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del Sitio Web Nature
traducción de
Adela Kaufmann
a través de túneles de nanotubos.
Redes de nanotubos pueden permitir que las células lo compartan todo desde infecciones y cáncer hasta a proteínas relacionadas con la demencia.
Yukiko Yamashita pensó que conocía los testículos de la mosca de la fruta al revés y al derecho.
Pero
cuando ella llevó a cabo una serie de experimentos en el órgano hace
cinco años, terminaron por dejarla confundida.
Pero
en lugar de aparecer en las células manipuladas, algunas proteínas
parecían haberse teletransportado por completo a un grupo diferente
de células.
Estaban convencidas de que era real, pero no podían entender cómo funcionaba.
Por lo que archivaron el proyecto hasta que un día, más de un año más tarde, Inaba presentó a Yamashita algunas imágenes de 'pequeños tubos' llegando de una célula a otra - delicadas estructuras que pudieron haber sido responsables de ese tráfico.
Yamashita era escéptica, pero decidió desenterrar imágenes de su propio proyecto post-doctoral de 12 años antes.
Efectivamente, espigas delgadas sobresalían hacia las células apuntadas.
El grupo publicó su trabajo en el año 2015, argumentando que los tubos ayudan a las células del testículo a comunicarse con precisión, enviando un mensaje a algunos de sus vecinos y a otros no.
Los tubos de Yamashita se unieron a un creciente catálogo de conductos crípticos entre las células.
Los tubos más largos, reportados en células de mamíferos, parecen transportar no solo señales moleculares, sino cargas mucho más grandes, como partículas virales, priones o incluso mitocondrias, estructuras generadoras de energía de la célula.
Estas observaciones sugieren un nivel imprevisto de conectividad entre las células, dice Amin Rustom, un neurobiólogo de la Universidad de Heidelberg en Alemania, que descubrió por primera vez tubos como un estudiante de posgrado hace casi 20 años.
Si es correcto, dice,
Pero Richard Cheney, un biólogo celular de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, no está listo para comenzar a revisar los libros de texto.
Cheney siguió el campo y en un momento colaboró con el asesor de doctorado de Rustom. No hay duda de que salpican largas y delgadas protuberancias por todas partes, dice.
La pregunta es,
El problema con las apuestas de cualquier manera es que estos pequeños tubos son difíciles de estudiar.
Argumentar que existen en absoluto es lo suficientemente difícil, y mucho menos argumentar que realmente tienen una función.
Yamashita utilizó los métodos de ingeniería genética probados y los genes bien caracterizados disponibles en la mosca de la fruta para argumentar que sus tubos estaban enviando señales por contacto directo.
Pero los investigadores que buscan tubos en células de mamíferos no tienen esos recursos. Se ha acusado a más de un investigador de confundir un rasguño en una placa celular para un nanotubo producido por células.
La evidencia derivada del tejido real de mamíferos es incluso más escasa.
Adam Levy mira más de cerca los pequeños tubos vistos entre las células.
Uno de los creyentes es George Okafo, director de plataformas emergentes de la compañía farmacéutica GlaxoSmithKline (GSK) en Stevenage, Reino Unido.
Él piensa que las protuberancias de célula a célula podrían explicar por qué enfermedades tales como,
... son tan difíciles de tratar (vea la imagen de abajo 'Live Wires').
Chiara Zurzolo Instituto Pasteur
Cables vivos Células neuronales de ratón creciendo en cultivo, se muestran aquí reconstruidas en 3D a partir de una serie de láminas - conectándose a través de un tubo de sólo 200 nanómetros de ancho y un pasaje para agregados de proteína.
En septiembre pasado, Okafo organizó una conferencia de invitación para reunir al personal de GSK y alrededor de 40 investigadores en el campo. (Ahora está colaborando con algunos de ellos.)
En marzo de este año, los Institutos Estadounidenses Nacionales de la Salud pidieron otorgar usos de grupos estudiando cómo se comunican los organelos en células estresadas o cancerosas, un movimiento que excita a los entusiastas de los tubos.
