Un nanotubo de tunelización (TNT) o membrana de nanotubos es un término que se ha aplicado a los salientes que se extienden desde la membrana de plasma que permiten diferentes células animales a tocar a través de largas distancias, a veces más de 100 m entre las células T . [2] [3] [4] Dos tipos de estructuras se han denominado nanotubos. El primer tipo tiene menos de 0,7 micrómetros de diámetro, contiene actina y transporta porciones de membrana plasmática entre las células en ambas direcciones. El segundo tipo son más grandes (> 0,7 μm), contienen actina y microtúbulos y pueden transportar componentes del citoplasma.como vesículas y orgánulos entre células, [5] incluidas las mitocondrias completas . [6] El diámetro de los TNT varía de 50 a 200 nm y pueden alcanzar longitudes de varios diámetros de celda. [6] Estas estructuras pueden estar involucradas en la comunicación de célula a célula, [7] la transferencia de ácidos nucleicos entre células en un tejido , [8] y la propagación de patógenos o toxinas como el VIH [3] y priones . [9] Los TNT han observado tiempos de vida que van desde unos pocos minutos hasta varias horas, [10] y varias proteínas han sido implicadas en su formación o inhibición.
Historia
Los nanotubos de membrana se describieron por primera vez en un artículo de Cell de 1999 que examinaba el desarrollo de los discos imaginales del ala de Drosophila melanogaster . [11] Más recientemente, un artículo de Science publicado en 2004 describía estructuras que conectaban varios tipos de células inmunitarias, así como conexiones entre células en cultivo de tejidos . [6] [12] Desde estas publicaciones, se han registrado más estructuras similares a TNT, que contienen niveles variables de F-actina, microtúbulos y otros componentes, pero que permanecen relativamente homogéneos en términos de composición. [10]
Formación
Varios mecanismos pueden estar involucrados en la formación de nanotubos. Estos incluyen controles moleculares así como interacciones de célula a célula.
Se han propuesto dos mecanismos principales para la formación de TNT. El primero involucra protuberancias citoplasmáticas que se extienden de una célula a otra, donde se fusionan con la membrana de la célula objetivo. [6] La otra es que, a medida que dos células conectadas previamente se alejan una de la otra, los TNT permanecen como puentes entre las dos células. [3] [13]
Inducción
Se ha demostrado que algunas células dendríticas y monocitos THP-1 se conectan a través de nanotubos tunelizados y muestran evidencia de flujo de calcio cuando se exponen a estímulos bacterianos o mecánicos. Se ha demostrado que la señalización mediada por TNT produce una propagación en las células diana, similar a la lamelipodia que se produce cuando las células dendríticas se exponen a productos bacterianos. Los TNT demostrados en este estudio se propagaron a una velocidad inicial de 35 micrómetros / segundo y han demostrado conectar monocitos THP-1 con nanotubos de hasta 100 micrómetros de largo. [14]
Se ha observado la formación de citonemas hacia un gradiente de BnL-FGF , lo que sugiere que los controles quimiotácticos pueden inducir la formación de estructuras similares a TNT. [11] Un hallazgo de apoyo es que la exposición a la fosfatidilserina guió la formación de TNT de las células madre mesenquimales (MSC) a una población de células lesionadas. [15] Se ha demostrado que la proteína S100A4 y su receptor guían la dirección del crecimiento de TNT, ya que p53 activa la caspasa 3 para escindir S100A4 en la célula iniciadora, generando así un gradiente en el que la célula diana tiene mayores cantidades de proteína. [dieciséis]
Un estudio encontró que el contacto célula a célula era necesario para la formación de puentes de nanotubos entre células T . [3] La activación de p53 también se ha implicado como un mecanismo necesario para el desarrollo de TNT, ya que se descubrió que los genes descendentes regulados por p53 (a saber , EGFR , Akt , PI3K y mTOR ) participan en la formación de nanotubos después del peróxido de hidrógeno tratamiento e inanición de suero. [17] Se ha demostrado que la conexina-43 promueve la conexión entre las células estromales de la médula ósea (BMSC) y las células epiteliales alveolares , lo que lleva a la formación de nanotubos. [18]
