La génesis de nuestro esqueleto celular, foto a foto
Científicos logran reconstruir por primera vez la película del ensamblaje del centriolo humano, una de las estructuras esenciales que constituyen nuestras células.
Por la Universidad de Ginebra
Modelo de un centriolo humano cortado a lo largo de su eje longitudinal (izquierda) y visto desde arriba (derecha). Crédito: CentrioleLab
Las células contienen diversas estructuras especializadas —como el núcleo, las mitocondrias o los peroxisomas— que los biólogod conocen como orgánulos. Rastrear su génesis y determinar su estructura es fundamental para entender la función celular y las enfermedades ligadas a su mal funcionamiento.
Científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, han combinado microscopía de alta resolución y técnicas de reconstrucción cinemática para visualizar, en movimiento, la génesis del centríolo humano. Este orgánulo, esencial para la organización del esqueleto celular, está asociado —en caso de disfunción— a ciertos cánceres, trastornos cerebrales o enfermedades de la retina.
De forma cilíndrica, los centriolos juegan un papel crucial en el proceso de división celular, específicamente en la mitosis y la meiosis, al ayudar en la organización del huso mitótico, un conjunto de fibras que separan los cromosomas durante la división celular.
Una estructura compleja clave para la división de las células.
En la mayoría de las células, los centriolos se encuentran por pares y se sitúan perpendicularmente entre sí, cerca del núcleo celular, dentro de una región conocida como el centrosoma. Este, con su par de centriolos, se duplica antes de la división celular, asegurando así que cada célula hija reciba un centrosoma con un par de centriolos.
Además de su papel en la división celular, los centriolos también son esenciales para la formación de cilios y flagelos, estructuras que emergen de la superficie celular y están involucradas en el movimiento celular y en el transporte de fluidos y partículas a lo largo de la superficie celular. Por ejemplo, los cilios tienen funciones importantes en el sistema respiratorio para ayudar a mover el moco fuera de los pulmones, y los flagelos son cruciales para la motilidad de espermatozoides en animales.
El centriolo, estructura vital de la célula.
Un nuevo trabajo, publicado en la revista Cell, aclara las complejidades del ensamblaje del centríolo. También abre muchas nuevas vías para el estudio de otros orgánulos celulares.
La génesis de los orgánulos sigue una secuencia precisa de sucesivos procesos de reclutamiento de proteínas. La visualización de este ensamblaje en tiempo real permite comprender mejor el papel de estas proteínas en la estructura o la función de los orgánulos. Sin embargo, la obtención de una secuencia de vídeo con resolución suficiente para distinguir componentes microscópicos tan complejos se enfrenta a una serie de limitaciones técnicas.
Inflar las células para observarlas mejor.
Esto es especialmente cierto en el caso del centríolo. Este orgánulo, que mide menos de 500 nanómetros (media milésima de milímetro), está constituido por unas cien proteínas diferentes organizadas en seis dominios subestructurales. Hasta hace pocos años, era imposible visualizar en detalle la estructura del centríolo.
El laboratorio de Paul Guichard y Virginie Hamel, codirectores de investigación del Departamento de Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, ha cambiado esta situación al tilizar la técnica de la microscopía de expansión. Esta técnica puntera permite inflar progresivamente las células y sus constituyentes sin deformarlos, para poder observarlas después, con microscopios convencionales, con muy alta resolución.
La obtención de imágenes del centriolo con tan alta resolución permite localizar con exactitud las proteínas en un momento dado, pero no da información sobre el orden de aparición de los dominios subestructurales ni de las proteínas individuales. Marine Laporte, antigua becaria de investigación y docencia del grupo UNIGE y primera autora del estudio, utilizó la microscopía de expansión para analizar la localización de veinticuatro proteínas en los seis dominios en más de mil centriolos en distintas fases de crecimiento.
Reorganizar las imágenes para ponerlas en movimiento.
''A este trabajo tan tedioso le siguió una reconstrucción cinemática pseudotemporal. En otras palabras, hemos podido poner en orden cronológico estos miles de imágenes tomadas al azar durante la biogénesis de los centriolos, para reconstruir las distintas etapas de formación de las subestructuras de los centriolos, gracias a un análisis informático que hemos desarrollado", explica Virginie Hamel, codirectora del estudio.
“Este enfoque único, que combina la altísima resolución de la microscopía de expansión y la reconstrucción cinemática, nos ha permitido modelizar el primer ensamblaje en 4D del centríolo humano— comenta Guichard. Y comcluye—: 'Nuestro trabajo no solo profundizará nuestra comprensión de la formación del centríolo, sino que también abrirá perspectivas increíbles en biología celular y molecular, ya que este método puede aplicarse a otras macromoléculas y estructuras celulares para estudiar su ensamblaje en el espacio y el tiempo''.
Información facilitada por la Universidad de Ginebra - Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Ediciones
Fuente: Marine H. Laporte, Davide Gambarotto, Éloïse Bertiaux, Susanne Borgers, Virginie Hamel, Paul Guichard et al. Time-series reconstruction of the molecular architecture of human centriole assembly. Cell (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.025
