Descobreixen noves formes de divisió cel·lular causades per ones de proteïna
A la part superior de la imatge: seqüència d’imatges de microscòpia d’una divisió cel·lular per ones de proteïna. Les ones proteiques són de color verd i es mouen en sentit oposat, dividint així la cèl·lula en dues cèl·lules filles. A la part inferior de la imatge: seqüència d’imatges resultant de la simulació computacional del mateix procés de separació cel·lular.
Sergio Alonso, investigador del Departament de Física de la UPC i un dels autors de l'estudi
En un projecte de col·laboració internacional, investigadors del Departament de Física de la UPC i de la University of Potsdam (Alemanya) han identificat una nova forma de divisió cel·lular causada per les ones proteiques. Un descobriment que suposa noves aplicacions en el camp de la biologia sintètica i pot servir de paradigma per implementar una estratègia de proliferació auto-organitzada en cèl·lules artificials.
31/03/2020
Els investigadors del grup de recerca en Biologia Computacional i Sistemes Complexos (BIOCOM-SC) del Departament de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) Sergio Alonso i Francesc Font –actualment investigador del Centre de Recerca Matemàtica–, en col·laboració amb científics del grup de Física Biològica de la University de Potsdam (Alemanya), han descobert una nova forma de divisió cel·lular que és desencadenada per ones de proteïna dins de les cèl·lules. L’estudi ha estat publicat recentment a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Segons els autors de l’estudi, aquest nova forma de divisió cel·lular es podria aplicar en l’àmbit de la biologia sintètica. I és que actualment s’estan posant molts esforços en produir models artificials senzills de cèl·lules en el laboratori per a l’estudi de les unitats bàsiques que formen la vida, i la divisió cel·lular per ones de proteïnes podria ser una alternativa prometedora per a models simples de cèl·lula.
Observat al laboratori i reconstruït amb mètodes informàtics
La forma de les cèl·lules està determinada per una bastida de proteïnes, el citoesquelet. Una de les proteïnes més importants del citoesquelet, l’actina, forma estructures de filament ramificades que són modificades i remodelades constantment per la cèl·lula. Les estructures de filaments poden créixer o encongir-se i fer que la cèl·lula canviï de forma. El moviment dels glòbuls blancs, per exemple, però també el de les cèl·lules tumorals metastàtiques, es basa en aquest mecanisme.
A la divisió cel·lular clàssica, que també es coneix com a mitosi, les cèl·lules filles se separen amb l'ajuda d'un anell proteic. Aquest procés és molt complex i requereix un alt nivell de coordinació per a la aplicació d’aquest mecanisme a cèl·lules sintètiques, sobretot pel que fa al correcte posicionament de l’anell proteic.
Ara, l’equip de biofísics de la Universitat de Potsdam ha observat, amb tècniques de microscòpia, canvis dinàmics en el citoesquelet a cèl·lules gegants de l’ameba Dictyostelium discoideum. En certes condicions, les acumulacions de proteïnes cito-esquelètiques poden moure’s a través de la cèl·lula en forma d’ona. Si aquesta ona de proteïna arriba a la vora de la cèl·lula, empeny la membrana que envolta la cèl·lula cap a fora. Aquesta deformació es va fent cada vegada més forta i condueix, finalment, a què una cèl·lula filla se separi de la resta de la cèl·lula gegant, amb la mesura característica de l'ona que causa la divisió.
Per la seva banda, l’equip d’investigadors del Departament de Física de la UPC ha desenvolupat un model informàtic que reconstrueix aquesta divisió cel·lular causada per ones de proteïna en cèl·lules simulades. D’aquesta manera, es pot obtenir una millor comprensió dels requisits previs necessaris per a generar aquest procés.
Aquest nou mecanisme de divisió cel·lular obre la porta a possibles aplicacions en biologia sintètica –en el disseny i construcció de cèl·lules produïdes artificialment– i pot servir de base per implementar una estratègia de proliferació auto-organitzada en cèl·lules artificials.