Y en
diciembre, la sociedad americana de biología celular acogerá una
sesión dedicada al tema en su reunión anual.
Tubería larga
El primer indicio importante de que podrían estar involucrados en algo más complejo surgió en 1999, del biólogo celular Thomas Kornberg en la Universidad de California en San Francisco.
Estaba observando las larvas de las moscas desarrollando alas, y vi un mar de filamentos que se proyectaban desde los brotes del ala hacia el centro de señalización, que es esencial para su crecimiento. 2
Él acuñó el término Scytonema - o hilo celular - para describir estos filamentos.
Sugirió que algunas conversaciones celulares que se pensaba que
sucedían por difusión podrían, de hecho, ser orquestadas por los
Scytonemas. La idea fue sorprendente y tardó en ponerse al día, pero
ahora está llegando a los libros de texto.
Rustom manchó tubos delgados y rectos que conectan cultivos de células de rata después de que olvidó un paso de lavado en un experimento.
Él y su consejero en la Universidad de Heidelberg, Hans-Hermann Gerdes, diseñaron células para fabricar proteínas fluorescentes y observaron cómo las moléculas fluían de una célula a otra.
Su avistamiento accidental se convirtió en un documento de Ciencia 3 que describía las estructuras como "carreteras nanotubulares". (Algunos escépticos piensan que Gerdes eligió el término nanotubo para cabalgar sobre nanotubos de carbono, un tema candente en ciencia de materiales).
En el mismo año, Daniel Davis y su equipo en el Imperial College de Londres describieron redes de 'nanotubos de membrana', hebras de las membranas externas de las células que se estiraron por varias longitudes de células para conectar diferentes tipos de células inmunes; los lípidos producidos por una célula aparecieron en la superficie de otro. 4
Davis atribuye su descubrimiento a la voluntad de su equipo de pensar en las implicaciones de su avistamiento.
Su
equipo pasó a describir diferentes tipos de nanotubos, algunas
vesículas de retención y mitocondrias en el interior, y otras con
bacterias que "surfeaban" la carcasa. 5 Mientras tanto, otros laboratorios han informado sobre tubos de conexión de células,
Otros tipos de tubos también han sido vistos.
En 2010, Gerdes y su equipo informaron que algunos tubos terminan en cruces de brecha:
Yamashita especula que tales conexiones pueden estar más que relacionadas conceptualmente con las sinapsis neuronales.
La mayoría de los investigadores que estudian estas tuberías celulares se preocupan menos por su origen evolutivo que por su papel en la salud y las enfermedades humanas.
La evidencia más fuerte para un papel en la enfermedad llegó en 2015, también de un equipo de la Universidad de Heidelberg, dirigido por el investigador sobre el cáncer Frank Winkler.
Al igual que otros, su equipo no se había propuesto estudiar protuberancias celulares, ellos querían probar un sistema para observar cómo crecen los gliomas humanos.
Las
células derivadas de los tumores fueron inyectadas en los cerebros
de ratones con ventanas en sus cráneos, el vidrio endurecido fue
mantenido en su lugar con cemento dental, a través del cual los
investigadores pudieron observar las células.
Una mirada más cercana mostró muchos tubos conectando células a través de uniones de brecha. Las células interconectadas lograron sobrevivir a dosis de radiación que mataron a las células aisladas, al parecer porque las uniones de brecha ayudaron a diseminar la carga de iones tóxicos a los vecinos. 7
Cuando la radiación mató a las células tumorales unidas, los núcleos de esas células viajaban a veces por un tubo, con el tubo entonces expandiéndose al espacio despejado para formar una nueva y vigorosa célula cancerosa.
Estos "microtubos tumorales" también se encontraron en las biopsias de los pacientes, y los tubos más densos y más largos se correlacionaron con formas más resistentes de cáncer y un peor pronóstico.
Winkler especula que un medicamento que podría evitar que estos tubos broten o se extiendan podría crear una nueva clase de tratamiento contra el cáncer; de hecho, él cree que los medicamentos contra el cáncer existentes, como el paclitaxel, pueden funcionar al alterar los microtubos tumorales.
