoto
Todos los organismos multicelulares comienzan su vida cuando una célula de esperma se fusiona con un ovocito. El cigoto recién fertilizado debe experimentar innumerables rondas de división celular ya que forma un embrión. Algunas divisiones son simétricas y generan dos células hijas idénticas en un proceso conocido comocitocinesis. Otras son asimétricas y dan como resultado células hijas desiguales que se diferencian en distintos tipos de células con funciones especializadas. Antes de la división asimétrica, estas células se someten a un proceso conocido como polarización, donde la parte superior o frontal de la célula contiene un conjunto diferente de proteínas.estructuras y máquinas basadas en la parte inferior o posterior de la celda.
Tanto la citocinesis como la polarización son impulsadas por un componente contráctil de la célula llamado corteza. Esta capa delgada se encuentra dentro de la célula, inmediatamente adyacente a la membrana plasmática y está compuesta principalmente por filamentos de actina F-actina, que son cablessimilares a las estructuras que se ensamblan y desmontan dinámicamente y mantienen la forma celular. La corteza también contiene la proteína motora miosina II no muscular, que confiere contractilidad a la red, y otras proteínas que se unen a la actina, como aquellas que agrupan filamentos o facilitanensamblaje de nuevos filamentos. A pesar de que la disposición estructural de la corteza está bien establecida, no estaba claro cómo todas estas proteínas trabajan juntas en un organismo vivo para producir estructuras basadas en actina de orden superior y transmitir fuerza mecánica durante procesos cruciales del desarrollo.
Para investigar estas preguntas, un equipo de científicos interdisciplinarios del MBI, el Instituto de Biología Molecular y Celular de A * STAR y el Laboratorio Europeo de Biología Molecular, examinaron la corteza en un organismo en desarrollo, específicamente, Caenorhabditis elegans C. elegans , que es un gusano nematodo transparente de 1 mm de largo.Lo que se hizo evidente a partir de la investigación, que fue dirigida por el profesor asistente Ronen Zaidel-Bar, fue el papel importante de una proteína de unión a la actina llamada plastina también conocida como fimbrina al principio C. elegans desarrollo
Plastin se une a los filamentos de actina para facilitar su agrupación y fortalecer la red de filamentos de actina para que pueda resistir las fuerzas generadas durante la contracción del filamento, y también las aplicadas a la corteza por estímulos externos. Al funcionar como un remache molecular, plastin permitióLa corteza celular funciona de manera eficiente, lo que facilita la polarización y la citocinesis. Mediante microscopía, métodos de modelado genético e informático, los investigadores examinaron la corteza celular durante las primeras etapas de C. elegans desarrollo, con un enfoque particular en la plastina. Aunque los esfuerzos anteriores habían identificado plastina dentro de la corteza, ninguno había revelado su importancia total en el desarrollo de un embrión.
Para comenzar las investigaciones, el candidato a doctorado de MBI, el Sr. Ding Wei Yung, examinó los cigotos de una cepa mutante de C. elegans donde se había perdido la función de plastina. En estos cigotos, tanto la polarización como la citocinesis se interrumpieron hasta el punto de que no ocurrieron o se retrasaron significativamente. Con la capacidad de observar cómo C. elegans formado con plastina mutada, los investigadores centraron su atención en examinar la contractilidad dentro de la corteza, durante C. elegans desarrollo
Para hacer esto, los investigadores examinaron la organización y la dinámica de la miosina II no muscular en la corteza durante la polarización. En los cigotos normales, las proteínas motoras de la miosina se acumularán en grandes grupos que generan grandes fuerzas contráctiles. Sin embargo, cuando la función de plastina eraperdido, los investigadores notaron que la miosina no se acumulaba en grupos como lo hace en las células normales. Esto significaba que las contracciones generadas eran mucho más débiles en comparación con las células normales. En última instancia, la pérdida de contracciones corticales fuertes y coordinadas en el embrión de gusano mutante plastínicoresultó en una polarización defectuosa. Esto fue evidente por la separación interrumpida de dos proteínas que de otro modo se acumularían en cualquier extremo de las células a medida que se polarizaban.
Luego, los autores extendieron su investigación más allá de la polarización y analizaron el papel de la plastina en la citocinesis. En los cigotos sanos, los filamentos de actina, junto con la miosina II no muscular, se acumularán en el medio de las células en división.la membrana hacia adentro para que los lados opuestos de la célula se unan y se fusionen, creando así dos células. Esto no ocurrió al mismo ritmo en las células que contienen plastina mutada, y se determinó que la plastina facilita la acumulación de las proteínas en la posición correcta.
Para comprender mejor por qué la reticulación mediada por plastina de los filamentos de actomiosina tuvo estos efectos sobre la polarización celular y la citocinesis, el equipo recurrió al modelado matemático. Específicamente, probaron si una mayor conectividad entre plastina y actomiosina sola es suficiente para conducir a largo alcancecontractilidad cortical. Estas simulaciones revelaron un nivel óptimo de reticulación de plastina requerida para facilitar estos procesos, e indicaron que una reticulación demasiado baja o demasiado dará como resultado una red de actina F que está demasiado desconectada o demasiado rígida. En ambos casos,el resultado final es una contractilidad debilitada. Para confirmar que esto era cierto en los organismos vivos, el equipo aumentó los niveles de plastina en las personas sanas C. elegans cigotos, y descubrió que, de hecho, tener demasiada plastina ralentizó sustancialmente la citocinesis.
La embriogénesis requiere una generación y transmisión de fuerza robusta que impulsa procesos celulares críticos como la polarización y la citocinesis. Los hallazgos presentados en este trabajo aclaran el papel de plastina como un remache molecular para facilitar la polarización robusta y la citocinesis oportuna. Estos descubrimientos demuestran aún más la importancia deLa organización de alto orden del citoesqueleto de actomiosina y el papel de las proteínas de unión a actina, como la plastina, en la regulación de su función.
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Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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