La migración celular colectiva describe los movimientos de un grupo de células y la aparición de un comportamiento colectivo a partir de las interacciones célula-entorno y la comunicación célula-célula. La migración celular colectiva es un proceso esencial en la vida de los organismos multicelulares , por ejemplo, el desarrollo embrionario , la cicatrización de heridas y la propagación del cáncer ( metástasis ). [1] Las células pueden migrar como un grupo cohesivo (por ejemplo, células epiteliales ) o tener sitios de adhesión célula-célula transitorios (por ejemplo, células mesenquimales ). [2] También pueden migrar en diferentes modos como hojas, hebras, tubos y grupos. [3] MientrasLa migración unicelular se ha estudiado extensamente, la migración celular colectiva es un campo relativamente nuevo con aplicaciones en la prevención de defectos de nacimiento o disfunción de los embriones. Puede mejorar el tratamiento del cáncer al permitir que los médicos eviten que los tumores se propaguen y formen nuevos tumores.
Interacciones entre la célula y el medio ambiente
El entorno de la célula migratoria puede afectar su velocidad, persistencia y dirección de migración estimulándola. La matriz extracelular (MEC) proporciona no solo el soporte estructural y bioquímico, sino que también juega un papel importante en la regulación del comportamiento celular. Diferentes proteínas ECM (como colágeno , elastina , fibronectina , laminina y otras) permiten que las células se adhieran y migren, mientras forman adherencias focales en el frente y las desmontan en la parte posterior. Usando estos sitios de adhesión, las células también detectan las propiedades mecánicas del ECM. Las células pueden ser guiadas por un gradiente de esas proteínas ( haptotaxis ) o un gradiente de sustratos solubles en la fase líquida que rodea a la célula ( quimiotaxis ). Las células detectan el sustrato a través de sus receptores y migran hacia la concentración (o en la dirección opuesta). Otra forma de estimulación pueden ser los gradientes de rigidez del ECM ( durotaxis ). [ cita requerida ]
Confinamiento
Migración celular colectiva se ve reforzada por confinamiento geométrico de una matriz extracelular molécula (por ejemplo, los proteoglicanos versicano en neural de la cresta de las células), que actúa como una barrera, para promover la aparición de la migración organizada en corrientes separadas. El confinamiento también se observa in vivo , donde el ancho óptimo es una función del número de células migratorias en diferentes corrientes de diferentes especies . [4]
Comunicación célula-célula
La célula aislada que migra responde a las señales de su entorno y cambia su comportamiento en consecuencia. Como la comunicación célula-célula no juega un papel importante en este caso, se observan trayectorias similares en diferentes células aisladas. Sin embargo, cuando la célula migra como parte del colectivo, no solo responde a su entorno, sino que también interactúa con otras células a través de sustratos solubles y contacto físico. Estos mecanismos de comunicación célula-célula son las principales razones de la diferencia entre la migración eficiente del colectivo y los movimientos de caminata aleatorios de la célula aislada. Los mecanismos de comunicación célula-célula se estudian ampliamente de forma experimental ( in vivo e in vitro ), [5] y computacionalmente ( in silico ). [6]
Co-atracción
La coatracción entre células que migran colectivamente es el proceso mediante el cual las células del mismo tipo secretan un quimioatrayente (p. Ej., C3a en las células de la cresta neural), que estimula a otras células del grupo que tienen receptores para ese quimioatrayente. Las células detectan el sustrato secretado y responden a la estimulación moviéndose unas hacia otras y manteniendo una alta densidad celular. [7] [8]
Inhibición de la locomoción por contacto
La inhibición por contacto de la locomoción (CIL) es un proceso en el que la célula cambia su dirección de movimiento después de chocar con otra célula. Esas células pueden ser del mismo tipo de célula o de diferentes tipos. Los contactos ( uniones celulares ) son creados por glicoproteínas transmembrana llamadas cadherinas ( E-cadherina , N-cadherina o cadherina 11 ) y otras proteínas . Después del contacto célula-célula, se inhiben las protuberancias de las células en la dirección del contacto. En el proceso CIL, las células migran alejándose unas de otras al repolarizarse en la nueva dirección, de modo que se forman nuevas protuberancias en el frente mientras que las contracciones tiran de la parte posterior del contacto. [ cita requerida ]
- La inhibición por contacto de la proliferación (CIP) es la inhibición de la división celular con un porcentaje creciente de confluencia. CIP y CIL son dos procesos diferentes, que a veces se interrelacionan por error. [9]
Ejemplos de sistemas estudiados
La migración celular colectiva se estudia en muchas especies modelo.
Células fronterizas en moscas ( Drosophila melanogaster ): las células fronterizas migran durante la diferenciación de los óvulos para estar listas para la fertilización. [10]
La línea lateral en el pez cebra : la migración celular colectiva de la cabeza a la cola es esencial para el desarrollo del sistema sensorial del pez. Los sensores de la línea lateral miden el flujo sobre la superficie corporal del pez. [11]
Cicatrización de heridas : la migración celular colectiva es una parte esencial en este proceso de curación, el área de la herida está cerrada por las células migratorias. [12] [13] La cicatrización de heridas se estudia comúnmente in vitro utilizando líneas celulares como las células Madin-Darby Canine Kidney .
Células de la cresta neural en ratones , [14] polluelos Leghorn , [15] anfibios ( Xenopus laevis ), [16] y peces [17] ( pez cebra ): la migración colectiva de las células de la cresta neural ocurre durante el desarrollo embrionario de los vertebrados. Migran largas distancias desde la cabeza ( tubo neural ) para dar lugar a diferentes tejidos. [18]
Propagación del cáncer ( metástasis ): una complicación común del cáncer implica la formación de nuevos tumores (tumores secundarios), como resultado de la migración de células cancerosas desde el tumor primario. De manera similar a la migración celular colectiva en el desarrollo y la curación de heridas, las células cancerosas también experimentan una transición epitelial a mesenquimatosa (EMT), que reduce las adherencias entre células y permite la propagación del cáncer. [19]
Modelos matemáticos
Hay varios modelos matemáticos que describen el movimiento celular colectivo. Normalmente, se resuelve una ecuación de movimiento newtoniana para un sistema de células. [20] Varias fuerzas actúan sobre cada célula individual, ejemplos son la fricción (entre el medio ambiente y otras células), la quimiotaxis y la autopropulsión . Esto último implica que las células son materia activa lejos del equilibrio térmico que pueden generar fuerza debido al movimiento contráctil de miosina-actina. Una descripción general de la descripción física de la migración de células colectivas [21] explica que se pueden utilizar los siguientes tipos de modelos:
- Modelos de celosía
- Modelos similares a la dinámica de partículas disipativas que resuelven la ecuación de movimiento de Newton con fuerzas disipativas y aleatorias
- Modelos en los que las células representan regiones de Voronoi y se utiliza un potencial efectivo (basado en gráficos de Voronoi) para el tejido.
- Modelos continuos, por ejemplo, con el uso de un campo de fase
Estos modelos matemáticos dan una idea de fenómenos complejos como el cáncer, la cicatrización de heridas [22] y los ectoplasmas .
Ver también
- Movimiento colectivo de bacterias
- Boids
- Comportamiento animal colectivo
- Movimiento colectivo
- Embriogénesis
Referencias
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enlaces externos
- Métodos computacionales para cuantificar y modelar la migración celular colectiva
- Apuntando a objetivos móviles en la migración de células computacionales