Un estudio descubre nuevas pistas sobre el proceso de plasticidad celular

Un estudio descubre nuevas pistas sobre el proceso de plasticidad celular

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Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Los investigadores han pensado durante mucho tiempo que una vez que una célula comienza su camino de diferenciación, convirtiéndose en una célula de la piel o una célula del hígado o una neurona, ese camino no se puede cambiar.

Pero en las últimas dos décadas, los científicos se han dado cuenta de que este camino es más complejo. Ahora, utilizando el pez cebra como modelo, un equipo de investigación de la Universidad de Michigan ha descubierto que un bucle en las mitocondrias del cuerpo (orgánulos dentro de las células que producen energía para el cuerpo) puede permitir que las células retrocedan por el camino de la diferenciación. Sus resultados se publican en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

«El destino y la diferenciación celular son similares a una pelota corriendo colina abajo. La pelota es la célula madre. La célula madre se divide y se convierte en una célula progenitora, que se convertirá en la futura piel, neurona, hígado, célula muscular. Que la pelota solo corrió de cuesta arriba a cuesta abajo fue la idea durante mucho tiempo», dijo Cunming Duan, profesor de biología molecular, celular y del desarrollo de la UM y director del programa de pregrado en neurociencia.

«La gente también pensaba que esto era cierto para la regeneración de tejido adulto. Si te cortas la piel o te lastimas un músculo, la idea era que había una población de células madre adultas haciendo lo mismo: eran una bola que rodaba colina abajo. Pero al empezar en las últimas décadas, los investigadores han demostrado que eso es demasiado simplista».

Ahora, dice Duan, los investigadores entienden que la célula puede cruzar la colina y convertirse en un tipo de célula diferente y que las células pueden volver a subir una colina y convertirse en una célula precursora para producir más células. Por ejemplo, en el páncreas humano, las células llamadas células alfa producen una hormona llamada glucagón. Las células beta del páncreas producen la hormona insulina. Pero las células alfa pueden convertirse en células beta.

Las células también pueden diferenciarse si están estresadas o lesionadas. Por ejemplo, si una célula beta puede desdiferenciarse, convertirse en una célula precursora y producir células beta más sanas.

Estudios recientes han demostrado que la desdiferenciación en realidad no es única: muchas células completamente diferenciadas pueden retroceder cuesta arriba si se lesiona el tejido, dijo Duan. Las células cancerosas también muestran este tipo de plasticidad, lo que complica la capacidad de tratarlas.

Pero los estudios previos que comprenden el proceso de desdiferenciación se realizaron en sistemas artificiales, dijo Duan. No se puede extirpar quirúrgicamente parte del corazón de un pez o cortar parte del hígado de un mamífero y estudiar los procesos celulares. Así que Duan y su equipo de investigación desarrollaron un modelo en pez cebra.

En el modelo, los investigadores etiquetaron las células epiteliales que transportan iones de calcio con una proteína verde fluorescente que ilumina estas células. Usando eso, pudieron inducir a estas células diferenciadas a volver a entrar en el ciclo celular y visualizar la célula dividiéndose, y enfocarse particularmente en los procesos que involucran a las mitocondrias.

Finding clues about the process of cell plasticity

La actividad del complejo ETC es necesaria en la reactivación de células NaR. (AF) Los peces Tg(igfbp5a:GFP) (3 dpf) se transfirieron al medio de control o de inducción que contenía las dosis indicadas del inhibidor del complejo I de ETC rotenona (AB), el inhibidor de ETC Ⅲ antimicina (CD) y el inhibidor de ETC Ⅳ NaN3 ( FE), respectivamente. Dos días más tarde, se midieron y mostraron el número de células NaR y el índice de proliferación. n = 9~33 peces/grupo. Los datos del índice de proliferación se muestran como % del total de células NaR contadas. Todos los demás datos se muestran como media ± SEM. ns, no significativo. *, **, *** y **** indican p < 0,05, 0,01, 0,001 y 0,0001, respectivamente. Crédito: procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI: 10.1073/pnas.2216310120

Las mitocondrias a menudo se llaman las «centrales eléctricas» de la célula. Producen ATP, una molécula que transporta energía en las células de todos los organismos vivos. Pero las mitocondrias hacen mucho más que eso, dijo Duan. Cuando descomponen el azúcar para producir ATP, también producen lo que se denomina especies reactivas de oxígeno o ROS, sustancias químicas altamente reactivas que pueden causar daño celular.

Sin embargo, cuando las mitocondrias liberan ROS mitocondriales, en las cantidades correctas, actúan como moléculas de señalización. El equipo descubrió que cuando se inducía la desdiferenciación y proliferación celular, aumentaba la producción de ATP y los niveles de ROS mitocondrial aumentaban en estas células.

Cuando los niveles de ROS aumentan, una enzima que juega un papel en la respuesta al estrés celular llamada Sgk1 también aumenta en el citoplasma de la célula. Luego, Sgk1 pasa del citoplasma a la mitocondria, donde fosforila la enzima que sintetiza ATP y desencadena la producción de ATP.

Para probar el impacto de este bucle en la capacidad de la célula para desdiferenciarse, los investigadores bloquearon cada paso de este ciclo.

«Creemos que esto es realmente necesario para que la célula retroceda en el ciclo celular», dijo Duan. «En nuestro sistema, si eliminamos la enzima de la proteína ATP, si eliminamos Sgk1, si bloqueamos la producción de ROS, si bloqueamos cualquiera de los pasos, la célula ya no puede volver al ciclo celular».

Luego, los investigadores examinaron este bucle mitocondrial en células vivas de cáncer de mama humano y descubrieron que los mismos pasos ocurrían en células de cáncer de mama humano. Esto sugiere que este es un mecanismo comúnmente conservado que es útil para la mayoría de las células, dicen.

Y las células cancerosas son un tipo de célula que Duan y su equipo esperan que el descubrimiento pueda algún día apuntar. Comprender la plasticidad celular es importante en biología regenerativa para la regeneración de tejidos, pero también es importante para enfermedades como el cáncer.

«Las células cancerosas también tienen este tipo de plasticidad, y se considera uno de los principales desafíos de por qué no podemos tratar fácilmente las células cancerosas. Si eliminas una célula madre cancerosa, otra puede regresar», dijo Duan.

A continuación, Duan espera comprender mejor este bucle mitocondrial en otros tipos de células, con la idea de que algún día la vía pueda ser un objetivo tanto para la regeneración de tejidos como para prevenir el crecimiento anormal, como el cáncer.

«Las células y los animales son mucho más resistentes de lo que pensábamos. Son mucho más plásticos. Solíamos pensar que eran un poco rígidos», dijo. «La mitocondria juega un papel mucho más importante en la célula de lo que jamás pensamos que jugaría. Encontramos una vía muy intrincada que funciona a nivel subcelular y que dicta la capacidad de la célula para ser resistente y plástica».

Más información:
Yingxiang Li et al, la expresión de Sgk1 mitocondrial inducida por señalización de ROS regula la renovación de las células epiteliales, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI: 10.1073/pnas.2216310120

Proporcionado por la Universidad de Michigan

Citación: El estudio descubre nuevas pistas sobre el proceso de plasticidad celular (6 de junio de 2023) consultado el 6 de junio de 2023 en https://phys.org/news/2023-06-uncovers-clues-cell-plasticity.html

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