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Redondeo de células mitóticas

La forma de la célula cambia en función de la fase mitótica . Se muestra un ejemplo de una célula HeLa cultivada en una superficie de vidrio. Para visualizar el ADN y la asignación de la fase mitótica , la célula expresa la histona H2B - GFP para proporcionar un etiquetado fluorescente de los cromosomas . La luz transmitida ( DIC ), la fluorescencia ( GFP ) y las imágenes fusionadas se muestran cada 4 minutos a medida que la célula pasa de la fase G2 a través de la mitosis a la telofase / fase G1 .

La redondez celular mitótica es un cambio de forma que se produce en la mayoría de las células animales que experimentan mitosis . Las células abandonan la forma extendida o alargada característica de la interfase y se contraen hasta adoptar una morfología esférica durante la mitosis. El fenómeno se observa tanto en cultivos artificiales in vitro como en tejido formado de forma natural in vivo .

Observaciones tempranas

En 1935, uno de los primeros relatos publicados sobre el redondeo mitótico en tejido vivo describió el redondeo celular en el epitelio pseudoestratificado del tubo neural de los mamíferos . [1] Sauer notó que las células en mitosis se redondeaban hasta la superficie apical o luminal del epitelio columnar antes de dividirse y regresar a su morfología alargada .

Significado

Durante mucho tiempo no se entendió por qué las células se redondeaban durante la mitosis. Sin embargo, estudios recientes en los epitelios y la epidermis de varios organismos muestran que la redondez de las células mitóticas podría cumplir varias funciones importantes. [2]

Por tanto, el redondeo de las células mitóticas está implicado en la organización y la homeostasis de los tejidos.

Mecanismos

Para entender los mecanismos físicos de cómo las células se redondean en la mitosis, los investigadores han llevado a cabo mediciones mecánicas con células cultivadas in vitro . Las fuerzas que impulsan el redondeo celular han sido caracterizadas recientemente por investigadores de los grupos de los profesores Tony Hyman y Daniel Muller , quienes utilizaron voladizos de microscopía de fuerza atómica plana para restringir las células mitóticas y medir la fuerza de respuesta. [10] [11] Más del 90% de las fuerzas son generadas por la actividad colectiva de los motores moleculares de miosina II en la corteza de actina. [10] [11] Como resultado, la tensión superficial y la rigidez efectiva de la corteza de actina aumentan como se ha observado consistentemente en las células mitóticas. [12] [13] [14] Esto a su vez produce un aumento en la presión hidrostática intracelular debido a la Ley de Laplace , que relaciona la tensión superficial de una interfaz de fluido con la presión diferencial sostenida a través de esa interfaz. [15] El aumento de la presión hidrostática es importante porque produce la fuerza externa necesaria para empujar y redondear contra objetos externos o impedimentos, como un voladizo flexible , [10] [11] gel blando [8] o micropilares [16] ( ejemplos in vitro ), o la matriz extracelular circundante y las células vecinas [7] ( ejemplos in vivo ). En las células HeLa in vitro , la fuerza generada por una célula mitótica medio deformada es del orden de 50 a 100 nanonewtons . [ 10] [11] Se ha medido que la presión hidrostática interna aumenta desde menos de 100 pascales en interfase hasta 3 a 10 veces más que en la mitosis. [10] [11] [15]

En experimentos in vitro similares , se descubrió que las fuerzas umbral necesarias para impedir la mitosis superan los 100 nN. [9] En las fuerzas umbral, la célula sufre una pérdida de uniformidad de la F-actina cortical, lo que amplifica aún más la susceptibilidad a la fuerza aplicada. Estos efectos potencian la distorsión de las dimensiones celulares y la consiguiente perturbación de la progresión mitótica a través de defectos en el huso. [8] [9]

La liberación de adherencias focales estables es otro aspecto importante del redondeo mitótico. Las células que están genéticamente alteradas para manifestar reguladores de adhesión constitutivamente activos son incapaces de remodelar adecuadamente sus adherencias focales y facilitar la generación de una corteza de actomiosina uniforme. [8] [17] En general, los eventos bioquímicos que rigen los cambios morfológicos y mecánicos en las células mitóticas están orquestados por el regulador maestro mitótico Cdk1 . [11] [18]

Además de los genes relacionados con la actomiosina, varios genes patológicos han sido implicados recientemente en el redondeo celular mitótico. Entre ellos se encuentran los genes asociados a la enfermedad de Parkinson, DJ-1 /Park7 y FAM134A/RETREG2. [19]


Referencias

  1. ^ Sauer, FC (octubre de 1935). "Mitosis en el tubo neural". Revista de neurología comparada . 62 (2): 377–405. doi :10.1002/cne.900620207. S2CID  84960254.
  2. ^ ab Cadart, Clotilde; Zlotek-Zlotkiewicz, Ewa; Le Berre, Mael; Piel, Matthieu; Matthews, Helen K (28 de abril de 2014). "Explorando la función de la forma y el tamaño celular durante la mitosis". Developmental Cell . 29 (2): 159–169. doi : 10.1016/j.devcel.2014.04.009 . PMID  24780736.
  3. ^ Meyer, Emily J; Ikmi, Aissam; Gibson, Matthew C (22 de marzo de 2011). "La migración nuclear intercinética es una característica ampliamente conservada de la división celular en epitelios pseudoestratificados". Current Biology . 21 (6): 485–491. doi : 10.1016/j.cub.2011.02.002 . PMID  21376598.
  4. ^ Luxenburg, Chen; Pasolli, H Amalia; Williams, Scott E; Fuchs, E (20 de febrero de 2011). "Funciones de desarrollo de Srf, citoesqueleto cortical y forma celular en la orientación del huso epidérmico". Nature Cell Biology . 13 (3): 203–214. doi :10.1038/ncb2163. PMC 3278337 . PMID  21336301. 
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  6. ^ Kondo, Takefumi; Hayashi, Shigeo (13 de enero de 2013). "El redondeo de células mitóticas acelera la invaginación epitelial". Nature . 494 (7435): 125–129. Bibcode :2013Natur.494..125K. doi :10.1038/nature11792. PMID  23334416. S2CID  205232184.
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  19. ^ Toyoda*, Yusuke; Cattin*, Cedric J.; Stewart*, Martin P.; Poser, Ina; Theis, Mirko; Kurzchalia, Teymuras V.; Buchholz, Frank; Hyman, Anthony A.; Müller, Daniel J. (2 de noviembre de 2017). "El fenotipado mecánico de células individuales a escala genómica revela genes relacionados con enfermedades implicados en el redondeo mitótico". Nature Communications . 8 (1): 1266. Bibcode :2017NatCo...8.1266T. doi :10.1038/s41467-017-01147-6. PMC 5668354 . PMID  29097687. 

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