Las fuerzas mecánicas en un corazón que late afectan el ADN de sus células, con implicaciones para el desarrollo y la enfermedad

Las células cardíacas que se contraen ejercen fuerzas sobre su material genético que afectan la forma en que se desarrollan. Crédito: Benjamin Seelbinder, CC BY-ND

A veces, las células pueden olvidar qué tipo de célula son y dejar de funcionar correctamente. Esto sucede comúnmente en el cáncer, en el que las células maduras pierden aspectos de su identidad y se vuelven más susceptibles de comenzar a dividirse sin control.

Las afecciones cardíacas como la miocardiopatía, una enfermedad que dificulta el bombeo de la sangre, afectan la forma y el funcionamiento de las células cardíacas afectadas. Estos cambios también pueden ocurrir en el núcleo de la célula, que alberga el material genético que le dice a la célula cómo funcionar.

Debido a que ciertos cambios en la estructura nuclear pueden ser señales de advertencia tempranas de problemas cardíacos, el monitoreo de tales cambios podría ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar la enfermedad antes de que empeore. Los investigadores saben que ciertos cambios en las fuerzas físicas ejercidas sobre las células del corazón, incluso por su propia contracción, pueden hacer que las células pierdan su identidad de célula cardíaca y funcionen mal. Pero no estaba claro exactamente cómo funcionan estas fuerzas físicas para cambiar la identidad de las células del corazón.

En un nuevo estudio que mis colegas y yo publicamos en la revista Nature Biomedical Engineering, descubrimos que las fuerzas mecánicas pueden reorganizar el material genético dentro del núcleo de las células cardíacas y afectar la forma en que se desarrollan y funcionan. Una mejor comprensión de cómo las células reclaman y mantienen sus identidades puede ayudar a avanzar en los tratamientos para reparar el daño cardíaco causado por enfermedades cardiovasculares y crear nuevos tejidos protésicos.

Empujar el desarrollo celular en otra dirección

Primeros humanos En el desarrollo, las presiones externas que rodean a las células inmaduras influyen en el tipo de célula en que eventualmente se convierten cuando se diferencian o maduran por completo. Estas fuerzas externas también ayudan a mantener la salud de los tejidos a medida que las personas envejecen.

Las células del corazón en una placa de Petri cambian la estructura de sus núcleos con cada latido.

Durante la diferenciación, las células se mueven y reestructuran una mezcla de proteínas y ADN llamada cromatina que se encuentra en sus núcleos. Las células utilizan la cromatina como una forma de empaquetar y organizar su código genético. Sabiendo que las presiones físicas externas pueden afectar la forma en que maduran las células, mi laboratorio de investigación y yo queríamos explorar cómo las fuerzas mecánicas pueden reorganizar la cromatina y qué podría decirnos sobre cómo se desarrollan las células del corazón y, a veces, dejan de funcionar.

Para hacer esto, observamos las células cardíacas adultas a medida que se contraían bajo un microscopio para ver cómo cambiaba la forma de sus núcleos. Luego comparamos estas imágenes con los núcleos de las células cardíacas embrionarias, ya que normalmente cambian durante el desarrollo temprano. Encontramos que las áreas en el núcleo con alta tensión tendían a organizar la cromatina en formas específicas conocidas por influir en el comportamiento celular. Cuando cambiamos la tensión en esas áreas del núcleo, pudimos evitar que las células se convirtieran en células cardíacas normales. Esto significaba que la tensión puede desempeñar un papel clave en la orientación de las células cardíacas sobre cómo desarrollarse.

Luego examinamos cómo el estrés mecánico cambiaba la estructura de la cromatina de las células cardíacas de pacientes con enfermedades cardiovasculares y ratones con un rendimiento cardíaco reducido. En comparación con las células sanas, las células cardíacas de pacientes y ratones perdieron su organización e identidad de cromatina como células cardíacas. Esto significaba que la tensión mecánica podría influir en el funcionamiento de las células maduras y su probabilidad de convertirse en una enfermedad cardiovascular.

Las fuerzas mecánicas son importantes en medicina

Mientras que nuestro estudio explora el papel que juega la reorganización cromática en el desarrollo temprano, se necesita investigación adicional para comprender exactamente qué desencadena que las células se conviertan en tipos de células específicos. Una mayor comprensión de cómo el entorno mecánico que rodea a una célula afecta la forma en que madura ayudará a los investigadores a comprender mejor el proceso de desarrollo humano.

Comprender qué desencadena una colección de células para la transición a un órgano completamente funcional también puede ayudar a los investigadores aprenda a imitar estos procesos de desarrollo y cree nuevos dispositivos protésicos. Por ejemplo, tener en cuenta las fuerzas mecánicas que afectan el funcionamiento de los injertos de tejido para corazones y músculos defectuosos puede ayudar a los ingenieros biomédicos a diseñar implantes artificiales aún más efectivos. También puede sentar las bases para más modelos de órganos en chips que se pueden usar en lugar de animales para detectar posibles fármacos.

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La investigación de la deformación nuclear podría hacer avanzar la ingeniería de tejidos artificiales Información de la revista: Nature Biomedical Engineering

Proporcionado por The Conversation

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Cita: Las fuerzas mecánicas en un corazón que late afectan el ADN de sus células, con implicaciones para el desarrollo y la enfermedad (22 de diciembre de 2021) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/ news/2021-12-medical-heart-afect-cells-dna.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.