Celulele analizează forțele fizice în funcție de durată pentru a identifica bolile
Cercetătorii au descoperit modul în care celulele decid când să reacționeze la forțele fizice, deschizând astfel noi direcții pentru abordarea unor afecțiuni precum cancerul și fibroza.
Studiul, condus de cercetori de la King’s College London și Institutul de Bioinginerie din Catalonia (IBEC), arată că celulele din organism nu doar că simt forțele, ci și măsoară cât timp durează acestea înainte de a decide să acționeze.
Prin această descoperire, cercetătorii au conturat un mecanism de temporizare care permite celulelor să ignore stimulii mecanici de scurtă durată, reacționând în schimb la modificările susținute, un proces crucial în evoluția bolii.
În viața de zi cu zi, celulele sunt expuse la o gamă variată de semnale mecanice. Țesuturile din organe precum plămânii, inima sau vezica urinară experimentează constant forțe rapide și repetate datorită respirației, bătăilor inimii sau golirii vezicii, în timp ce schimbările mai lente și persistente apar în timpul proceselor precum vindecarea rănilor sau creșterea tumorilor.
Celulele trebuie să interpreteze continuu aceste forțe fizice alături de semnalele chimice din jurul lor. Deși oamenii de știință au înțeles de mult cum reacționează celulele la indicii chimici, se știa mult mai puțin despre modul în care acestea procesează semnalele mecanice în timp.
Acum, cercetătorii cred că celulele utilizează un „filtru trece-jos” pentru a selecta perturbațiile pe termen scurt, dar răspund la schimbările persistente și pe termen lung.
Profesorul Pere Roca-Cusachs, autor principal al lucrării, explică: „Imaginează-ți că conduci pe o autostradă și auzi un zgomot puternic lângă tine. Probabil că vei reacționa imediat, deoarece ar putea fi periculos. Dar dacă auzi un sunet mic și neobișnuit de la motorul tău, s-ar putea să-l ignori, cu excepția cazului în care persistă o vreme. Celulele se confruntă cu o provocare similară – trebuie să decidă care semnale sunt importante și când să reacționeze la ele.”
Equipa a descoperit că celulele se bazează pe structuri numite aderențe fibrilare, puncte de contact specializate care permit celulelor să se agațe fizic de mediu și să transmită forțele mecanice în interiorul lor, pentru a realiza acest mecanism.
Aceste structuri ajută la „menținerea” nucleului celular într-o stare deformată chiar și după dispariția forței, permițând semnalului să persiste timp de aproximativ o oră – susținut de o rețea de fibră numită vimentină pentru a menține efectul pe termen lung. Când acest sistem este perturbat, celulele își pierd capacitatea de a „păstra” semnalele mecanice și răspund mult mai repede – dar mai puțin selectiv.
În esență, acest lucru creează un filtru biologic. Forțele de scurtă durată sunt ignorate, dar cele susținute declanșează o reacție. Multe procese importante, inclusiv activitatea proteinei legate de cancer YAP, depind de acest mecanism de temporizare.
Acest studiu are implicații semnificative nu doar pentru modul în care funcționează celulele și țesuturile, ci și pentru acest element temporal, pe care suntem printre primii care îl explorăm, având un impact major asupra viitorului tratamentelor.
Multe boli, inclusiv cancerul și fibroza, implică modificări pe termen lung în rigiditatea țesuturilor și forțele mecanice. Înțelegerea modului în care celulele interpretează aceste semnale mecanice complexe în contextul evoluției bolii ar putea permite cercetătorilor să dezvolte terapii mai eficiente în viitor.
Descoperirile arată, de asemenea, că acest mecanism ajută la protejarea nucleului celular de daune sub stres fizic.
Equipa își propune acum să exploreze în continuare modul în care funcționează acest mecanism de temporizare în țesuturi complexe și în condiții de boală, unde schimbările mecanice joacă un rol cheie în evoluția bolii.
