11.05.2022 - 21:40
Investigadors del MIT han descobert que, abans que les cèl·lules comencin a dividir-se, fan una mica de neteja i es desfan de les molècules que sembla que ja no necessiten. Fent servir un nou mètode que van desenvolupar per mesurar la massa seca de les cèl·lules, el grup d’investigadors ha descobert que les cèl·lules perden al voltant del 4% de la seva massa quan entren en la divisió cel·lular. Els investigadors creuen que aquest buidatge ajuda les cèl·lules a donar a la seva descendència un “nou començament”, sense la brossa acumulada de la cèl·lula mare.
“La nostra hipòtesi és que les cèl·lules podrien rebutjar coses que es van acumulant, components tòxics o simplement coses que no funcionen correctament i que no volen tenir. Això permetria que les cèl·lules nounades naixessin amb un contingut més funcional”, explica Teemu Miettinen, investigador del MIT i autor principal del nou estudi.
Scott Manalis, catedràtic d’Enginyeria David H. Koch als departaments d’Enginyeria Biològica i Enginyeria Mecànica, i membre de l’Institut Koch de Recerca Integral del Càncer, és l’autor principal del treball, que ha estat publicat a eLife. Els estudiants d’enginyeria biològica del MIT Kevin Ly i Alice Lam també són autors de l’article.
Mesurament de la massa
El mesurament de la massa seca d’una cèl·lula –el pes del contingut sense incloure-hi l’aigua– es fa habitualment mitjançant una tècnica anomenada microscòpia de fase quantitativa. Aquesta tècnica pot mesurar el creixement cel·lular, però no revela informació sobre el contingut molecular de la massa seca i és difícil d’emprar-la amb cèl·lules que creixen en suspensió.
El laboratori de Manalis ha desenvolupat una tècnica per a mesurar la massa flotant de les cèl·lules, que és la seva massa quan suren en un fluid com l’aigua. Aquest mètode mesura la massa flotant fent fluir les cèl·lules a través d’un canal incrustat en un vibratori voladís, cosa que es pot fer repetidament per seguir els canvis en la massa d’una cèl·lula concreta durant hores o dies.
Per al nou estudi, els investigadors volien adaptar la tècnica perquè es pogués fer servir per calcular la massa seca de les cèl·lules, i també la densitat de la massa seca. Fa uns deu anys, van descobrir que podien calcular la massa seca d’una cèl·lula si primer la mesuraven en aigua normal i després en aigua pesant (que conté deuteri en lloc d’hidrogen ordinari). Aquests dos mesuraments es poden fer servir per calcular la massa seca de la cèl·lula.
No obstant això, l’aigua pesant és tòxica per a les cèl·lules, per la qual cosa van obtenir un sol mesurament per cèl·lula. L’any passat, Miettinen es va proposar de dissenyar un sistema en què les cèl·lules es mesuressin repetidament amb una exposició mínima a l’aigua pesant.
Al sistema que va idear, les cèl·lules s’exposen a l’aigua pesant molt breument mentre flueixen pels canals de microfluids. Una cèl·lula només triga un segon a intercanviar completament el contingut d’aigua, per la qual cosa els investigadors podien mesurar la massa de la cèl·lula quan era plena d’aigua pesant, comparar-la amb la massa en aigua normal i calcular després la massa seca.
Treure’n la brossa
Amb les cèl·lules sotmeses a mitosi, els investigadors van fer servir la nova tècnica per estudiar què passa amb la massa i la composició de les cèl·lules durant aquest procés. En un article del 2019, Miettinen i Manalis van descobrir que la massa flotant augmenta lleugerament quan comença la mitosi. Tot i això, altres estudis que van utilitzar microscòpia de fase quantitativa van suggerir que les cèl·lules podrien retenir o perdre massa seca al principi de la divisió cel·lular.
Al nou estudi, l’equip del MIT va mesurar tres tipus de cèl·lules canceroses, que són més fàcils d’estudiar perquè es divideixen amb més freqüència que no pas les cèl·lules sanes. Per a la seva sorpresa, els investigadors van descobrir que la massa seca de les cèl·lules en realitat disminueix quan entren al cicle de divisió cel·lular. Aquesta massa es recupera més tard, abans que es completi la divisió.
Altres experiments van revelar que quan les cèl·lules entren en mitosi, augmenten l’activitat d’un procés anomenat exocitosi lisosomal. Els lisosomes són orgànuls cel·lulars que descomponen o reciclen els productes de rebuig de les cèl·lules, i l’exocitosi és el procés que fan servir per a rebutjar les molècules que ja no calen.
Els investigadors també van descobrir que la densitat de la massa seca augmenta a mesura que les cèl·lules perden massa seca, fet que els porta a creure que les cèl·lules van perdent molècules de baixa densitat, com ara lípids i lipoproteïnes. La seva hipòtesi és que les cèl·lules fan servir aquest procés per eliminar les molècules tòxiques abans de dividir-se. “El que veiem és que les cèl·lules podrien provar de desfer-se dels components danyats abans de dividir-se”, diu Miettinen.
Els investigadors especulen que les seves troballes podrien ajudar a explicar per què les neurones, que no es divideixen, són més propenses a acumular proteïnes tòxiques com la Tau o la beta amiloide, vinculades al desenvolupament de la malaltia d’Alzheimer.
Les troballes també podrien ser rellevants per al càncer: les cèl·lules canceroses poden expulsar alguns fàrmacs de quimioteràpia mitjançant l’exocitosi, cosa que els ajuda a fer-s’hi resistents. En teoria, impedir que l’exocitosi es produeixi abans de la divisió cel·lular pot ajudar que les cèl·lules canceroses siguin més susceptibles a aquests fàrmacs.
“Hi ha malalties en què es pot voler augmentar l’exocitosi, per exemple en les malalties neurodegeneratives, però també hi ha malalties, com el càncer, en què es pot voler reduir”, diu Miettinen. “En el futur, si poguéssim entendre millor el mecanisme molecular que hi ha darrere d’això, i trobar una manera de desencadenar-lo fora de la mitosi o prevenir-lo durant la mitosi, podríem tenir realment una nova palanca per a fer servir en el tractament de la malaltia.”
