Descubren que la división celular en tejidos epiteliales está regulada por fuerzas mecánicas

Epitelio de células de la línea MDCK
IBEC | miércoles, 30 de mayo de 2018

Investigadores del CIBER-BBN y del IBEC del grupo liderado por Xavier Trepat, han descubierto que la división celular que se produce en tejidos epiteliales está regulada por fuerzas mecánicas. Este descubrimiento abre la puerta a una mayor comprensión de la proliferación descontrolada de las células cancerosas en los tumores y a su posible regulación por medio de fuerzas físicas.

La investigación, que se ha publicado en la revista Nature Cell Biology, ha sido llevada a cabo en el laboratorio de Xavier Trepat, jefe de grupo del CIBER-BBN, profesor ICREA en el IBEC y profesor asociado en la UB, y en ella se relaciona el estado mecánico del tejido con la progresión a lo largo del ciclo celular y división de sus células.

Todos los organismos pluricelulares se forman a partir de una sola célula, el cigoto. Para desarrollar los diversos órganos y tejidos, esta célula original se multiplica hasta constituir un organismo funcional y adulto. El proceso que todas las células experimentan se llama división celular.

Cada célula eucariota de un organismo se divide en promedio 50 veces antes de entrar en senescencia (muerte celular). Para dividirse, la célula debe crecer, copiar su material genético (ADN) y dividirse físicamente en dos células hijas iguales entre sí e iguales a la célula madre, siguiendo el llamado ciclo celular. Las dos células hijas, a su vez, pueden seguir el mismo ciclo y multiplicar exponencialmente su descendencia en las siguientes generaciones.

Tanto en las primeras fases del desarrollo embrionario como en los órganos y tejidos adultos, las divisiones celulares deben de estar reguladas. Un ejemplo de proliferación celular descontrolada lo presenta el cáncer, donde las células cancerosas se dividen indefinidamente formando tumores e incluso invadiendo e interfiriendo en el buen funcionamiento de tejidos y órganos sanos. Es por tanto crucial entender qué mecanismos regulan la división celular en el organismo adulto y en su desarrollo.

El equipo de investigación del profesor Trepat ha descubierto que las fuerzas mecánicas regulan diversas fases del ciclo celular, incluyendo el inicio de la mitosis, cuando el núcleo y el citoplasma se dividen en dos células. Los investigadores han demostrado que la tensión y la energía mecánica de un tejido pueden predecir la duración de las fases del ciclo celular, revelándose como un posible mecanismo de control de la división de las células y del correcto mantenimiento de la homeostasis, es decir, los mecanismos de autorregulación de los seres vivos.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores midieron las fuerzas mecánicas ejercidas por centenares de células durante la división celular, así como la influencia de sus vecinas durante este proceso, con experimentos de más de 24 horas de duración. “A partir de un intenso análisis estadístico, hemos encontrado una clara correlación entre el estado mecánico del tejido y las divisiones celulares que se dan en él”, comenta Marina Uroz, investigadora del grupo de Trepat y primera autora del estudio. “Entre otras observaciones, hemos visto que las células bajan su nivel de tensión justo antes de dividirse, para facilitar el proceso de mitosis. Además, las células vecinas colaboran en este proceso antes y durante la división”, añade Marina Uroz.

El estudio sugiere que las fuerzas mecánicas pueden regular las divisiones celulares en los tejidos. “Conocemos bien los programas genéticos y las señales bioquímicas que regulan con altísima precisión la división celular”, señala el profesor Trepat. “Con este estudio hemos mostrado que las fuerzas físicas también tienen un papel en la regulación de la división celular. Las fuerzas son un nuevo elemento, que está íntimamente relacionado con el mantenimiento y regeneración de los tejidos”, añade.

La investigación, que revela las claves para predecir las divisiones celulares a partir de parámetros mecánicos, podría tener un papel importante en la comprensión del cáncer. “Si lográramos frenar la división descontrolada de células cancerosas a partir de señales mecánicas, evitaríamos el crecimiento de los tumores y sobre todo la expansión del cáncer en forma de metástasis”, concluye el profesor Trepat.

El proyecto ha sido financiado por la Generalitat de Catalunya, el Ministerio de Economía y Competitividad (MEC), el CIBER-BBN y el European Research Council (ERC), así como la Comisión Europea, Obra Social la Caixa y la Fundación La Marató de TV3.

Artículo de referencia: 

Marina Uroz, Sabrina Wistorf, Xavier Serra-Picamal, Vito Conte, Marta Sales-Pardo, Pere Roca-Cusachs, Roger Guimera & Xavier Trepat. “Regulation of cell cycle progression by cell–cell and cell–matrix forces”. Nature Cell Biology, 25 May 2018. Doi:10.1038/s41556-018-0107-2

Imagen:

En la imagen, un epitelio de células de la línea MDCK con los núcleos marcados: el color oscila del rojo al verde en función de la fase del ciclo celular; rojo para la fase G1, verde para las fases S, G2 y M.