Los biólogos descubren un papel inesperado de los núcleos en el desarrollo de órganos

Una nueva investigación ha demostrado 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 apunta a un papel importante del núcleo en la configuración de la estructura del tejido embrionario y potencialmente influye en las enfermedades relacionadas.

El biofísico Otger Campàs y su equipo de investigación, que dirigen la investigación tanto en la UC Santa Bárbara como en el Physics of Life Excellence Cluster de la Universidad Técnica de Dresde, han descubierto que los núcleos celulares desempeñan un papel crucial en la configuración de la arquitectura y la mecánica de los tejidos oculares y cerebrales durante la etapa embrionaria. desarrollo. Este hallazgo revela una nueva función del núcleo celular en la organización de los tejidos, que se extiende más allá de su papel tradicional en la regulación genética.

«Estábamos midiendo la rigidez de los tejidos de la retina del pez cebra y nos dimos cuenta de que depende del empaquetamiento de los núcleos. Esto fue totalmente inesperado porque se cree que la mecánica de los tejidos depende de las interacciones de la superficie celular, pero no de los orgánulos dentro de las células», dijo Campàs, ahora profesor y presidente de dinámica en -textiles en el Grupo de Excelencia Física de la Vida en TU Dresden, donde también sirve. como director general. Esta investigación, publicada en la revista Materiales de la naturaleza, Representa una vía inexplorada para comprender cómo las células orquestan el desarrollo embrionario.

El arquitecto escondido

Dentro de cada célula, estructuras individuales conocidas como orgánulos realizan funciones clave, pero no se sabe cómo estos orgánulos contribuyen a la formación de tejidos y órganos. Al igual que las fábricas o las calles de las ciudades, una gran cantidad de orgánulos realizan tareas dentro de las células para que éstas funcionen 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. Hasta ahora.

El núcleo de la célula es un orgánulo conocido por el procesamiento de información en las células, con genes que se activan y desactivan según las señales recibidas. Sin embargo, el núcleo también es el orgánulo más grande y duro de las células y puede afectar la estructura física del tejido además del procesamiento de la información. Fascinado por el papel que el núcleo puede desempeñar en la formación de tejidos, Campàs decidió estudiar el papel de los núcleos en la formación de órganos.

Trabajos pioneros anteriores de su grupo habían descubierto que los agregados celulares actuaban como una espuma durante el desarrollo que podía bloquearse para «congelar» la arquitectura del tejido y fijar su forma, o «fundirse» para permitir que los tejidos circularan y les dieran forma.

«Al ampliar el modelo de espuma activa, identificamos un nuevo modo de transición de sólido a fluido, regido por los tamaños relativos del núcleo y las células», dijo el coautor principal Sangwoo Kim.

Cuando los autores investigaron el tamaño del núcleo en relación con el de las células en los tejidos oculares y cerebrales, tanto en entornos experimentales como teóricos, descubrieron que si el núcleo ocupaba la mayor parte del espacio celular, entonces la rigidez del tejido estaba directamente controlada. por el núcleo. Además, también descubrieron que cuando los núcleos se empaquetaban tan apretados, ordenaban las células en una matriz casi cristalina.

«Cuando los núcleos empiezan a interactuar mecánicamente, tanto la mecánica de los tejidos como el orden celular no están dictados por la superficie celular, sino controlados por el propio núcleo», afirma Campàs. «Se trata de un orgánulo que determina la rigidez de todo el tejido». 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 de la célula afecta la formación de órganos, los investigadores emplearon pez cebra. Estos vertebrados Son un modelo invaluable para explorar cuestiones de desarrollo, ya que son completamente transparentes durante sus etapas embrionarias y maduran rápidamente, lo que permite la visualización de la formación de órganos en 3D.

«Por lo tanto, realizamos mediciones estructurales y cuantificaciones del movimiento celular, centrándonos en la retina en desarrollo y el cerebro del pez cebra», dijo el coautor principal Rana Amini.

Con estas mediciones, los autores demostraron que los cambios en el tamaño celular y nuclear durante las principales etapas de desarrollo «bloquean» los núcleos en su lugar, ya que están estrechamente rodeados por sus vecinos. Durante esta transición, los núcleos se encuentran muy juntos, como granos de café en un frasco, y esta organización puede ser importante para el funcionamiento del ojo. A nuestros ojos, el empaquetado de células parece muy estructurado y a menudo muestra un orden «cristalino» muy regular, necesario para procesar las señales visuales. En el pez cebra no es diferente, y el orden cristalino de las células parece ser el resultado del apiñamiento de los núcleos a medida que se desarrolla el ojo.

Más allá del ojo, el equipo también descubrió que los tejidos cerebrales se bloquean nuclearmente, revelando una nueva función del núcleo para controlar la arquitectura de varios tejidos neuronales. Este trabajo también destaca el papel potencial de los defectos a nivel nuclear que causan enfermedades asociadas con una arquitectura tisular deteriorada. Esta nueva pieza del rompecabezas nos acerca un paso más a la comprensión de cómo las células construyen órganos durante el desarrollo embrionario.

Referencia: «Una transición de interferencia nuclear en la organogénesis de vertebrados» por Sangwoo Kim, Rana Amini, Shuo-Ting Yen, Petr Pospíšil, Arthur Boutillon, Ilker Ali Deniz y Otger Campàs, 12 de agosto de 2024, Materiales de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41563-024-01972-3