Descubren vientos ocultos en células que podrían explicar la propagación del cáncer

Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón reveló un sistema desconocido en el interior de las células, que actúa como vientos internos, transportando rápidamente proteínas hacia la parte delantera de la célula. Este hallazgo tiene el potencial de transformar la comprensión científica sobre el movimiento celular, la diseminación del cáncer y la reparación de heridas.

El estudio, publicado en la revista Nature Communications, desafió las nociones tradicionales sobre cómo las células organizan y distribuyen proteínas. Durante años, los libros de biología describieron el movimiento de proteínas dentro de las células como un proceso aleatorio conocido como difusión. Sin embargo, la nueva investigación demostró que las células no dependen únicamente del azar, sino que generan flujos de líquido dirigidos que empujan activamente las proteínas hacia la parte delantera, donde las células se extienden, se mueven y reparan el tejido.

Un hallazgo inesperado en el aula

El descubrimiento se originó en un momento inesperado durante un curso de neurobiología en el Laboratorio Biológico Marítimo en Massachusetts. Los co-autores del estudio, Catherine Galbraith, Ph.D., y James Galbraith, Ph.D., estaban realizando un experimento estándar cuando notaron algo inusual. "Realmente comenzó como un hallazgo inesperado", comentó Cathy. Durante el experimento, utilizaron un láser para hacer invisibles temporalmente las proteínas en una franja en la parte posterior de una célula viva para rastrear su movimiento. Durante esta prueba, observaron una banda oscura adicional aparecer en la parte delantera de la célula.

"Lo hicimos un poco por diversión y luego nos dimos cuenta de que esto nos daba una manera de medir algo que no se había podido medir antes", añadió. Una investigación más profunda reveló que esta banda oscura representaba una ola de actina soluble, una proteína clave en el movimiento celular, siendo empujada rápidamente hacia adelante. Anteriormente, los científicos creían que la actina alcanzaba principalmente esta región por difusión aleatoria, pero los nuevos resultados revelaron un mecanismo diferente.

"Nos dimos cuenta de que los modelos de caricaturas en los libros de texto estaban omitiendo una gran pieza", dijo Jim. "Tenía que haber algún tipo de flujo en la célula que empujara las cosas hacia adelante. Las células realmente siguen el flujo".

Flujos dirigidos que impulsan el transporte de proteínas

Cathy y Jim se unieron a la OHSU en 2013 tras trabajar en los Institutos Nacionales de Salud, donde colaboraron con el Premio Nobel Eric Betzig, Ph.D., en técnicas avanzadas de imagen. Con herramientas de imagen especializadas, el equipo descubrió que las células generan activamente flujos de líquido direccionales, que compararon con ríos atmosféricos. Estos flujos mueven la actina y otras proteínas hacia la parte delantera de la célula mucho más rápido que la difusión por sí sola.

"Descubrimos que la célula puede apretar en la parte trasera y dirigir dónde envía ese material", explicó Jim. "Si aprietas la mitad de una esponja, el agua solo va a esa mitad. Eso es básicamente lo que la célula está haciendo". Estos flujos son no específicos, lo que significa que pueden transportar muchos tipos de proteínas a la vez, creando un sistema altamente eficiente que apoya la protrusión celular, la adhesión y los rápidos cambios de forma, todos procesos esenciales para el movimiento, las respuestas inmunitarias y la reparación de tejidos.

Los investigadores también encontraron que estos flujos ocurren dentro de una región especializada en la parte delantera de la célula, separada del resto de la célula por una barrera de condensado de actina-miosina, que actúa como un límite físico y dirige las proteínas hacia el borde avanzado.

Visualizando corrientes celulares con nueva imagen

Para observar estos flujos internos, el equipo desarrolló una versión modificada de un método estándar de fluorescencia. En lugar de eliminar la fluorescencia con un láser, activaron moléculas fluorescentes en un solo punto y rastrearon su movimiento. Nombraron a uno de sus experimentos clave FLOP, o Fluorescencia Saliente del Punto Original. "No fue un flop en absoluto", dijo Cathy. "Fue lo contrario. No es un flop en absoluto, porque funcionó". Este descubrimiento puede ayudar a explicar por qué algunas células cancerosas se mueven de manera tan agresiva.

Implicaciones para la migración de células cancerosas

Los hallazgos podrían ayudar a explicar por qué algunas células cancerosas son altamente invasivas. "Sabemos que estas células altamente invasivas tienen este mecanismo realmente interesante para empujar proteínas muy rápido, donde las necesitan en la parte delantera de la célula", comentó Jim. "Todas las células tienen básicamente los mismos componentes internos, al igual que un Porsche y un Volkswagen tienen muchas de las mismas partes, pero cuando esas partes se ensamblan en la máquina final, se comportan y funcionan de manera muy diferente".

Al entender cómo las células cancerosas utilizan este sistema de manera diferente a las células normales, los científicos podrían desarrollar nuevas estrategias para ralentizar o detener su propagación. "Si puedes entender las diferencias, puedes orientar futuras terapias basadas en cómo las células cancerosas y las células normales funcionan de manera diferente", concluyó.

Colaboración y técnicas avanzadas de imagen

La investigación reunió a expertos en ingeniería, física, microscopía y biología celular. Las contribuciones clave provinieron de colaboradores en el Janelia Research Campus en Virginia, incluidos especialistas en espectroscopia de correlación de fluorescencia e imagen de superresolución 3D. "La instrumentación que necesitábamos no existe en la mayoría de los lugares", dijo Cathy. "Janelia tenía una configuración única que nos permitió probar y confirmar lo que estábamos viendo". El estudio dependió en gran medida de herramientas de imagen avanzadas desarrolladas en Janelia, incluido iPALM, una técnica interferométrica capaz de resolver estructuras a escala nanométrica.

"iPALM nos permitió ver físicamente los compartimentos", dijo Jim. "No hay otra técnica basada en luz que pudiera hacer eso".

Un nuevo "pseudo-orgánulo" identificado

Los investigadores describieron este sistema como un "pseudo-orgánulo", un compartimento funcional que no está encerrado por una membrana, pero que aún juega un papel importante en la organización del comportamiento celular. "Así como pequeños cambios en la corriente en chorro pueden cambiar el clima, pequeños cambios en estos vientos celulares podrían cambiar cómo comienzan o progresan las enfermedades", concluyó Cathy. El equipo cree que este descubrimiento podría influir en múltiples campos, incluyendo la investigación del cáncer, la entrega de medicamentos, la reparación de tejidos y la biología sintética. "Todo lo que tenías que hacer era mirar", dijo Cathy. "Los flujos estaban ahí todo el tiempo. Ahora sabemos cómo las células los utilizan".