En biología celular , la inhibición por contacto se refiere a dos fenómenos diferentes pero estrechamente relacionados: la inhibición por contacto de la locomoción ( CIL ) y la inhibición por contacto de la proliferación ( CIP ). CIL se refiere al comportamiento de evitación que muestran las células similares a los fibroblastos cuando entran en contacto entre sí. [1] En la mayoría de los casos, cuando dos células entran en contacto entre sí, intentan alterar su locomoción en una dirección diferente para evitar colisiones futuras. Cuando la colisión es inevitable, se produce un fenómeno diferente por el cual el crecimiento de las células del propio cultivo finalmente se detiene de una manera dependiente de la densidad celular. [2]
Ambos tipos de inhibición por contacto son propiedades bien conocidas de las células normales y contribuyen a la regulación del crecimiento, la diferenciación y el desarrollo adecuados de los tejidos. Ambos tipos de regulación normalmente se anulan y superan durante la organogénesis durante el desarrollo embrionario y la cicatrización de tejidos y heridas. Sin embargo, la inhibición por contacto de la locomoción y la proliferación están aberrantemente ausentes en las células cancerosas , y la ausencia de esta regulación contribuye a la tumorigénesis . [3]
La inhibición por contacto es un mecanismo regulador que funciona para mantener a las células creciendo en una capa de una célula de espesor (una monocapa). Si una célula tiene mucho espacio de sustrato disponible, se replica rápidamente y se mueve libremente. Este proceso continúa hasta que las células ocupan todo el sustrato. En este punto, las células normales dejarán de replicarse.
A medida que las células móviles entran en contacto en cultivos confluentes , exhiben una movilidad y actividad mitótica disminuidas con el tiempo. [4] Se ha demostrado que se produce un crecimiento exponencial entre colonias en contacto durante numerosos días, y que la inhibición de la actividad mitótica se produce mucho más tarde. Este retraso entre el contacto célula-célula y el inicio de la inhibición de la proliferación se acorta a medida que el cultivo se vuelve más confluente. Por lo tanto, se puede concluir razonablemente que el contacto célula-célula es una condición esencial para la inhibición de la proliferación por contacto, pero es por sí solo insuficiente para la inhibición mitótica. Además de hacer contacto con otras células, las células inhibidas por el contacto también deben verse obligadas a reducir su área celular bajo el estrés mecánico y las limitaciones impuestas por las células circundantes. [5] De hecho, se ha sugerido que la tensión mecánica actúa como una señal inhibidora de la mitosis. [6] Además, es importante señalar que dicha inhibición de la actividad mitótica es un fenómeno local; ocurre entre unas pocas células seleccionadas en un cultivo probablemente heterogéneo.
Las células humanas no transformadas exhiben un comportamiento celular normal y median en su crecimiento y proliferación mediante la interacción entre los nutrientes ambientales, la señalización de los factores de crecimiento y la densidad celular. A medida que aumenta la densidad celular y el cultivo se vuelve confluente, inician la detención del ciclo celular y regulan a la baja la proliferación y las vías de señalización de mitógenos, independientemente de los factores externos o el metabolismo celular. [7] Esta propiedad se conoce como inhibición de la proliferación por contacto y es esencial para el desarrollo embrionario adecuado, así como para la reparación, diferenciación y morfogénesis de los tejidos. Las células cancerosas normalmente pierden esta propiedad y, por lo tanto, se dividen y crecen unas sobre otras de manera incontrolada, incluso cuando están en contacto con células vecinas. Esto da como resultado la invasión de los tejidos circundantes, su metástasis a órganos cercanos y, finalmente, la tumorigénesis. Las células de ratas topo desnudas , una especie en la que nunca se ha observado cáncer, muestran hipersensibilidad a la inhibición por contacto. [8] Este hallazgo puede proporcionar una pista sobre la resistencia al cáncer. Además, estudios recientes han revelado algunos mecanismos de inhibición de la proliferación por contacto y sus posibles implicaciones en la terapia del cáncer.
Además, se ha demostrado que la formación de adherencias entre células no solo restringe el crecimiento y la proliferación al imponer restricciones físicas como el área celular, sino también al desencadenar vías de señalización que regulan negativamente la proliferación. Una de esas vías es la vía de señalización Hippo-YAP, que es en gran medida responsable de inhibir el crecimiento celular en los mamíferos. Esta vía consiste principalmente en una cascada de fosforilación que involucra serina quinasas y está mediada por proteínas reguladoras, que regulan el crecimiento celular uniéndose a genes que controlan el crecimiento. [9] La serina/treonina quinasa Hippo (Mst1/Mst2 codificada por los genes STK4 y STK3 respectivamente en mamíferos) activa una quinasa secundaria (Lats1/Lats2), que fosforila YAP, un activador transcripcional de genes de crecimiento. La fosforilación de YAP sirve para exportarlo desde el núcleo y evitar que active genes promotores del crecimiento; así es como la vía Hippo-YAP inhibe el crecimiento celular. [10] Más importante aún, la vía Hippo-YAP utiliza elementos aguas arriba para actuar en respuesta al contacto célula-célula y controla la inhibición de la proliferación dependiente de la densidad. Por ejemplo, las cadherinas son proteínas transmembrana que forman uniones celulares mediante unión homófila [11] y, por lo tanto, actúan como detectores del contacto entre células. La activación de la vía inhibidora mediada por cadherina implica que la E-cadherina transmembrana forme un enlace homófilo para activar la α- y β-catenina, que luego estimulan los componentes posteriores de la vía Hippo-YAP para, en última instancia, regular negativamente el crecimiento celular. [12] Esto es consistente con el hallazgo de que la sobreexpresión de E-cadherina dificulta la metástasis y la tumorigénesis. [13] Debido a que se ha demostrado que YAP está asociado con la señalización del factor de crecimiento mitogénico y, por lo tanto, con la proliferación celular, es probable que los estudios futuros se centren en el papel de la vía Hippo-YAP en las células cancerosas.
