Imagen. / Créditos: Cortesía de los investigadores

Investigadores del MIT han descubierto que antes de que las células comiencen a dividirse, hacen una pequeña limpieza, desechando moléculas que parecen no necesitar más.

Usando un nuevo método que desarrollaron para medir la masa seca de las células, los investigadores encontraron que las células pierden alrededor del 4 por ciento de su masa cuando entran en división celular. Los investigadores creen que este vaciado de basura ayuda a las células a dar a su descendencia un "nuevo comienzo", sin la basura acumulada de la célula madre.

“Nuestra hipótesis es que las células podrían estar desechando cosas que se están acumulando, componentes tóxicos o simplemente cosas que no funcionan correctamente y que no quieres tener allí. Podría permitir que las células recién nacidas nazcan con contenidos más funcionales”, dice Teemu Miettinen, científico investigador del MIT y autor principal del nuevo estudio.

Scott Manalis, profesor de Ingeniería David H. Koch en los departamentos de Ingeniería Biológica e Ingeniería Mecánica, y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en eLife. Los estudiantes de ingeniería biológica del MIT Kevin Ly y Alice Lam también son autores del artículo.

Masa de medición

La medición de la masa seca de una célula, el peso de su contenido sin incluir el agua, se realiza comúnmente mediante una técnica de microscopía llamada microscopía de fase cuantitativa. Esta técnica puede medir el crecimiento celular, pero no revela información sobre el contenido molecular de la masa seca y es difícil de usar con células que crecen en suspensión.

El laboratorio de Manalis desarrolló previamente una técnica para medir la masa flotante de las células, que es su masa mientras flotan en un fluido como el agua. Este método mide la masa flotante al hacer fluir las células a través de un canal incrustado en un voladizo vibratorio, lo que se puede hacer repetidamente para rastrear los cambios en la masa de una célula en particular durante muchas horas o días.

Para su nuevo estudio, los investigadores querían adaptar la técnica para que pudiera usarse para calcular la masa seca de las células, así como la densidad de la masa seca. Hace unos 10 años, descubrieron que podían calcular la masa seca de una célula si primero la medían en agua normal y luego en agua pesada (que contiene deuterio en lugar de hidrógeno común). Estas dos medidas se pueden usar para calcular la masa seca de la celda.

Sin embargo, el agua pesada es tóxica para las células, por lo que solo pudieron obtener una única medición por célula. El año pasado, Miettinen se dispuso a ver si podía diseñar un sistema en el que las células pudieran medirse repetidamente con una exposición mínima al agua pesada.

En el sistema que ideó, las células están expuestas a agua pesada muy brevemente a medida que fluyen a través de canales de microfluidos. Una célula tarda solo un segundo en cambiar completamente su contenido de agua, por lo que los investigadores pudieron medir la masa de la célula cuando estaba llena de agua pesada, compararla con la masa en agua normal y luego calcular la masa seca.

“Nuestra idea era que si minimizamos la exposición de las células al agua pesada, podríamos diseñar el sistema para que pudiéramos repetir esta medición durante períodos prolongados sin dañar la célula”, dice Miettinen. “Eso nos permitió por primera vez rastrear no solo la masa seca de una célula, que es lo que otros hacen usando métodos microscópicos, sino también la densidad de la masa seca, que nos informa sobre la composición biomolecular de la célula”.

Los investigadores demostraron que sus mediciones de masa seca coincidían cualitativamente con trabajos previos utilizando microscopía de fase cuantitativa. Y, además de proporcionar la densidad de la masa seca, el método del equipo del MIT permite una mayor resolución temporal, lo que resultó útil para revelar la dinámica durante la mitosis (división celular).

Sacando la basura

En las células en mitosis, los investigadores utilizaron su nueva técnica para estudiar qué sucede con la masa celular y la composición durante ese proceso. En un artículo de 2019, Miettinen y Manalis descubrieron que la masa flotante aumenta ligeramente a medida que comienza la mitosis. Sin embargo, otros estudios que utilizaron microscopía de fase cuantitativa sugirieron que las células podrían retener o perder masa seca al principio de la división celular.

En el nuevo estudio, el equipo del MIT midió tres tipos de células cancerosas, que son más fáciles de estudiar porque se dividen con más frecuencia que las células sanas. Para su sorpresa, los investigadores descubrieron que la masa seca de las células en realidad disminuye cuando entran en el ciclo de división celular. Esta masa se recupera más tarde, antes de que se complete la división.

Otros experimentos revelaron que cuando las células entran en mitosis, aumentan la actividad de un proceso llamado exocitosis lisosomal. Los lisosomas son orgánulos celulares que descomponen o reciclan los productos de desecho celular, y la exocitosis es el proceso que utilizan para deshacerse de las moléculas que ya no se necesitan.

Los investigadores también encontraron que la densidad de la masa seca aumenta a medida que las células pierden masa seca, lo que les lleva a creer que las células están perdiendo moléculas de baja densidad, como lípidos o lipoproteínas. Ellos plantean la hipótesis de que las células utilizan este proceso para eliminar las moléculas tóxicas antes de dividirse. “Lo que estamos viendo es que las células podrían estar tratando de deshacerse de los componentes dañados antes de dividirse”, dice Miettinen.

Los investigadores especulan que sus hallazgos pueden ayudar a explicar por qué las neuronas, que no se dividen, tienen más probabilidades de acumular proteínas tóxicas como Tau o amiloide beta, que están relacionadas con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer.

Los hallazgos también podrían ser relevantes para el cáncer: las células cancerosas pueden expulsar algunos medicamentos de quimioterapia mediante exocitosis, ayudándolas a volverse resistentes a los medicamentos. En teoría, evitar que ocurra la exocitosis antes de la división celular podría ayudar a que las células cancerosas sean más susceptibles a tales fármacos.

“Hay enfermedades en las que podríamos querer regular al alza la exocitosis, por ejemplo, en enfermedades neurodegenerativas, pero luego hay enfermedades como el cáncer en las que tal vez queramos reducirla”, dice Miettinen. “En el futuro, si pudiéramos comprender mejor el mecanismo molecular detrás de esto y encontrar una manera de desencadenarlo fuera de la mitosis o prevenirlo durante la mitosis, realmente podríamos tener un nuevo interruptor para usar en el tratamiento de enfermedades”.

La investigación fue financiada por el Centro de Medicina de Precisión del Cáncer del MIT, el Fondo Virginia y DK Ludwig para la Investigación del Cáncer, el Consorcio de Biología de Sistemas del Cáncer y la Subvención de Apoyo (básico) del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer.

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MIT

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