Un studiu relevă impactul acidității ambientale asupra circulației interne a celulelor
Un studiu științific realizat de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) descrie mecanismul mecano-chimic prin care aciditatea mediului celular destabilizează microtubulele, structuri esențiale pentru organizarea transportului intern în celule.
Această descoperire este crucială pentru a înțelege patologii precum cancerul, diabetul sau anumite procese infecțioase, unde aciditatea extracelulară reprezintă o caracteristică distinctivă în țesuturi.
Citoscheletul celulelor funcționează ca un cadru și un motor, având trei structuri principale: filamente intermediare (care oferă rezistență mecanică și la stres), filamente de actină (care controlează forma și mișcarea celulelor) și microtubule.
Microtubulele pot fi comparate cu arterele unui oraș mare, servind ca rute pentru transportul intern.
Aciditatea pH-ului este esențială pentru funcționarea celulară, influențând aproape toate procesele biochimice interne. Până acum, studiile asupra efectului pH-ului asupra microtubulelor s-au desfășurat în vitro, folosind structuri izolate din lysate celulare, ceea ce permitea observarea doar a efectelor directe ale modificărilor de pH intern. Totuși, celulele dispun de un sistem sofisticat care menține pH-ul intern neutru și constant. Impactul pH-ului extern (aciditatea mediului înconjurător) asupra acestui sistem nu era clar. Echipa de cercetători de la UC3M, în colaborare cu colegi de la Universidad Autónoma de Madrid și Universitatea din Tampere (Finlanda), a elucidat acest mister într-un studiu publicat în revista Journal of the American Chemical Society (JACS).
În acest studiu, cercetătorii descriu un nou mecanism molecular care leagă acidoza extracelulară de stabilitatea microtubulelor și organizarea organitelor esențiale, precum aparatul Golgi. „Importanța lucrării noastre constă în descoperirea modului în care aciditatea extracelulară poate interveni direct în sistemul de transport intern al celulei”, afirmă un alt autor, Ander Bastida Urkiza.
Această descoperire nu reprezintă doar un progres în biologia celulară fundamentală, ci deschide și noi perspective în medicina clinică, având în vedere că acidoza extracelulară este un semn distinctiv al mai multor boli care alterează funcția celulară normală din cauza dezechilibrelor metabolice. De exemplu, în cancer, celulele tumorale au rate metabolice ridicate și un aport de oxigen insuficient, ceea ce face ca țesutul din jurul nucleului tumorii să fie foarte acid. Bolile cronice, precum diabetul, alterează sistematic echilibrul pH-ului. În plus, anumite procese infecțioase induc metabolismul anaerob în țesuturile afectate, generând acidoză lactică.
Principalul rezultat al acestei cercetări indică o proteină de suprafață celulară numită β1 integrin, care a demonstrat că acționează ca un receptor sensibil la pH. Datorită simulărilor computerizate avansate, echipa profesorului Vesa Hytönen din Finlanda a reușit să detecteze momentul exact în care „se produce magia”: atunci când mediul celular devine acid, o mică schimbare chimică are loc într-un punct specific al acestei proteine (aminoacidul Asp138), activând un mecanism de alarmă. Această schimbare activează β1 integrin, iar de aici începe un „efect de domino” în interiorul celulei, transmitând semnalul printr-o serie de proteine (denumite RhoA, ROCK și CRMP-2) care funcționează ca mesageri ai schimbării de pH. Rezultatul final este destabilizarea microtubulelor.
Continuând cu analogia menționată, aciditatea externă distruge asfaltul străzilor prin care circulă transportul intern al celulelor. Pe măsură ce aceste căi se prăbușesc, componentele celulare își pierd orientarea, iar aparatul Golgi—„centrul de logistică și ambalare” al celulei—devine deplasat și își pierde forma, perturbând livrările interne, explică un alt autor al studiului, Dariusz Lachowski.
Proiectul multidisciplinar a combinat diverse abordări experimentale avansate. Pentru a explora mecanismele implicate în dinamica microtubulelor, cercetătorii au utilizat microscopia de fluorescență prin reflexie totală internă și tehnici de urmărire a proteinelor. De asemenea, a fost utilizat un dispozitiv de acționare magneto-mecanic, dezvoltat de o altă echipă de cercetare de la UC3M, care a permis imitarea precisă a diferitelor proprietăți mecanice specifice țesuturilor vii, corelând procesele de acidoză cu mecanotransducția celulară pentru prima dată.
Rezultatele acestui studiu deschid o multitudine de întrebări pentru cercetarea fundamentală, cum ar fi determinarea efectului exact pe care această aciditate îl produce asupra motoarelor moleculare (proteinele kinesină și dyneină) responsabile pentru transportul veziculelor pe microtubule. Pe termen lung, conform cercetătorilor, descoperirea acestui mecanism mecano-chimic va servi ca model pentru avansarea cunoștințelor despre transportul celular și explorarea unor ținte terapeutice potențiale pentru dezvoltarea unor noi medicamente care să protejeze sistemul intern celular în medii patologice.
