Les forces físiques regulen la divisió cel·lular

Investigadors de l’IBEC ha descobert que la divisió cel·lular que es produeix en teixits epitelials està regulada per forces mecàniques

Aquest descobriment obre la porta a una major comprensió de la proliferació descontrolada de les cèl·lules canceroses en els tumors, i a la seva possible regulació per mitjà de forces físiques.

El resultat de la recerca, que s’ha publicat a la revista Nature Cell Biology, ha estat duta a terme pel grup de recerca del Xavier Trepat, professor ICREA a l’IBEC i professor associat a la UB, i en ella es relaciona l’estat mecànic del teixit amb la progressió al llarg del cicle cel·lular i divisió de les seves cèl·lules.

Read more…

Tots els organismes pluricel·lulars es formen a partir d’una sola cèl·lula, el zigot. Per desenvolupar els diversos òrgans i teixits, aquesta cèl·lula original es multiplica fins a constituir un organisme funcional i adult. El procés que totes les cèl·lules experimenten es diu divisió cel·lular.

Cada cèl·lula eucariota d’un organisme es divideix en mitjana 50 vegades abans d’entrar en senescència (mort cel·lular). Per dividir-se, la cèl·lula ha de créixer, copiar el seu material genètic (ADN) i separar-se físicament en dues cèl·lules filles iguals entre si i iguals a la cèl·lula mare, seguint l’anomenat cicle cel·lular. Les dues cèl·lules filles, al seu torn, poden seguir el mateix cicle i multiplicar exponencialment la seva descendència en les següents generacions.

Tant en les primeres fases del desenvolupament embrionari com en els òrgans i teixits adults, les divisions cel·lulars deuen estar regulades. Un exemple de proliferació cel·lular descontrolada la presenta el càncer, on les cèl·lules canceroses es divideixen indefinidament formant tumors i fins i tot envaint i interferint en el bon funcionament de teixits i òrgans sans. És per tant crucial entendre quins mecanismes regulen la divisió cel·lular en l’organisme adult i en el seu desenvolupament.

Un epiteli de cèl·lules de la línia MDCK amb els nuclis marcats: el color oscil·la del vermell al verd en funció de la fase del cicle cel·lular; vermell per a la fase G1, verd per a les fases S, G2 i M.

L’equip de recerca del professor Trepat ha descobert que les forces mecàniques regulen diverses fases del cicle cel·lular, incloent l’inici de la mitosi, quan el nucli i el citoplasma es divideixen en dues cèl·lules. Els investigadors han demostrat que la tensió i l’energia mecànica d’un teixit poden predir la durada de les fases del cicle cel·lular, revelant-se com un possible mecanisme de control de la divisió de les cèl·lules i del correcte manteniment de l’homeòstasi, és a dir, els mecanismes d’autorregulació dels éssers vius.

Per arribar a aquesta conclusió, els investigadors van mesurar les forces mecàniques exercides per centenars de cèl·lules durant la divisió cel·lular, així com la influència de les seves veïnes durant aquest procés, amb experiments de més de 24 hores de durada. “A partir d’un intens anàlisi estadístic, hem trobat una clara correlació entre l’estat mecànic del teixit i les divisions cel·lulars que s’hi donen”, comenta Marina Uroz, estudiant de doctorat en el grup del professor Trepat i primera autora de l’estudi. “Entre altres observacions, hem vist que les cèl·lules baixen el seu nivell de tensió just abans de dividir-se, per facilitar el procés de mitosi. A més, les cèl·lules veïnes col·laboren en aquest procés abans i durant la divisió”, afegeix Marina Uroz.

L’estudi suggereix que les forces mecàniques poden regular les divisions cel·lulars en els teixits. “Coneixem bé els programes genètics i els senyals bioquímics que regulen amb altíssima precisió la divisió cel·lular”, assenyala el professor Trepat. “Amb aquest estudi hem mostrat que les forces físiques també tenen un paper en la regulació de la divisió cel·lular. Les forces són un nou element, que està íntimament relacionat amb el manteniment i la regeneració dels teixits”, afegeix.

La recerca, que revela les claus per predir les divisions cel·lulars a partir de paràmetres mecànics, podria tenir un paper important en la comprensió del càncer. “Si aconseguíssim frenar la divisió descontrolada de cèl·lules canceroses a partir de senyals mecànics, evitaríem el creixement dels tumors i sobretot l’expansió del càncer en forma de metàstasi”, conclou el professor Trepat.

El projecte ha estat finançat per la Generalitat de Catalunya, el Ministeri d’Economia i Competitivitat (MEC), el Ministeri de Sanitat (programa CIBER-BBN) i l’European Research Council (ERC), així com la Comissió Europea, Obra Social la Caixa i la Fundació La Marató de TV3.

Article referenciat:

Marina Uroz, Sabrina Wistorf, Xavier Serra-Picamal, Vito Conte, Marta Sales-Pardo, Pere Roca-Cusachs, Roger Guimera & Xavier Trepat. “Regulation of cell cycle progression by cell–cell and cell–matrix forces”. Nature Cell Biology, 25 May 2018. Doi:10.1038/s41556-018-0107-2

IBEC als mitjans:

http://www.lavanguardia.com/vida/20180528/443911798310/descubren-que-la-division-celular-esta-regulada-por-fuerzas-fisicas.html

http://noticiasdelaciencia.com/not/28756/las-fuerzas-fisicas-regulan-la-division-celular