Imagen de la investigadora predoctoral Xarxa Quiroga, que firma el artículo.
Desde que vivo en Barcelona no tengo más opción que coger el metro cada día para llegar al laboratorio. Todas las mañanas, en hora punta, no me queda otra que apiñarme y aplastarme para caber en los abarrotados vagones de la línea 5. Somos mucha gente en un espacio confinado, así que vamos apretados, hace calor e, incluso alguna vez, soy objeto de tirones o empujones debido a algún frenazo. Me comprenderéis bien cuando os digo que todo este ajetreo provoca en mí un cierto enfado contra el mundo que se disipa lentamente cuando salgo a la calle y puedo, por fin, caminar libre de mi confinamiento.
Muchos de los lectores se habrán sentido identificados, imagino, con esta situación. Pues bien, al igual que los miles de personas que cogemos el metro cada mañana en Barcelona, nuestras células también “sienten” el abarrotamiento que las rodea. Y no sólo esto, sino que también son capaces de detectar otros parámetros, como lo duro o lo blando que es el substrato en el que se hallan o las tensiones que sus vecinas ejercen sobre ellas. De la misma manera que yo me enfado por ir apretada en el vagón, nuestras células también modifican su comportamiento en respuesta a todos estos estímulos que reciben del medio externo que las rodea.
La disciplina que estudia cómo las células convierten estos estímulos mecánicos en señales bioquímicas se llama mecanobiología. Estas señales modulan el comportamiento de la célula, incluso alterando su expresión genética. En mi laboratorio nos interesa entender cómo la célula es capaz de procesar esta información física y transformarla a un lenguaje molecular. Para ello nos dedicamos, entre otras cosas, a estudiar la estructura que lleva a cabo este procesamiento: la membrana celular.
Imagen de una célula con vesículas de membrana incorporadas (círculos verdes) justo después de ser sometida a una tensión externa.
Esta estructura, al contrario de lo que pudiera parecernos, es muy poco elástica; sin embargo, las células están constantemente obligadas a soportar tensiones que ponen en peligro su integridad (pensemos en cuánto deben expandirse nuestros pulmones cada vez que respiramos o en el aumento de tamaño del útero durante la gestación). Además, para poder moverse y cambiar de forma, las células necesitan readaptar sus membranas constantemente. Un buen ejemplo de ello es este famoso vídeo de un glóbulo blanco persiguiendo a una bacteria para fagocitarla.
Entonces, ¿cómo pueden las células estirarse, moverse y cambiar de forma sin romperse? El secreto, como suele decirse, está en su interior; pero esta vez literalmente. Cada célula guarda dentro de ella miles de pequeñas vesículas rodeadas de membrana que puede usar para agregar o retirar material de la membrana plasmática a su antojo. Este mecanismo funciona de la siguiente manera: imaginemos un hilo que simulará nuestra membrana celular. Si tiramos por sus dos extremos, el hilo se tensa; de la misma manera, una célula sometida a una tensión también “sentirá” tensión en su membrana. Pero si ahora añadimos a nuestro hilo un trocito más haciendo un nudo para hacerlo el doble de largo y estiramos lo mismo que hacíamos antes, veremos que el hilo queda flojo. Hemos añadido material, de modo que hemos reducido la tensión y el hilo queda suelto permitiendo la libertad de movimientos. Así, las células fusionan sus vesículas con la membrana aliviando la tensión y permitiendo el remodelado. El proceso inverso implicaría la retirada de material de la membrana y la formación de vesículas que se quedarían en el interior celular hasta que fuesen necesarias.
Este tejido, de la marca Petit Pli, ilustra lo que las células de un tejido hacen cuando han de adaptarse al entorno: agregar o retirar material en función de la tensión a la que el tejido es sometido.
Es evidente que este proceso debe estar delicadamente orquestado para mantener, no sólo la integridad celular, sino también la de los tejidos; sabemos que las células son capaces de detectar el abarrotamiento que las rodea para dejar de replicarse en caso de notar que tienen demasiadas vecinas o, al contrario, para activar la división en caso de ser pocas (soportando demasiada tensión en las membranas). Sin embargo, hoy en día aún no entendemos claramente cómo las células son capaces de integrar estos estímulos físicos en su toma de decisión. Por otro lado, está claro que un error en la transformación de estos estímulos puede comportar que que las células de nuestro cuerpo comiencen a proliferar de manera descontrolada, promoviendo la formación de un tumor, o que una célula cancerosa estática se desprenda del tumor para formar una metástasis en otra parte del cuerpo.
En este vídeo vemos como una célula tumoral metastática (marcada en rojo, a la derecha) es capaz de escapar de uno de los vasos sanguíneos de un pez cebra (en verde) para poder invadir otro tejido. Este proceso es conocido como extravasación.
Por este motivo, comprender de manera correcta cómo las células perciben e integran los estímulos físicos de su medio traerá consigo una visión más completa de los procesos fisiológicos que regulan el funcionamiento del cuerpo y una mejor comprensión de cómo la alteración de los mismos puede desembocar en enfermedades como el cáncer.
Artículo: Xarxa Quiroga, estudiante de doctorado en el grupo
Cellular and molecular mechanobiology
Fotografía y edición: Pilar Rodríguez-Franco
Bibliografía
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Kosmalska, A. et al., 2016. Physical principles of membrane remodelling during cell mechanoadaptation. Nature Communications, 6, p.7292.
Imagen destacada: Ahmed Mahin Fayaz (https://www.flickr.com/photos/skyrim/6518329775)