Sin embargo, es importante señalar que las células inhibidas por contacto sufren una detención del ciclo celular, pero no envejecen. De hecho, se ha demostrado que las células inhibidas por contacto reanudan la proliferación normal y la señalización de mitógenos al volver a sembrarlas en un cultivo menos confluente. Por tanto, la inhibición por contacto de la proliferación puede verse como una forma reversible de detención del ciclo celular. Además, para pasar de la detención del ciclo celular a la senescencia, las células inhibidas por contacto deben activar vías de activación del crecimiento como mTOR. [14] Una vez que las células en cultivos de alta densidad se vuelven lo suficientemente confluentes como para que el área celular caiga por debajo de un valor crítico, [15] las formaciones de adhesión desencadenan vías que regulan negativamente la señalización de mitógenos y la proliferación celular. [16] Por lo tanto, la vía mTOR que promueve el crecimiento se inhibe y, en consecuencia, las células inhibidas por contacto no pueden pasar de la detención del ciclo celular a la senescencia. Esto tiene implicaciones cruciales en la terapia del cáncer; Aunque las células cancerosas no se inhiben por contacto, los cultivos de células cancerosas confluentes aún suprimen su maquinaria de senescencia. Por lo tanto, esta puede ser una explicación plausible de por qué los fármacos terapéuticos contra el cáncer que inducen la senescencia son ineficaces. [17]
En la mayoría de los casos, cuando dos células chocan intentan moverse en direcciones diferentes para evitar futuras colisiones; este comportamiento se conoce como inhibición por contacto de la locomoción. [18] Cuando las dos células entran en contacto, su proceso locomotor se paraliza. Esto se logra mediante un mecanismo multifacético de varios pasos que implica la formación de un complejo de adhesión célula-célula tras la colisión. Se cree que el desmontaje de este complejo se debe en gran medida a la tensión en las células y, en última instancia, da como resultado el cambio de dirección de las células en colisión.
Primero, las células móviles chocan y se tocan a través de sus respectivas laminillas , cuya actina exhibe un alto flujo retrógrado. Se forma una adhesión celular entre las laminillas, lo que reduce el caudal retrógrado de las actinas en el área que rodea inmediatamente la adhesión. En consecuencia, se reducen la velocidad y la motilidad de las células. Esto permite que las fibras de tensión de actina y los microtúbulos se formen y se alineen entre sí en ambos socios en colisión. La alineación de estas fibras de tensión acumula localmente tensión elástica en las laminillas. Con el tiempo, la acumulación de tensión se vuelve demasiado grande y el complejo de adhesión celular se disocia, colapsa las protuberancias de las laminillas y libera las células en diferentes direcciones en un esfuerzo por aliviar la tensión elástica. Un posible evento alternativo que también conduce a la disociación del ensamblaje es que, tras la alineación de las fibras de tensión, los bordes anteriores de las células se repolarizan alejándose de las laminillas contiguas. Esto produce una tensión elástica importante en todo el cuerpo celular, no sólo en el punto de contacto local , y también provoca el desmontaje del complejo de adhesión. [19] Se cree que la tensión elástica es la principal fuerza impulsora del colapso de la protrusión , el desmontaje complejo y la dispersión de las células. [20] Aunque esta tensión hipotética se ha caracterizado y visualizado, [21] cómo se acumula la tensión en las laminillas y cómo la repolarización celular contribuye a la acumulación de tensión siguen abiertos a investigación.
Además, a medida que la replicación aumenta la cantidad de células, disminuye el número de direcciones en las que esas células pueden moverse sin tocar a otras. [22] Las células también intentarán alejarse de otra célula porque se adhieren mejor al área que las rodea, una estructura llamada sustrato, que a otras células. Cuando las dos células que chocan son tipos diferentes de células, una o ambas pueden responder a la colisión. [23]
Algunas líneas celulares inmortalizadas , a pesar de poder proliferar indefinidamente, todavía experimentan inhibición por contacto, aunque generalmente en menor medida que las líneas celulares normales. [24]