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Una investigación en la que participa la UGR aporta nuevos datos sobre la comunicación celular, un elemento clave que ayuda a luchar contra el cáncer

Las células estiran su membrana a través de los filamentos de actina y generan unos microtúbulos, llamados citonemas, por los que circulan las proteínas

El estudio ha detallado cómo los citonemas se orientan para comunicarse con los de otras células

Hay experimentos con insectos en los que, impidiendo que los citonemas se formen durante un tiempo, se ha logrado que las larvas de la mosca Drosophila se desarrollen normalmente y vuelen después de inocularle un cáncer cerebral muy similar al de los humanos

Investigadores de la Universidad de Granada participan en un estudio interdisciplinar que ha permitido entender cómo se comunican las células, un aspecto clave para poder luchar contra determinados tipos de cáncer.

La investigación ha detallado que las células estiran su membrana a través de los filamentos de actina y generan unos microtúbulos por los que circulan las proteínas. Este procedimiento es la base de la comunicación celular. Los microtúbulos, llamados citonemas, pueden llegar a ser muy largos y a tener del orden de 7 veces la longitud de una célula.

Los citonemas realizan un movimiento de elongación, es decir, de contacto con otro citonema de otra célula o con la membrana de otra célula para intercambiar información, y finalmente se retraen. Son muy dinámicos y este proceso es muy rápido. La pregunta que surge en este nuevo paradigma de la comunicación celular es, ¿cómo se orientan o guían estos miles de citonemas que están actuando simultáneamente? “En nuestro trabajo damos respuesta a esta cuestión. Demostramos, experimentalmente y con modelos matemáticos predictivos corroborados con datos, que hay diversas concentraciones de proteínas en los citonemas y en las células que actúan promoviendo un campo de direcciones orientado a los citonemas con efectos atractivos o repulsivos entre ellos, según dicha concentración”, explica Juan Soler, catedrático del Departamento de Matemática Aplicada de la UGR e investigador de este estudio.

Es parecido a lo que ocurre con los campos eléctricos o gravitatorios. Las proteínas identificadas que hacen el papel de cargas son el correceptor ‘Interference hedgehog’ (Ihog) y los glipicanos en la ruta de señalización del morfógeno Hedgehog, que es uno de los responsables del crecimiento y renovación celular (cuando está regulado) o del crecimiento tumoral (cuando está desregulado). En este nuevo paradigma, el concepto de campo de fuerzas es novedoso en biomedicina, pero, además, “se cuestiona la aleatoriedad como principio de movimiento de los morfógenos y se demuestra que se mueven minimizando la energía: el coste energético para que un citonema surja es elevado para la célula y su probabilidad de éxito no puede ser aleatoria y, por tanto, tampoco su trayectoria u orientación”, detalla Soler.

Aplicación en la lucha contra el cáncer

Juan Soler explica que, en relación con la comunicación celular, ya hay experimentos con insectos en los que, impidiendo que los citonemas se formen durante un tiempo o eliminando la acción de las proteínas Ihog, se ha logrado que las larvas de la mosca Drosophila se desarrollen y vuelen con normalidad después de inocularle un cáncer glioblastoma. El glioblastoma es el cáncer cerebral más habitual de la mosca de la fruta (Drosophila) y tiene más de un 65% de características comunes con el humano, más incluso que el de los ratones. “Sin embargo, los citonemas hacen otras muchas funciones y eliminarlos todos temporalmente es muy radical e incontrolado ante otros posibles efectos. Pero, se abren nuevas vías para intervenir en el proceso de comunicación celular (en las diferentes proteínas) y poder así controlar, al menos en parte, sus efectos”, argumenta Juan Soler.

“Estamos trabajando en las interacciones entre citonemas de células tumorales de glioblastoma y las neuronas. Las células tumorales no producen una proteína que es necesaria para que puedan migrar e invadir otras partes del cerebro y se las secuestran (roban) a las neuronas, pero, además, mediante un muy sofisticado y ‘diabólico’ sistema hacen que las neuronas produzcan más de esa proteína. También estamos estudiando el flujo de proteínas a través de citonemas, que es casi un problema de tráfico”, concluye Soler.

Los resultados de este estudio han sido publicados en la revista Nature Communications. El artículo es el fruto de un trabajo interdisciplinar dirigido por la profesora Isabel Guerrero (Centro de Biología Molecular, CBM, Severo Ochoa, CSIC) y el profesor Juan Soler (Departamento de Matemática Aplicada, Universidad de Granada, UGR), ambos miembros de la Unidad de Excelencia ‘Modeling Nature’. Completan la lista de autores Adrián Aguirre-Tamaral (CBM, CSIC), Manuel Cambón y David Poyato (UGR).

Referencia bibliográfica:

Aguirre-Tamaral, A., Cambón, M., Poyato, D. et al. Predictive model for cytoneme guidance in Hedgehog signaling based on Ihog- Glypicans interaction. Nat Commun 13, 5647 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33262-4

Juan Soler

Juan Segundo Soler,  Departamento de Matemática Aplicada, Universidad de Granada, UGR

Isabel Guerrero

Isabel Guerrero, Centro de Biología Molecular, CBM, Severo Ochoa, CSIC

 

Interacción entre la experimentación y el modelo matemático utilizado

 

Comunicación celular basada en microtúbulos

 

Contacto:

Juan Segundo Soler Vizcaíno

Departamento de Matemática Aplicada

Facultad de Ciencias

Universidad de Granada

Correo electrónico: jsoler@ugr.es