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A multidisciplinary approach to cell division: From human oocyte to synthetic biology

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Una red de formación europea proporciona información novedosa sobre la organización celular

Investigadores europeos de diversas disciplinas han unido fuerzas para desvelar los secretos que subyacen a los mecanismos y principios de la división celular.

Salud

La división celular acontece durante el crecimiento tisular y la reproducción celular y está controlada de manera exhaustiva por un conjunto de genes y proteínas. En conjunto, existen dos tipos de divisiones celulares: la mitosis, a través de la cual una célula madre se divide en dos células hijas genéticamente iguales, y la meiosis, a través de la cual una célula madre se divide para dar lugar a ovocitos o espermatozoides que presentan la mitad de la dotación cromosómica original. Los errores durante la división celular derivan en cambios en la dotación cromosómica o en la segregación cromosómica de las células hijas. Esta circunstancia puede tener un efecto notable en la salud humana, ya que puede conducir al desarrollo de neoplasias malignas, malformaciones durante el desarrollo y disminución de la fertilidad. El huso mitótico es esencial en la división celular. Esta estructura está formada por microtúbulos, motores moleculares y factores de unión a microtúbulos y su función principal es segregar los cromosomas. El proyecto DivIDe, que cuenta con el respaldo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, es una red de formación europea integrada por once jóvenes investigadores internacionales que estudiaron la división celular y la función de la tubulina, el componente principal de los microtúbulos, desde una perspectiva innovadora mediante el empleo de técnicas, métodos y sistemas de modelos experimentales complementarios e interdisciplinares.

La autoorganización inspira a los biólogos

El huso mitótico es una de las estructuras celulares que mejor representa la capacidad de la materia biológica para autoorganizarse a través de conjuntos de interacción interproteicos dinámicos. «La complejidad y el comportamiento dinámico del huso mitótico cautivan la imaginación de los biólogos y modelizadores sintéticos. Estos “ingenieros moleculares” estudian y aprovechan los principios de la autoorganización para crear estructuras biológicas nuevas», comenta Isabelle Vernos, coordinadora de la red. Por lo tanto, el objetivo del consorcio era proporcionar información novedosa sobre la división celular por medio de identificar las proteínas que participan en la elongación del huso mitótico durante la meiosis y en la poliglutamilación de los microtúbulos del huso mitótico, proceso fundamental para la segregación cromosómica precisa durante la mitosis. También se llevó a cabo la primera reconstrucción tridimensional completa del huso mitótico en metafase y anafase de una línea celular humana. Los socios del proyecto desarrollaron asimismo un nuevo método para purificar la tubulina extraída de líneas celulares de mamífero. «Emplearon un conjunto de modificaciones postraduccionales bien definidas y cuantificaron de manera directa cómo controlan estas modificaciones la interacción con un grupo de proteínas relacionadas con los microtúbulos», explica Vernos.

Nuevos métodos y conocimientos

Los investigadores crearon un modelo matemático para explicar cómo las proteínas motoras, los filamentos dinámicos y los microtúbulos se unen para formar un huso mitótico en elongación, y emplearon un clasificador basado en inteligencia artificial para predecir mejor el efecto de objetivos específicos en la división celular. Además, desarrollaron un dispositivo microfluídico para controlar procesos moleculares y que permite perfundir una muestra celular bajo el microscopio con diferentes disoluciones amortiguadoras para que alcance el equilibrio térmico con el entorno. En DivIDe se demostró que esta combinación de conocimientos y disciplinas diferentes es esencial para abordar preguntas relativas a la división celular. «La prueba de este hecho es la generación de conocimientos nuevos, metodologías y protocolos pioneros, información novedosa y métodos de formación modernos», comenta Natalia Dave Coll, coordinadora del proyecto. «Hay diferentes partes que podrían estar interesadas, además de los científicos, como los sectores de la microscopía y la microfluídica y las industrias farmacéutica y médica». Es más, con DivIDe se han ampliado las perspectivas futuras de los becarios de investigación participantes, al informarlos de las diferentes oportunidades profesionales disponibles dentro y fuera del mundo académico. «Al final del proyecto, realizamos una encuesta interna en la que más de la mitad de nuestros becarios expusieron que estaban considerando la posibilidad de convertirse en emprendedores, lo cual, aunque la muestra era pequeña, es bastante revelador», concluye Dave Coll.

Palabras clave

DivIDe, división celular, proteínas, formación, cromosoma, huso mitótico, mitosis, meiosis, microtúbulos

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