Biofísicos miden mecanismo que determina destino de células vivas
En este experimento, moléculas ligando son atadas con hebras de ADN a un substrato; las hebras tienen tolerancias a tensión definidas y se romperán si una tensión mayor a esa tolerancia se aplica. La unión integrin-ligando activa la adhesión celular sólo cuando la corre no se rompe, permitiendo la medición de la fuerza molecular. Los cultivos muestran adhesión celular y se expanden a una tolerancia de tensión de 43 pico-Neutrons pero no a 33 pico-Neutrons. (Crédito: University of Illinois at Urbana-Champaign)
Biofísicos de la Universidad de Illinois en el Centro Para la Física de Células Vivas y el Instituto de Biología Genómica han medido la fuerza molecular requerida para transmitir mecánicamente señales reguladoras dentro de una célula.
La nueva correa de calibre de tensión (tension gauge tether, TGT) tiene amplias implicaciones en la investigación de células madre, cáncer, enfermedades infecciosas e inmunología.
Las células del cuerpo humano no funcionan de forma aislada. Las células vivas dependen de la comunicación con su medio ambiente –células vecinas y matriz circundante– para activar un amplio rango de funciones celulares.
Estas funciones incluyen la reproducción de las células, la diferenciación de las células madre en distintos tipos de células, adhesión celular y migración de células blancas de la sangre para combatir infecciones del cuerpo.
Esta comunicación celular ocurre a nivel molecular y es recíproco: una célula recibe señales y también transmite señales que activan funciones en sus vecinas.
La mecánica de este tipo de interacción celular ha sido extensamente estudiada: los receptores que se extienden a través de la membrana celular se activan cuando forman unión con moléculas específicas.
El nuevo método TGT, desarrollado por Taekjip Ha conjuntamente con Xuefeng Wang, hace posible la detección y medición de la mecánica de interacción de moléculas individuales por la cual los receptores de las células humanas se activan. Los investigadores utilizaron integrin, una proteína receptora en la membrana de la célula que se activa cuando se une con una molécula ligando (una molécula ligando es una molécula capaz de ser reconocida por otra provocando una respuesta biológica).
En el método TGT, Ha y Wang reutilizaron hebras de ADN usándolas como amarres para moléculas ligando y medir la tensión requerida para activar la adhesión celular a través del integrin. El integrin se une a un amarre ligando y la adhesión se activa sólo si el amarre ADN no se rompe.
Al tomar ventaja de las características geométricas de la doble hélice del ADN, los investigadores pudieron ajustar las hebras para entrar en ruptura a ciertos niveles de tensión discreta: al variar los puntos de adhesión a lo largo de la hebra de ADN, la fuerza de ruptura era baja (separando la hélice), alta (uniendo las hebras) o intermedia (combinación de separación y unión).
“Si fueras de pesca y un pez rompe tu cuerda de 30 libras pero no la de 40, sabrías que la fuerza se encontraría en el rango de 30 a 40 libras”, explicó Wang. “Aquí hemos aplicado la misma estrategia para medir la tensión molecular aplicada por las células (el pez)”.
Las células de los mamíferos aplican una fuerza para activar las proteínas de la membrana celular llamadas integrin y que sirven de mediadores en la adhesión celular. Nosotros inmovilizamos moléculas ligando (la carnada) en una superficie a través de correas moleculares (la cuerda de pescar) con una tolerancia de tensión definida, ajustable de 10 pico Newton (pN) a 60 pN. Después de la unión integrin-ligando, las células aplican una fuerza en sus uniones y comparamos esa fuerza de la correa molecular al observar el estado de adhesión celular.
“Observamos que las células del mamífero se adherían a la superficie del cultivo con una tolerancia de tensión de ligando de 43 pN, pero no en superficies de 33 pN. Por consiguiente, nuestra deducción es que la tensión molecular individual es alrededor de 40 pN en receptores integrin de membrana celular durante la adhesión celular”, añadió Wang.
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- biofisica de las celulas vivas
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