Durante el desarrollo, las células de un embrión se dividen hasta que emerge un organismo completamente funcional. Un componente de la célula es especialmente importante durante este proceso : la corteza celular. Esta fina red de estructuras de filamentos similares a cabellos (llamada actina) justo debajo de la membrana celular es el principal determinante de la forma celular y está involucrada en casi todo lo que hace una célula, como moverse, dividirse o detectar su entorno. Sin embargo, la corteza primero debe construirse a partir de moléculas individuales, y si no se construye correctamente, las células de un organismo nunca llegarían al lugar correcto para realizar sus funciones.

Un equipo internacional de investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresden, el Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos (MPI-PKS) y el Grupo de Excelencia Física de la Vida (PoL ) en la TU Dresden estudió la formación de esta corteza celular dinámica en el gusano redondo Caenorhabditis elegans. Descubrieron que miles de condensados ​​dinámicos y de corta duración en forma de gotas formados por filamentos de actina controlan la generación de una primera corteza, en el momento en que un óvulo no fertilizado se transforma en un embrión después de la fertilización. Los principios descubiertos en este estudio ayudan a comprender cómo se controla la formación de estructuras subcelulares.

Inmediatamente después de que se fertiliza un óvulo, comienza la formación de la corteza celular y tarda unos diez minutos hasta que se forma por completo. La corteza consta de filamentos de actina y proteínas motoras, que se organizan en una densa red entrecruzada. La dinámica de la corteza proviene de proteínas motoras que tiran de los filamentos de actina, generando tensiones que resultan en tensión cortical. Esta tensión cortical impulsa, por ejemplo, la forma de las células, su capacidad para sentir su entorno y su capacidad para realizar sus funciones en nuestros cuerpos. La dinámica de la corteza celular se ha estudiado intensamente en el pasado, pero se desconoce el mecanismo por el cual la corteza celular se activa por primera vez justo después de la fertilización. Es crucial comprender los principios detrás de la formación de la corteza celular, ya que está involucrada en casi todas las funciones de la célula, y la organización cortical inadecuada conduce a un deterioro de los procesos celulares y de desarrollo clave.

Los condensados ​​de proteínas tienen una vida corta y aseguran un desarrollo adecuado

Para investigar cómo se activa la corteza celular, un equipo interdisciplinario de investigadores de MPI-CBG, MPI-PKS y PoL estudió este proceso en el gusano redondo C. elegans. «Pudimos observar cómo la actina y las proteínas de nucleación de actina WSP-1 y ARP2/3 se juntaron para ensamblarse en condensados ​​que duraron solo unos segundos, solo para desarmarse inmediatamente después. Estos condensados ​​aseguran que haya la cantidad correcta de filamentos de actina y que están conectados de la manera correcta. Para mí, la belleza de estas estructuras, hechas de filamentos de actina altamente ramificados, como un copo de nieve, radica en lo que su dinámica nos enseña sobre la química no convencional de la materia viva», explica Arjun Narayanan. , uno de los autores principales del estudio e investigador del grupo de Stephan Grill, director de MPI-CBG. Victoria Tianjing Yan, la otra autora principal, continúa : «Desarrollamos nuestro propio método de análisis de imágenes y de imágenes, llamado imágenes de balance de masas, para estudiar cómo crece y evoluciona la estructura de los condensados ​​de vida corta». Durante sus estudios, los investigadores encontraron que las reacciones químicas internas controlan qué tan rápido crece un condensado y cuándo se encoge. Por lo tanto, los condensados ​​corticales organizan sólidamente su propio ciclo de vida, en gran medida independiente de su entorno externo.

Stephan Grill resume : «Llegamos a la conclusión de que los condensados ​​en la corteza celular representan un nuevo tipo de condensado biomolecular impulsado por reacciones químicas específicas para ensamblarse y desarmarse en segundos». Y agrega : «Sugerimos que estos condensados ​​de corta duración controlen la activación de la corteza celular y la delicada precisión de su arquitectura en crecimiento después de la fertilización del ovocito de C. elegans». Frank Jülicher, director de MPI-PKS y otro autor supervisor, agrega , «Este estudio es otro ejemplo más de unir la física y la biología aquí en Dresde. Nuestro entorno interactivo con biólogos y físicos teóricos garantiza nuevos enfoques interdisciplinarios para desentrañar la física de los procesos biológicos».