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Las células son organismos contráctiles capaces de migrar, cambiar su forma o dividirse para adaptarse a su entorno. Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña han conseguido controlar la contractilidad de un grupo de células epiteliales –que recubren las superficies interna y externa del cuerpo– con un interruptor optogenético activado por luz. Esto permitirá el estudio detallado de fenómenos como la adhesión celular, y la deformación y remodelación de tejidos a nivel supracelular.
Un estudio, publicado en la revista Nature Communications, explica cómo un interruptor optogenético activado por luz permite promover cambios rápidos, locales y reversibles en las fuerzas que ejercen las células, así como en la contracción de tejidos. Las células son organismos contráctiles capaces de migrar, cambiar su forma o dividirse para adaptarse a su entorno. En todos estos procesos las células reorganizan su estructura global o citoesqueleto en cuestión de minutos. Para aumentar su contractilidad, las células aumentan la actividad de la GTPasa RhoA en la membrana accionando localmente su activador, la molécula GEF.
Científicos del Instituto de Bioingeniería de Cataluña han conseguido dirigir con luz el activador (GEF) de la contractilidad a la membrana celular. Para ello, han utilizado un sistema de dos proteínas que se unen con gran afinidad cuando son expuestas a un haz azul. Una de las proteínas del par se une a la membrana y la otra se ancla al activador GEF. Cuando la célula es iluminada con luz azul, la proteína de la membrana secuestra al activador GEF, promoviendo la contracción de la célula.
“La presencia de este factor GEF en la membrana es suficiente para aumentar hasta en un 50% la contractilidad de la célula iluminada”, señala Léo Valon, investigador del IBEC y primer autor del estudio.
El aumento en las fuerzas que ejercen las células es completamente reversible. “Esto permite generar patrones locales y periódicos de contracción y relajación, simplemente alternando la exposición de las células a la luz con periodos de oscuridad”, continúa Léo. Los investigadores has sido capaces de contraer un epitelio en tan solo cinco minutos y a partir de un pulso de luz.
“Las herramientas que hemos desarrollado tienen una amplia aplicabilidad en mecanobiología”, comenta Xavier Trepat, investigador ICREA en el IBEC y responsable de la investigación. “El control de las fuerzas que hacen las células permitirá el estudio detallado de fenómenos como la adhesión celular y la mecanotransducción a nivel subcelular, y de la deformación y remodelación de tejidos a nivel supracelular”.
Además de sus aplicaciones en el campo de la mecanobiología, los investigadores ven posible que esta nueva herramienta se aplique en el estudio de la morfogénesis embrionaria. “Dado que estas herramientas optogenéticas solo implican el uso de equipamiento y manipulaciones genéticas habituales en cualquier laboratorio, esperamos que se conviertan en una técnica referente para el control de las fuerzas celulares en diversos modelos”, señala Xavier.
Referencia bibliográfica:
Léo Valon, Ariadna Marín-Llauradó, Thomas Wyatt, Guillaume Charras & Xavier Trepat. (2017). "Optogenetic control of cellular forces and mechanotransduction" Nature Communications DOI: 10.1038/NCOMMS14396
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