Los investigadores avanzan en la comprensión de por qué las partes de las células tienen el aspecto que tienen

Los científicos han comprendido desde hace mucho tiempo que partes de las células, llamadas orgánulos, evolucionaron para tener ciertas formas y tamaños porque sus formas están estrechamente relacionadas con su funcionamiento. Ahora, investigadores de Johns Hopkins han desarrollado una herramienta basada en bacterias para probar si, como dice el axioma, la forma sigue a la función.

La herramienta, que según los investigadores podría algún día tener aplicaciones prácticas en el tratamiento de enfermedades, funciona apuntando y desmantelando con precisión los membrana externa orgánulos circundantes y está disponible gratuitamente para otros científicos. En un giro interesante, dicen los investigadores, la herramienta también puede desmantelar proteínas agregadas en las células que a menudo caracterizan las enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

El equipo de Johns Hopkins centró su trabajo en las mitocondrias, orgánulos que sirven como motores de energía o centrales eléctricas de las células, incluidas las humanas. También se centraron en los llamados cuerpos de Golgi que actúan como fábricas y empaquetadores de una variedad de proteínas y el núcleo o centro de control de una célula.

Los resultados del trabajo de los investigadores se publican en Informes celulares.

“Desarrollamos una herramienta científica para comprobar por qué los orgánulos celulares tienen el aspecto que tienen para poder tener una determinada función”, afirma Takanari Inoue, Ph.D., profesor de biología celular en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. La herramienta, dice Inoue, también puede ayudar a revelar por qué la función puede cambiar (para bien o para mal) cuando la forma de un orgánulo es diferente.

En el caso de las mitocondrias, por ejemplo, en personas con enfermedad de Alzheimer, éstas aumentan de tamaño y se desorganizan por dentro, según Inoue. En las personas con una enfermedad de envejecimiento acelerado llamada progeria, el núcleo está deformado.

Para desarrollar la herramienta, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Inoue, Hideki Nakamura, reclutó bacterias Listeria que, debido a sus efectos particulares, causan enfermedades transmitidas por los alimentos. Cuando Listeria invade una célula animal, secuestra las reservas de actina de la célula, una proteína que les ayuda a moverse a través de la célula, donde absorben nutrientes y encuentran una manera de escapar e infectar otras células.

Trabajar con expertos en física que sean capaces de identificar y medir la fuerza fisica generada por la incautación de actina por parte de Listeria, Nakamura diseñó la actina ligada a Listeria para ensamblar proteínas y otras moléculas que se conectan con la superficie de un orgánulo dentro de una célula, ejercen fuerza sobre la superficie y la rompen.

Los científicos ya tienen otros métodos para abrir los orgánulos dentro de las células, dice Inoue, como usar las llamadas pinzas ópticas o estirar la célula para aplanarla. Sin embargo, esos métodos exploran la célula desde el exterior y ninguno de ellos, afirma, puede apuntar a orgánulos del interior de la célula.

Nakamura, que ahora está en la Universidad de Kyoto, Inoue y su equipo denominaron la nueva herramienta ActuAtor.

En su nuevo conjunto de experimentos, el equipo de Johns Hopkins probó ActuAtor en células epiteliales humanas que recubren y recubren las superficies de la piel y otros órganos, y pudieron fragmentar completamente las mitocondrias en las células 10 minutos después de que la herramienta basada en Listeria ingresara a las células. .

Cuando el equipo analizó la función mitocondrial antes y después de que se alterara la forma de las mitocondrias, no encontraron grandes diferencias en su capacidad para generar energía para la célula, pero sí descubrieron que la célula “reconoce” que la forma mitocondrial es diferente y aumenta los esfuerzos. para deshacerse de los orgánulos deformes, aunque sea sólo ligeramente.

“En este caso, nuestro equipo concluyó que la función puede no seguir la forma en las mitocondrias”, dice Inoue.

El equipo también probó la herramienta en células cerebrales y diferentes orgánulos, incluidos núcleos y cuerpos de Golgi, y pudo utilizar ActuaAtor para abrir los orgánulos.

Inoue y Nakamura reutilizaron ActuAtor para dispersar la acumulación de gránulos de proteínas dentro de las células que se forman como resultado del “estrés ambiental”, como cambios de temperatura o falta de oxígeno. El equipo dice que probarán esta aplicación de la herramienta en función de su capacidad para dispersar agregados de proteínas que se agrupan en las células cerebrales en un esfuerzo por tratar enfermedades neurodegenerativas como la ELA.