Los biólogos descubren un papel inesperado del núcleo en el desarrollo de órganos

Una nueva investigación ha revelado que los núcleos celulares, no sólo las superficies celulares, controlan la rigidez y la organización de los tejidos oculares y cerebrales durante el desarrollo, lo que sugiere un papel importante del núcleo en la configuración de la estructura de los tejidos embrionarios y potencialmente influye en las enfermedades relacionadas.

El biofísico Otger Kambas y su equipo de investigación, que realizan investigaciones tanto en la Universidad de California en Santa Bárbara como en el Grupo de Excelencia en Física de la Vida de la Universidad Tecnológica de Dresde, han descubierto que los núcleos celulares desempeñan un papel crucial en la configuración de la estructura y la mecánica del tejido ocular y cerebral durante la etapa embrionaria. desarrollo. Este descubrimiento revela una nueva función del núcleo celular en la regulación de tejidos, que se extiende más allá de su papel tradicional en la regulación genética.

«Medimos la rigidez del tejido en la retina de un pez cebra y nos dimos cuenta de que dependía del apilamiento de los núcleos. Esto era completamente inesperado porque se cree que la mecánica del tejido depende de las interacciones de la superficie celular, pero no de los orgánulos dentro de las células», dijo Kambas. , ahora profesor y jefe del Departamento de Dinámica de Tejidos en el Grupo de Excelencia en Física de la Vida de la Universidad Tecnológica de Dresde, donde también se desempeña como Director General. Esta investigación, que fue publicada en la revista Materiales de la naturaleza, Representa un camino inexplorado para comprender cómo las células regulan el desarrollo genético.

El ingeniero escondido

Dentro de cada célula, estructuras individuales conocidas como orgánulos realizan funciones esenciales, pero se desconoce cómo contribuyen estos orgánulos a la formación de tejidos y órganos. Al igual que las fábricas o las carreteras de las ciudades, innumerables orgánulos realizan tareas dentro de las células para poder funcionar correctamente. Debido a que están confinados dentro de las células, no se pensaba que los orgánulos desempeñaran un papel directo en la construcción de órganos durante la embriogénesis. todavía.

El núcleo celular es un orgánulo conocido por procesar información en las células, donde los genes se activan y desactivan según las señales recibidas. Sin embargo, el núcleo es también el orgánulo más grande y rígido de las células y puede influir en la estructura física de los tejidos, así como en el procesamiento de la información. Fascinado por el papel que desempeñan los núcleos en la formación de tejidos, Kambas decidió estudiar el papel de los núcleos en la formación de órganos.

Trabajos pioneros anteriores de su grupo han descubierto que los agregados celulares actúan como espuma durante el desarrollo, lo que puede ser… Se congelan para congelar la estructura del tejido y determinar su forma, o se descongelan para permitir que el tejido fluya y tome forma..

«Al ampliar el modelo de espuma activa, identificamos un nuevo modo de transición de sólido a líquido, gobernado por el tamaño relativo del núcleo y las células», dijo el coautor Sangwoo Kim.

Cuando los investigadores estudiaron el tamaño del núcleo en comparación con el tamaño de las células en el tejido ocular y cerebral, tanto en entornos experimentales como teóricos, descubrieron que si el núcleo ocupa un área grande de la célula, la rigidez del tejido está directamente controlada. por el núcleo. Además, también descubrieron que cuando los núcleos están muy apretados, organizan las células en filas casi cristalinas.

«Cuando los núcleos comienzan a interactuar mecánicamente, la mecánica de los tejidos y la disposición celular no están determinadas por la superficie celular, sino que están controladas por el propio núcleo», dijo Kambas. «Se trata de un orgánulo que determina la rigidez de tejidos enteros». Su estudio desafía el status quo y revela un nuevo papel de los núcleos en el control de la organización y la mecánica de los tejidos.

Para explorar cómo el tamaño del núcleo celular afecta la formación de órganos, los investigadores utilizaron el pez cebra. Vertebrados Estos órganos son un modelo invaluable para explorar cuestiones de desarrollo, ya que son completamente transparentes durante sus etapas embrionarias y maduran rápidamente, lo que permite visualizar la formación de órganos en 3D.

«Realizamos mediciones estructurales y estimaciones del movimiento celular, centrándonos en la retina y el cerebro en desarrollo del pez cebra», dijo el coautor Rana Amini.

Utilizando estas mediciones, los investigadores demostraron que los cambios en el tamaño de las células y los núcleos durante las etapas clave del desarrollo hacen que los núcleos se «apiñen» en su lugar, quedando estrechamente rodeados por sus vecinos. Durante esta transformación, los núcleos encajan perfectamente, como granos de café en un frasco, y esta organización puede ser importante para el funcionamiento del ojo. A nuestros ojos, el apilamiento de células parece muy organizado y a menudo muestra una disposición regular «cristalina» necesaria para el procesamiento de señales visuales. En el pez cebra, la situación no es diferente y la disposición cristalina de las células parece ser el resultado de la distorsión de los núcleos durante el desarrollo del ojo.

Más allá del ojo, el equipo también descubrió que el tejido cerebral queda atrapado por el núcleo, lo que revela una nueva función del núcleo en el control de la estructura de muchos tejidos nerviosos. Este trabajo también destaca el papel potencial de los defectos a nivel nuclear en la patogénesis de enfermedades asociadas con una estructura tisular defectuosa. Esta nueva pieza del rompecabezas nos acerca un paso más a la comprensión de cómo las células construyen órganos durante el desarrollo embrionario.

Referencia: “Transmisión de trastornos nucleares en la organogénesis de vertebrados” por Sangwoo Kim, Rana Amini, Xu Ting Yen, Peter Pospisil, Arthur Bution, İlker Ali Deniz y Otger Kambas, 12 de agosto de 2024. Materiales de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41563-024-01972-3