Un estudi impulsat per La Marató revela que les cèl·lules tenen dos mecanismes per respondre a diferents rangs de forces
Una investigació realitzada al Centre Nacional d'Investigacions Cardiovasculars (CNIC), impulsada, entre d'altres, per la Fundació La Marató de TV3, ha revelat el paper essencial dels petits clots a la superfície de les cèl·lules (cavèoles) o de les grans superfícies (dolines) per fer front a les diferents forces a què estan sotmeses
La investigació, publicada a la revista científica Nature Cell Biology, ha resolt controvèrsies en aquest camp, aclarint que les cèl·lules tenen dos mecanismes diferents per respondre a diferents rangs de forces, intervinguts per diminuts clotets a la superfície, les cavèoles, o grans depressions, les dolines. Concretament, les cavèoles resultarien essencials en teixits que estan sotmesos a grans forces mecàniques (com múscul, cor, vasos sanguinis i adipós), mentre que les dolines serien rellevants per respondre a forces baixes o mitjanes, segons explica Miguel Ángel del Pozo, coordinador de la investigació.
Aquesta troballa pot conduir a reinterpretacions de processos patològics com l'ateroesclerosi, la progressió tumoral o les malalties neurodegeneratives. La investigació ha comptat amb l'impuls, entre d'altres, de la Fundació La Marató de TV3, amb fons de l'edició 2018, dedicada al càncer.
Les cèl·lules estan constantment sotmeses a forces mecàniques de diferent tipus i intensitat procedents del seu microambient, com ara el flux sanguini, les contraccions o estiraments musculars, etc. Per respondre i adaptar-ne el funcionament a aquests estímuls, l'evolució les ha dotat d'elements i mecanismes capaços de "sentir" o detectar diferents formes de forces.
Entre totes les estructures cel·lulars amb aquesta capacitat, les més conegudes, segons detalla Miguel Ángel del Pozo, són les cavèoles, "petites coves" en llatí. "Són diminutes invaginacions de la membrana plasmàtica (l'embolcall extern de les cèl·lules), presents en molts tipus cel·lulars, que detecten estímuls mecànics en modificar la seva geometria: s'aplanen quan les cèl·lules s'inflen o se sotmeten a un estirament (cosa semblant a allò que passa amb les arrugues en un vestit); i es tornen a formar i agrupar quan la membrana cel·lular està relaxada", ha explicat.
Aquests canvis, afegeix Del Pozo, "modulen xarxes de senyals bioquímics a la cèl·lula de manera que les cavèoles no només són adaptadors mecànics, sinó també transductors d'informació mecànica". Per tant, com explica el doctor Fidel-Nicolás Lolo, coordinador de la investigació juntament amb el doctor Del Pozo, "són capaços de 'llegir' la física i traduir-la en química cel·lular, i permeten que les cèl·lules adaptin adequadament el seu funcionament a les demandes ambientals".
L'ESTUDI
Per tractar de comprendre millor aquesta qüestió, els investigadors del CNIC van establir una col·laboració amb Pere Roca-Cusachs, biofísic de la Universitat de Barcelona-IBEC, per "intentar dilucidar quin element és el sensor mecànic i quin el transductor del senyal" per mitjà de l'ús de la tècnica de pinces magnètiques.
Els resultats d'aquests experiments, juntament amb moltes altres mesures biofísiques, realitzades en col·laboració amb nombrosos laboratoris nacionals i internacionals, van permetre demostrar que cèl·lules que només expressaven caveolina-1 (en absència de cavina-1) eren capaces de permetre una resposta mecànica semblant a les cèl·lules amb cavèoles.
Sorpresos per aquest descobriment que desafiava el paper protagonista de les cavèoles en la mecanobiologia, els investigadors del CNIC van intentar determinar la diferència funcional entre cavèoles i el paper aïllat de caveolina-1.
Així, van emprendre una col·laboració amb els matemàtics Marino Arroyo i Nikhil Walani, que mitjançant simulacions d'ordinador van predir una resposta diferencial al tibament de la membrana: mentre que les cavèoles només responen a partir d'un determinat llindar de forces relativament alt, la caveolina-1 és capaç de formar invaginacions amb una geometria diferent que són capaces de "sentir" i aplanar-se en rebre forces baixes i mitjanes.
Encoratjats per aquests resultats teòrics, també van col·laborar amb Britta Qualmann, Michael Kessels i Eric Seemann, pioners en una nova tècnica de microscòpia electrònica a la Universitat de Jenna (Alemanya), que finalment van aconseguir trobar les conjecturades invaginacions formades per caveolina-1 en absència de cavèoles.
Els investigadors del CNIC van encunyar el terme "dolina" per denominar aquestes noves invaginacions, atesa la seva semblança amb les depressions dels fenòmens càrstics, la famosa Gran Dolina d'Atapuerca, la tomba de l'"Homo antecessor" al nord de Burgos.
La resposta caveolar és on-off (interruptor), que només s'activa a partir d'un llindar de força alt i requereix minuts. No obstant això, les noves estructures responen gradualment, contínuament i immediatament (segons) a rangs de força menors in crescendo.
D'altra banda, el doctor Lolo suggereix que "les dolines podrien ser especialment importants en cèl·lules que no tenen cavèoles (com limfòcits o neurones), però que sí que expressen certs nivells de caveolina-1, de manera que la seva fisiologia estaria adaptada a respondre a forces més subtils pròpies del microambient en què viuen aquests tipus cel·lulars".
Del Pozo conclou que aquesta troballa hauria estat impensable sense un abordatge multidisciplinari: "A vegades quan estàs perdut en una investigació, modelitzar el fenomen en qüestió amb ajuda d'un matemàtic, per exemple, et pot conduir al moment Eureka!".