El equipo de Winkler ha presentado una solicitud de patente para un compuesto que interfiere con los microtubos como tratamiento para el glioma.
El trabajo ha capturado la imaginación.
Pero no está claro si los resultados de Winkler se aplican a otros escenarios.
Se sabe que varios tipos de células cerebrales envían protuberancias celulares a medida que crecen y proliferan. Los tubos que informó el equipo de Winkler son mucho más grandes que los 'nanotubos tunelizadores' que Gerdes describió originalmente, y a diferencia de la mayoría de los nanotubos tunelizados informados hasta ahora, contienen microtúbulos, filamentos que mueven componentes alrededor de las células.
Sin embargo, Winkler cree que su trabajo proporciona evidencia de un papel amplio para las estructuras tipo túnel-nanotubos. Él piensa que no pueden alcanzar el tamaño completo en cultivos, y los tubos que él ve varían considerablemente en longitud y grosor.
Winkler recuerda haber discutido su trabajo con Gerdes antes de la muerte de Gerdes en 2013.
En otros campos, también, los tubos ganan tracción.
Eliseo Eugenin, que estudia el VIH en la Escuela de Medicina Rutgers New Jersey en Newark, sugiere que las células infectadas con VIH envían múltiples nanotubos llenos de virus para llegar a las células no infectadas.
La circulación y el contacto celular uno a uno serían demasiado ineficientes como para causar una rápida amplificación del virus en pacientes recién infectados.
Él piensa que otros investigadores son escépticos de los nanotubos porque no pueden conciliarse con la idea de que las células intercambian constantemente materiales, incluida información genética.
Líneas de batalla
Emil Lou,
un investigador de cáncer en la Universidad de Minnesota en
Minneapolis, dice que su propuesta de subvención para cazar y
caracterizar nanotubos en cánceres humanos fue malograda porque un
revisor no estaba convencido de que las estructuras existieran.
Michael Dustin, inmunólogo de la Universidad de Oxford, Reino Unido, dice que ha visto células en los platos formar estructuras que nunca se producirían en el tejido denso de un organismo.
Por ejemplo, los glóbulos blancos preparados para producir anticuerpos producen un patrón de ojo de buey "hermosamente simétrico" en un plato, muy diferente del caos y la asimetría que muestran en el cuerpo.
Luego hay sutilezas mecanicistas:
Pero eso haría que el citoplasma se mezcle y provoque la fusión de las células, dice Jennifer Lippincott-Schwartz, bióloga de células en el Instituto Médico Howard Hughes Janelia Research Campus en Ashburn, Virginia.
En
cambio, cree que los tubos de membrana pueden sobresalir y hacer un
contacto mínimo, lo suficiente como para permitir que las células
receptoras se extiendan y engullen el contenido del tubo.
Chiara Zurzolo, bióloga de células del Instituto Pasteur de París, que ha detectado priones y otras proteínas neurodegenerativas que viajan a través de nanotubos, dice que muchos documentos no tratan de evaluar si un tubo está cerrado o abierto, por ejemplo, o incluso si los tubos permiten el movimiento de vesículas o material similar.
La proliferación de tipos de tubos, y los diferentes nombres para ellos, dificultan la discusión coherente.
Pero obteniendo imágenes claras de células vivas siempre superará la semántica, dice Ian Smith, un biólogo celular de la Universidad de California en Irvine.
La mayoría de las técnicas de microscopía no pueden obtener una visión clara de estas estructuras en acción, incluso en células cultivadas.
Smith está desarrollando métodos para visualizar nanotubos de membrana usando microscopía de láminas de luz de celosía, que controla los planos de luz para generar imágenes tridimensionales.
Espera que la técnica pueda capturar el proceso de transferencia de
material de una célula a otra, de principio a fin. 8 Smith
admite que está tomando un riesgo profesional: un colega
recientemente le advirtió que esta área era "marginal". Pero él toma
esto como un desafío.
Al principio, las personas le decían que las estructuras eran artefactos o ilusiones ópticas, recuerda.
A él le gusta esa dirección.
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