También se demostró que el estrés celular por rotenona o TNF-α induce la formación de TNT entre las células epiteliales. [19] Se ha demostrado que la inflamación por lipopolisacáridos o interferón-γ aumenta la expresión de proteínas relacionadas con la formación de TNT. [20]
Inhibición
Las estructuras similares a TNT llamadas serpentinas no se formaron cuando se cultivaron con citocalasina D , un compuesto despolimerizante de actina F , [21] y un estudio separado utilizando citocalasina B encontró la formación de TNT impactada sin la destrucción de los TNT existentes. [22] Se descubrió que la latrunculina-B , otro compuesto despolimerizante de F-actina, bloquea completamente la formación de TNT. [6] El bloqueo de CD38 , que había sido implicado en la liberación de mitocondrias por los astrocitos , [23] también disminuyó significativamente la formación de TNT. [24]
Se sabe que TNFAIP2 , también llamado M-Sec, media la formación de TNT, y la eliminación de esta proteína por el ARNhc redujo el desarrollo de TNT en las células epiteliales en aproximadamente dos tercios. [20]
Papel en la transferencia mitocondrial
Se ha implicado a los nanotubos tunelizados como un mecanismo por el cual las mitocondrias completas se pueden transferir de una célula a otra. [6] El daño del ADN mitocondrial parece ser el principal desencadenante de la formación de TNT para el tráfico de mitocondrias completas, [25] aunque aún se desconoce el umbral exacto de daño necesario para inducir la formación de TNT. Se encontró que la velocidad máxima de las mitocondrias que viajan sobre los TNT es de aproximadamente 80 nm / s, menor que la velocidad medida de 100-1400 nm / s de transporte axonal de mitocondrias; esto podría deberse al diámetro más pequeño de los TNT que inhiben la migración mitocondrial. [26]
En un estudio, Ahmad et al . usó cuatro líneas de células madre mesenquimales, cada una de las cuales expresaba un fenotipo diferente de la Rho-GTPasa Miro1; un nivel más alto de Miro1 se asoció con una transferencia mitocondrial más eficiente a través de TNT. [19] Varios estudios han demostrado, a través del bloqueo selectivo de la formación de TNT, que los TNT son un mecanismo principal para el tráfico de mitocondrias completas entre células heterogéneas. [27] [28] [29]
Estructuras similares
Una estructura denominada citonema permite intercambios entre centros de señalización. Sin embargo, los cytonemes no siempre conectan dos células y pueden actuar únicamente como sensores ambientales. [21]
Los plasmodesmos se han identificado como canales funcionales que interconectan las células vegetales, [30] y los estrómulos interconectan los plastidios . [31]
Los miopodios son extensiones citoplásmicas ricas en actina que se han observado en embriones de Drosophila . Se han observado estructuras similares en modelos de ratón y Xenopus . [10] Se han observado protuberancias celulares que contienen actina denominadas "serpentinas" en células B cultivadas . [21]
El transporte vesicular en nanotubos de membrana se ha modelado utilizando un enfoque continuo. [32] Se ha investigado una variedad de nanotubos sintéticos, basados en el apilamiento de péptidos cíclicos y otras moléculas cíclicas. [33]
Ver también
- Actina
- Microtúbulos
- Cytoneme
- Plasmodesmata
- Estrómulas
- Lamelipodio
- Transferencia horizontal de mitocondrias
Referencias
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Otras lecturas
- Gurke S, Barroso JF, Gerdes HH (mayo de 2008). "El arte de la comunicación celular: los nanotubos de tunelización cierran la brecha" . Histoquímica y Biología Celular . 129 (5): 539–50. doi : 10.1007 / s00418-008-0412-0 . PMC 2323029 . PMID 18386044 .
- "Tunelización de nanotubos: red secreta de la vida" . Nuevo científico . Noviembre de 2008.
enlaces externos
- Hans-Hermann Gerdes Research Group : el laboratorio que observó por primera vez los nanotubos de membrana