Las células animales obtienen su integridad estructural de su citoesqueleto, una malla de filamentos que cambia de forma dentro de una célula que ayuda a la célula a organizar su estructura y comunicarse con su entorno. Hace unos años, los científicos notaron que algunas partes del citoesqueleto ocasionalmente se reorganizaban muy rápidamente, causando una perturbación similar a un terremoto en parte de la célula. Llamaron a estas perturbaciones cito-terremotos, pero nadie entendió cómo o por qué sucedieron.
Nuevas simulaciones por computadora desarrolladas por investigadores de la Universidad de Maryland revelan que estos cito terremotos son causados por la acumulación lenta y la liberación repentina de energía mecánica dentro de la célula. Los investigadores creen que los terremotos pueden ayudar a la célula a responder rápidamente a señales del entorno exterior, comosustancias químicas producidas por otras células u hormonas en el torrente sanguíneo.
La investigación aparece en la edición del 8 de octubre de 2021 de la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias. "Los cito-terremotos representan una remodelación repentina de un componente muy importante de la célula, pero la física detrás de ellos realmente no se conocía", dijo Garegin Papoian, coautor del estudio y profesor de Química y Bioquímica en Monroe Martin.con un nombramiento conjunto en el Instituto de Ciencia y Tecnología Físicas de la Universidad de Maryland. "Creemos que estos cito-terremotos deben ser biológicamente importantes porque el citoesqueleto está involucrado en muchas funciones dentro de la célula. Comprender la física detrás de ellos puede proporcionar información sobre cómolas células funcionan. "
El citoesqueleto es como un andamiaje interno dentro de las células animales. Está hecho de una red de filamentos que constantemente crecen, se encogen, se adhieren y se desprenden entre sí. Además de proporcionar estructura a una célula, los filamentos también sirven como pistas paraseñales químicas que fluyen de una parte de una célula a otra.
Papoian y sus colegas plantearon la hipótesis de que la rápida reestructuración repentina que ocurre en los cito terremotos fue el resultado de que la estructura física del citoesqueleto es particularmente sensible a su entorno. Él lo compara con la sensibilidad de un montón de arena en comparación con un ladrillo. Ambos pueden serhecho de las mismas moléculas, pero el ladrillo mantiene su estructura, incluso bajo presión, sin colapsar. El montón de arena puede mantener su estructura durante mucho tiempo, pero luego colapsa repentinamente en una avalancha de arena deslizante.
Para probar la hipótesis, el equipo creó una simulación por computadora de un citoesqueleto modelo utilizando un software pionero de simulación de materia activa que desarrollaron llamado MEDYAN para "dinámica mecanoquímica de redes activas". El software aplica las leyes de la química y la física para determinar cómolas moléculas dentro del citoesqueleto interactúan y se comportan.
El estudio reveló que los filamentos en un citoesqueleto se organizan un poco como una estructura de tensegridad que cambia de forma. En el mundo macroscópico, una estructura de tensegridad es una especie de juguete o escultura geométrica hecha de cables y varillas flotantes bajo tensión y compresión queparecen desafiar la gravedad. El análisis de estas estructuras de tensegridad celular ayudó a Papoian y sus colegas a comprender la liberación de tensión dentro del citoesqueleto. Descubrieron que la tensión aplicada a un área de la estructura puede acumularse y causar tensión hasta que se libera repentinamente en otra área. En otras palabras,el citoesqueleto se comporta más como un montón de arena que como un ladrillo.
La estructura física del citoesqueleto permite que se acumule tensión entre algunos de los filamentos, como la tensión entre los granos de arena en un montón de arena o entre dos placas tectónicas a lo largo de una línea de falla. Cuando se alcanza algún umbral, la tensión se libera repentinamente, elpila de arena colapsa, un terremoto retumba o ocurre un cito-terremoto.
"Postulamos que el mecanismo del cito terremoto prepara a la célula para reaccionar rápidamente a las señales externas de su entorno en comparación con un sistema sin este mecanismo", dijo Papoian.
Por ejemplo, si una célula involucrada en la reparación de lesiones debe apresurarse al sitio de una herida, el mecanismo del cito terremoto puede responder a las señales químicas del sitio de la lesión haciendo que la célula se mueva. Cuando una célula migra a través del cuerpo, eledge también puede utilizar este mecanismo para proyectar o colapsar protuberancias a medida que la célula explora su vecindad local.
El siguiente paso del equipo será ampliar sus métodos de simulación para incluir más partes de una célula, como el núcleo. Recientemente, simularon la membrana externa de una célula y analizaron cómo el citoesqueleto empuja contra esta membrana para formar protuberancias en forma de dedos..
"Este trabajo nos muestra que podemos usar MEDYAN para modelar componentes importantes de una célula", dijo Papoian. "Idealmente, nos gustaría seguir adelante y esencialmente construir el modelo fundamental de una célula completa con la resolución de una sola molécula".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Original escrito por Kimbra Cutlip. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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