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¿Cuál es Mechanobiology?

¿Las células son afectadas por las fuerzas físicas?

Se entiende que las señales bioquímicas afectan a las células, pero se ha reconocido recientemente que las fuerzas físicas pueden también afectar a las células. Esto incluye los efectos de la fuerza, geometría, y elasticidad de la matriz sobre la célula y función del tejido, morfología, y la regeneración, que entonces tiene el potencial de afectar a la fisiología y a la patología.

acciones recíprocas de la proteínaHaber de imagen: Juan Gaertner/Shutterstock.com

Por ejemplo, la forma y la información física ofrecidas por las influencias extracelulares de la matriz cómo la célula crece, distingue, y se mueve. Esto es importante entender, como los cambios en las propiedades físicas de la matriz extracelular se han implicado en enfermedades como cáncer y fibrosis.

Mechanobiology es el estudio de cómo estas fuerzas físicas afectan a las células y a los tejidos, así como de cómo la función de la célula es controlada por estas fuerzas físicas que afectan a la conformación de la proteína mechanosensing. Esta área comenzó cuando la biofísica/la biomecánica fue aplicada a las preguntas en biología.

¿Cómo las fuerzas físicas influencian las células y los tejidos?

La forma y la movilidad de células son influenciado a propósito ellas se ordenan, y cómo se ordenan las células se pueden influenciar por las fuerzas físicas. Esto, a su vez, entonces influencia la función del tejido o del órgano.

Por ejemplo, los cambios conformacionales afectan a las acciones recíprocas de la proteína-proteína, que a su vez controlan la transcripción del gen, o las proteínas que mueven las células, ascienden la adherencia celular, o el transporte de iones entre las células, determinaría la forma y la función del tejido.

Estas fuerzas, de hecho, ayudan a dar forma cómo las células obran recíprocamente con la matriz extracelular y dan forma así el tejido total, y conjuntamente con factores bioquímicos dentro del microambiente, ésta entonces influencia factores tales como diferenciación del tejido. Como resultado de esto, es posible que el mechanobiology también desempeña un papel en la progresión del cáncer y cómo se extiende por metástasis.

Más concretamente, la diferenciación de células madres mesenquimal depende de la elasticidad del tejido que es formar; es decir, substratos extracelulares más suaves se han mostrado para ascender la diferenciación en las neuronas, substratos extracelulares más rígidos se han mostrado para ascender la diferenciación en las células musculares, mientras que los substratos extracelulares rígidos se han mostrado para ascender distinguen en las células de hueso.

¿Cómo mechanosensing trabaja?

Como se mencionó anteriormente, el mechanosensing es un aspecto importante del mechanobiology. ¿Así pues, cómo hace este trabajo?

Integrins

Integrins es proteínas importantes debido a su función de conectar el citoesqueleto con la matriz extracelular. Esta conexión ocurre en los atados llamados las “adherencias focales”. Integrins es proteínas de la transmembrana hechas de dos subunidades, α, y β. Hasta ahora, se han encontrado 18 subunidades del α y 8 subunidades del β, y éstas forman 24 diversos heterodimers. La mayor parte de estos integrins reconocen las proteínas de objetivos múltiples que comparten un adorno común, como RGD y LDV.

Diversos integrins tienen diversos “cursos de la vida” mientras que su ligazón con la matriz extracelular dura; algunos, tales como αIIbβ3, tienen un curso de la vida corto bajo carga cada vez mayor, mientras que otras tales como demostración α5β1 el contrario. Conocen a este último, α5β1, para tener comportamiento de la “fiador-ligazón”, se ha mostrado teóricamente para actuar como mechanosensor autónomo, y esto es un comportamiento común en respuesta a las moléculas de la adherencia.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de los filamentos de la proteína, y éste da el apoyo a las células y permite así que los tejidos mantengan su estructura. El citoesqueleto también da fuerzas a los tejidos, asegurándose de que las presiones externas no dañan el tejido. Sin embargo, también permite que los tejidos desformen. En tejidos mamíferos, el citoesqueleto se forma de tres diversas proteínas; actinia, microtubules, y filamentos intermedios, que son todos semi-flexibles; las actinias y los filamentos intermedios se piensan para ofrecer rigidez, mientras que los microtubules se piensan para proporcionar el apoyo contra la compresión.

El componente de la actinia se ha mostrado para generar fuerzas de la tracción, pero los estudios recientes han mostrado que hay una diafonía entre los componentes del citoesqueleto que permite que detecte las propiedades físicas del microambiente del tejido.

Matriz extracelular

La matriz extracelular es una red de las proteínas a las cuales las células se adhieren. Esto también proporciona el apoyo para los tejidos y también ofrece un depósito de los factores de incremento, de los cytokines, y de las enzimas proteolíticas. La matriz extracelular se puede dividir en la membrana del sótano y el tejido conectivo.

La membrana del sótano es una 2.a estructura hecha de proteínas tales como colágeno IV del laminin, nidogen y proteoglycans del sulfato del heparan. El es qué permite que las células polarizadas sujeten, por ejemplo las células epiteliales y las células endoteliales.

El tejido conectivo, por otra parte, es 3D y hecho sobre todo de collagens, de proteoglycans, y de glycosaminoglycans fibrilosos. Cómo se ordenan estos componentes depende del tejido; por ejemplo, estas fibrillas son gruesas en los tejidos que requieren resistencia a la tensión, tal como tendones.

Los estudios han mostrado que las células que se cultivan encima de una 2.a matriz extracelular responden a las propiedades de la matriz y que son modelados el comportamiento celular tal como adherencia, el extenderse, la migración, y las acciones recíprocas incluso de la expresión génica y de la célula-célula por la matriz extracelular. Sin embargo, es no entendible si el detectar está con el uso de la tensión constante o detectando ocurre cuánta deformación.

Fuentes

Lim, C.T y co. (2010) Mechanobiology. J.R. Soc. Interfaz https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2943884/

Jansen, K.A. y co. (2015) Una guía al mechanobiology: Donde la biología y la física se encuentran. Acta de Biochimica y de Biophysica (BBA) - investigación molecular https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167488915001536 de la célula

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Last Updated: Jan 6, 2020

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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