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Cómo detectan las células individuales la densidad local

Las células perciben a las demás células que las rodean y adaptan su fenotipo, motivando la aparición de patrones multicelulares. Un proyecto europeo finalizado recientemente desveló la existencia de un mecanismo molecular celular intrínseco de formación de patrones multicelulares que no requiere la comunicación célula a célula.

Salud

La formación de patrones multicelulares es una característica distintiva del comportamiento celular coordinado, que generalmente implica la comunicación intercelular y el procesamiento intracelular de señales. Tanto los cambios en la composición de la membrana lipídica como el transporte a través de esta membrana dependen del contexto de la población celular. El mecanismo regulador responsable de los cambios en la membrana de la célula para adaptarse al microambiente celular ha sido recientemente objeto de una gran atención por parte de la comunidad científica. El proyecto financiado por la Unión Europea THE FAK-ABCA1 SYSTEM (Population context-dependent regulation of membrane lipid composition and downstream activities in mammalian cells: The FAK-ABCA1 system) estudió estos mecanismos reguladores. Para tal fin, los socios del proyecto aplicaron técnicas como la microscopía de célula única en grandes poblaciones celulares, la lipidómica, la fosfoproteómica y el análisis de microarray a células de ratón deficientes para la quinasa de adhesión focal (FAK). Por lo general, la FAK se activa a baja densidad celular local o en los bordes de las isletas celulares. Este fenómeno activa la señalización y la regulación génica, afectando al lisosoma y al aparato de Golgi, así como a los genes implicados en el transito de membrana. La proteína de membrana ABCA1 (un mediador del flujo de colesterol) también se ve afectada significativamente por este hecho. La pérdida del fenotipo FAK en células puede revertirse por medio de la inhibición de la ABCA1, lo que sugiere que la FAK controla la producción de ABCA1. El objetivo del proyecto era comprender el papel de la FAK como sensor de la densidad local. Los resultados pusieron de manifiesto que la densidad local es detectada por la célula por medio de su capacidad para propagar y activar la FAK. Los investigadores descubrieron que, efectivamente, la FAK controla la expresión de los transportadores ABC, hecho que afecta a la composición y señalización de membrana. Los análisis lipidómicos y microscópicos mostraron la existencia de un mayor número de membranas alteradas en células apiñadas y un mayor número de membranas intactas en células dispersas. Los cambios en la membrana condujeron a una modulación general del estado fisiológico y de señalización de la célula. Además, el proyecto desarrolló un método único para simular el comportamiento dinámico del sistema. Los procesos de señalización fueron modelizados matemáticamente y estos fueron validados mediante la obtención de una gran cantidad de datos a nivel de célula única. El modelo logró predecir con éxito patrones específicos de la FAK activa y de la ABCA1 en poblaciones de células individuales. Los resultados del proyecto FAK-ABCA1 SYSTEM revelaron la existencia de un mecanismo molecular celular intrínseco de formación de patrones multicelulares que no requiere la comunicación específica entre células. También se descubrió que la membrana es clave en el proceso de adaptación.

Palabras clave

Células individuales, patrón multicelular, mecanismo molecular, comportamiento celular, composición de la membrana lipídica

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