Código Morse molecular en células principio que cifran la información de diferenciación – ScienceDaily

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¿Dividir, diferenciar o morir? Tomar decisiones en el momento y lugar adecuados es lo que define el comportamiento de una célula y es especialmente crítico para las células madre de un organismo en desarrollo. La toma de decisiones se basa en cómo las redes de proteínas de señalización procesan la información. Los equipos de Christian Schröter del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular en Dortmund y Luis Morelli del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBa) ahora han revelado por primera vez que ERK, un jugador clave en la información de procesos de señalización de células madre a través de rápidos impulsos de actividad. La duración del intervalo de pulso podría codificar información esencial para la decisión de destino divergente en cultivos de células madre.

Durante su desarrollo hacia el siguiente embrión, las células madre pasan por una serie de etapas de desarrollo. La transición entre estos pasos se controla mediante la señalización de las moléculas que se intercambian entre las células vecinas. Una de las señales más críticas durante la embriogénesis temprana de los mamíferos es el factor de crecimiento de fibroblastos 4 (FGF4). Cuando una célula la reconoce, esta información es procesada por una red de proteínas de señalización, lo que da como resultado una respuesta celular. Los actores clave de la red, sus roles y sus interacciones ahora son bien conocidos, sin embargo, se sabe poco sobre la dinámica de la señalización. Pero, ¿qué significa realmente la dinámica y por qué es importante la dinámica?

La dinámica determina el destino celular

En el ejemplo del posterchild sobre la importancia de la dinámica en la transducción de señales, dos señales moleculares diferentes desencadenan diferentes respuestas celulares (diferenciación y crecimiento celular) a pesar de que utilizan la misma red de transducción de señales. Esto es posible porque la dinámica con la que se activa el sistema de transducción de señales es específica para cada una de las dos señales moleculares: mientras una activa el sistema durante un período corto que conduce al crecimiento celular, la otra activa el mismo sistema durante un período prolongado. en la diferenciación. Por lo tanto, la dinámica de la señalización es claramente importante para determinar el destino de una célula. Sin embargo, muchos estudios hasta ahora solo han podido observar dinámicas bastante lentas que se desarrollaron durante horas y que fueron las mismas en todas las células; estaban ciegos a las dinámicas rápidas, especialmente si eran diferentes entre las células madre en la misma parábola.

La actividad de ERK pulsa cada seis o siete minutos

Los equipos de Christian Schröter y Luis Morelli ahora han podido obtener una mejor comprensión de la dinámica de la señalización rápida en las células madre. Al introducir un sensor fluorescente en las células madre vivas, los científicos pudieron medir la actividad de la principal proteína de señalización ERK en tiempo real. La actividad de ERK es importante para traducir señales moleculares en una respuesta genética y, por lo tanto, para regular la diferenciación de células madre. «La medición de la actividad de ERK en células madre individuales a corto plazo es experimentalmente muy desafiante y nunca antes se había hecho de esta manera. Por primera vez, pudimos ver la actividad de ERK pulsando cada seis o siete minutos, más rápido que las señales similares mostradas anteriormente en otros sistemas celulares En las células individuales, los pulsos a menudo ocurrían con mucha regularidad uno tras otro, pero los patrones de pulsación eran sorprendentemente diferentes entre las células individuales «, dice Christian Schröter. Los investigadores también observaron que a medida que aumenta la señal de FGF4, la cantidad de pulsos aumenta cuando se suman en muchas células, aunque la duración de los pulsos individuales no cambió con FGF4.

Enfoque interdisciplinario – Colaboración intercontinental

«Este tipo de datos y su papel en la señalización celular es muy difícil de interpretar. Y aquí es donde entró en juego nuestra experiencia», dice Luis Morelli, socio colaborador desde hace mucho tiempo y líder de grupo en IbioBa, socio del Instituto Sociedad Max Planck. «Tuvimos que desarrollar un nuevo enfoque teórico para describir la dinámica en series de tiempo. De esta manera, vimos que la duración del intervalo de pulso podía codificar información, ya que podíamos encontrar pulsos y silencio. Llamamos a esta nueva característica dinámica oscilaciones intermitentes. «

«Las oscilaciones son una característica cada vez más reconocida de los procesos de señalización. Nuestra hipótesis es que las oscilaciones intermitentes que hemos visto en las células madre funcionan como una especie de código morse que codifica la información de diferenciación. Presumiblemente, es la transición de la pulsación al silencio lo que se desarrolla. a papel decisivo. La pregunta ahora es: ¿qué nos dice la dinámica sobre la organización de la señalización en las células madre? ¿Cómo son las células capaces de leer las oscilaciones y cómo influyen en el comportamiento de la célula? estrecha colaboración entre experimentadores y teóricos Es necesario algún día develar los orígenes y funciones de esta nueva dimensión en la biología de células madre”, dice Christian Schröter.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto Max Planck de Fisiología Molecular. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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