Cómo las células crean rápidamente protuberancias para la exploración y el movimiento

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Un conjunto de micrografías que muestran una vista ampliada de tres tipos diferentes de pequeñas estructuras superficiales (burbujas, crestas y pies en forma de hilo) en células CHO redondas. Crédito: Kapustina et al.

Para moverse, las células deben poder cambiar rápidamente de forma. Un equipo de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha demostrado que las células logran esto almacenando «piel» extra en pliegues y protuberancias en su superficie. Este exceso de superficie celular se puede extender rápidamente para cubrir las protuberancias temporales y luego plegarse la próxima vez. El estudio aparece el 17 de mayo en Revista biofísica.

Las membranas celulares son muy flexibles, pero solo se estiran un 3% sin romperse. Tener arrugas adicionales en el área de la superficie que pueden expandirse a pedido permite que las células se muevan y se dividan mientras mantienen de manera segura el volumen celular y la integridad de la membrana.

«Es una medida de seguridad porque no se puede estirar la membrana celular, y si se rompe, la célula morirá y morirá, por lo que las células necesitan esa reserva», dice la primera autora Marina Kapustina, biofísica de la Universidad de Carolina del Norte. en la Colina de la Capilla. «Estas proyecciones pueden almacenar grandes cantidades de la superficie de la célula y son muy dinámicas, lo que significa que pueden desempaquetarse rápidamente y reconstruirse instantáneamente en otros lugares de la periferia de la célula».

Las protuberancias de la superficie celular aparecieron en varias formas y tamaños. Algunas, llamadas ampollas, son protuberancias pequeñas y redondas en la superficie celular con muy poca estructura interna. Las ampollas se forman en segundos y se encogen después de varios minutos. Los cinetocoros grandes tardan más en formarse, pero pueden durar más de una hora gracias a su estructura interna de soporte, que se compone de proteínas como microtúbulos y actina.

Video de locomoción amebiana en una célula CHO. Crédito: Kapustina et al.

Los investigadores utilizaron microscopía electrónica y de fluorescencia para observar células redondas, con forma de cigarro y de forma irregular que estaban incrustadas en una matriz de colágeno tridimensional, una red de fibras de colágeno a través de la cual las células pueden compactarse y migrar. Utilizaron marcadores fluorescentes para capturar los lapsos de tiempo de la dinámica y el movimiento de la superficie celular durante varias horas.

El equipo demostró que cuando se rotaban las células, sus superficies eran ásperas y nudosas; Cubierto con numerosas pequeñas proyecciones superficiales como ampollas, microvellosidades, patas filamentosas y pliegues. Sin embargo, a medida que las células extienden las protuberancias, estas arrugas adicionales de la «piel» se despliegan y sus superficies se vuelven relativamente suaves, especialmente en las áreas adyacentes a las protuberancias.

Los investigadores creen que el exceso de superficie celular es importante durante el movimiento mesenquimatoso y ameboide, las dos formas principales en que se mueven las células. Durante el movimiento mesenquimatoso, las células se adhieren a las superficies de su entorno y luego usan fuerzas contráctiles para impulsarse entre las fibras de colágeno o arrastrarse a lo largo de superficies bidimensionales. Durante la locomoción ameboidea, que permite una locomoción mucho más rápida, las células no dependen de las adherencias, sino que son impulsadas por los rápidos movimientos de las diminutas protuberancias «blebbie».

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Video que muestra un movimiento rápido y aleatorio en células de carcinoma de Walker dentro de una matriz de colágeno 3D. Crédito: Kapustina et al.

El equipo cree que los microtúbulos juegan un papel importante en la regulación del exceso de superficie celular durante el movimiento del mesénquima y la amebia, aunque su función exacta no está clara. “Los microtúbulos pueden brindar soporte mecánico a la superficie celular, o pueden tener algo con la activación de la actina debajo de la membrana celular para crear un sitio activo para una protuberancia estable”, dice Kapustina. «Cuando no tienes ese sitio activo para crear una protuberancia estable, las células básicamente forman burbujas».

más información:
Los cambios en el exceso de superficie celular se coordinan con la dinámica de extrusión durante la locomoción 3D, Revista biofísica (2023). DOI: 10.1016/j.bpj.2023.04.023

Información del diario:
Revista biofísica


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