Cómo las células corrigen errores bajo la presión del tiempo

Cómo las células corrigen errores bajo la presión del tiempo


14 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Las células pasan por un ciclo de vida que incluye el crecimiento hasta el tamaño adecuado, el equipamiento para realizar sus funciones y la división en dos nuevas células. El ciclo celular es crucial porque garantiza el mantenimiento de la población celular y al expandir la estructura más grande de la que forman parte, por ejemplo, un tejido en el cuerpo.

El ciclo celular en sí está estrictamente regulado por puntos de control que evitan que errores como mutaciones o daños en el ADN se transmitan a la siguiente generación de células. Cada punto de control actúa como una especie de monitor de control de calidad (una «lista de control» biológica), lo que garantiza el orden, la integridad y la precisión del ciclo celular. Pero los puntos de control a menudo fallan o se anulan después de una detención prolongada del ciclo celular. Cuando esto sucede en el cuerpo humano, el resultado podría ser un crecimiento y una división celular no regulados, que es lo que sucede en el cáncer.

«Los puntos de control monitorean células u organismos completos y pueden detener el ciclo celular o el desarrollo del organismo si detectan problemas», dice Sahand Jamal Rahi de la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL. “Pero cuando las células o los organismos están atrapados con un insecto durante mucho tiempo, en muchos casos simplemente siguen dividiéndose o creciendo; no se detienen para siempre. Existe un riesgo real de morir si los puntos de control no se detienen en absoluto, pero incluso esperar eternamente equivale efectivamente a morir”.

Las matemáticas de la anulación del punto de control

La pregunta entonces es ¿cómo equilibra la célula el riesgo y la velocidad en la división? Aunque crítica, la anulación de puntos de control no se entiende muy bien, ni teórica ni experimentalmente. Pero en un nuevo periódico (física natural«La estrategia óptima que equilibra el riesgo y la velocidad predice los tiempos de anulación del punto de control del daño del ADN»), Rahi y sus colegas presentaron la primera teoría matemática para describir el proceso de anulación del punto de control.

«Muchos organismos tienen que predecir lo que sucederá», dice. “Tienes un problema y tienes que evaluar qué tan grave podría ser ese problema porque las consecuencias no son seguras. Podrías sobrevivir a esto o no podrías sobrevivir a esto. Entonces la celda hace una apuesta de cualquier manera. Y en este estudio, analizamos las probabilidades de esa apuesta”.

Como organismo modelo real, los investigadores consideraron la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae, que se ha utilizado en la elaboración del vino, la cocción y la elaboración de cerveza durante siglos.

“Existen sistemas que monitorean organismos, y entre esos sistemas, el punto de control del daño del ADN en la levadura es posiblemente el más estudiado”, dice Rahi. «Entonces, pensamos, echemos un vistazo a esto y veamos si podemos entender las anulaciones de los puntos de control. Comenzamos con un análisis matemático que tenía una pregunta muy simple: ¿y si estos organismos equilibran el riesgo y la velocidad porque necesitan predecir el futuro?

El compromiso entre riesgo y velocidad

Esta compensación entre riesgo y velocidad es similar al sistema de control de calidad en una línea de ensamblaje de fábrica: ¿Qué tan rápido puede hacer las cosas antes de que la calidad comience a degradarse? ¿Cómo se equilibra la calidad y la eficiencia?

«La gente ha pensado antes en esta compensación riesgo-velocidad para los puntos de control, pero solo lo han pensado cualitativamente», dice Rahi. «No es algo que en realidad haya sido analizado o tomado en serio. ¡Así que supongo que podemos reclamar la propiedad de la idea!”

Los científicos examinaron la conexión entre el riesgo y la velocidad.

«Básicamente, la teoría equilibra diferentes probabilidades, por lo que calculamos el cambio en la aptitud de la espera frente a la autorreplicación continua», dice Rahi. “El organismo debe idear una estrategia que implique tomar continuamente la decisión de esperar o irse, dependiendo de la gravedad de la situación del organismo en ese momento. Por supuesto, esperar significa que tendrás cada vez menos descendencia. Entonces, la alternativa es correr el riesgo, para que la célula se divida y exista la posibilidad de que sobreviva y la posibilidad de que muera”.

La teoría calcula cuándo el riesgo y la velocidad se equilibran y determina el «tiempo» óptimo. «El resultado fue una ecuación muy simple», agrega Rahi.

Aunque desarrollada para la levadura, la teoría es ampliamente aplicable a las células porque solo considera el riesgo y la velocidad, factores que afectan a todos los organismos.

«No existe una correspondencia uno a uno entre lo que sucede en la levadura y las células de los mamíferos, porque las células de los mamíferos tienen otras limitaciones además de maximizar su propio crecimiento», dice Rahi.

La dimensión del cáncer

“Pero cuando las células se vuelven cancerosas, desacoplan su estado físico del estado físico de su huésped. Y luego la evolución darwiniana sugiere que deberían rediseñar sus puntos de control para maximizar el crecimiento. Es algo que nos interesa; Uno de nuestros próximos pasos es ver si las células reconfiguran de manera óptima sus puntos de control una vez que se vuelven cancerosas”.

Rahi no espera que las células cancerosas eliminen por completo sus sistemas de puntos de control. «No se deshacen de sus puntos de control porque entonces corren demasiado riesgo en cada división», dice. «Tampoco es óptimo no tener puntos de control en absoluto en comparación con su condición precancerosa, porque tan pronto como hay un problema, mueren. Así que tenemos curiosidad por ver si ellos también están luchando por este estado de equilibrio óptimo que describe nuestra teoría”.



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