En un espectacular e innovador estudio de investigación básica, un equipo multidisciplinar de la Universidad de Ginebra (Suiza) ha conseguido, por primera vez, reconstruir una película del ensamblaje del centriolo humano; esto es, una de las estructuras esenciales que constituyen nuestras células.
Para ello, este equipo ha utilizado microscopía de expansión de ultraestructura de superresolución. Los pormenores de esta investigación básica aparecen en un estudio que difunde Cell.
Es bien sabido que en el interior de las células hay diversas estructuras especializadas, entre ellas el núcleo, las mitocondrias o los peroxisomas, conocidas como orgánulos. Rastrear su génesis y determinar su estructura es fundamental para comprender la función celular y las patologías relacionadas con su disfunción.
Ahora, estos científicos han combinado microscopía de alta resolución y técnicas de reconstrucción cinemática para visualizar, en movimiento, la génesis del centriolo humano. Este orgánulo, esencial para la organización del esqueleto celular, se asocia, en caso de disfunción, a determinados cánceres, trastornos cerebrales o enfermedades de la retina.
Para estos biólogos moleculares y celulares, la reconstrucción del conjunto de su arquitectura “no sólo profundiza nuestra comprensión de la formación de los centriolos, sino que también allana el camino para un examen más matizado de las funciones de las proteínas dentro de esta intrincada estructura. Los principios establecidos a través de este estudio ofrecen conocimientos valiosos que pueden aplicarse a diversos sistemas modelo, contribuyendo en última instancia a una comprensión más amplia de la biología de los centriolos”.
A renglón seguido, subrayan que, “a medida que desentrañamos las complejidades del ensamblaje de centriolos, abrimos puertas a nuevas vías de investigación que pueden ser la clave para desbloquear implicaciones más amplias en la organización y función celular”.
La génesis de los orgánulos se produce según una secuencia precisa de eventos sucesivos de reclutamiento de proteínas. La visualización de este ensamblaje en tiempo real proporciona una mejor comprensión del papel de estas proteínas en la estructura o función de los orgánulos. Sin embargo, la obtención de una secuencia de vídeo con resolución suficiente para distinguir componentes microscópicos tan complejos se enfrenta a una serie de limitaciones técnicas.
Esto es particularmente cierto en el caso del centriolo. Este orgánulo, que mide menos de 500 nanómetros (media milésima de milímetro), consta de alrededor de un centenar de proteínas diferentes, organizadas en seis dominios subestructurales.
Hasta hace unos años, era imposible visualizar en detalle la estructura del centriolo. El laboratorio de Paul Guichard y Virginie Hamel, codirectores de investigación, ha cambiado esta situación utilizando la técnica de la microscopía de expansión.
Esta técnica puntera permite inflar progresivamente las células y sus constituyentes sin deformarlas, para luego poder observarlas -mediante microscopios convencionales- con altísima resolución.
La obtención de imágenes del centiolo con tan alta resolución proporciona la situación exacta de las proteínas en un momento dado, pero no información sobre el orden de aparición de los dominios subestructurales o de las proteínas individuales.
Marine Laporte, primera autora del estudio, utilizó microscopía de expansión para analizar la situación de 24 proteínas en los seis dominios, en más de 1.000 centriolos en diferentes etapas de crecimiento.
»Este trabajo tan tedioso se siguió por una reconstrucción cinemática pseudotemporal. En otras palabras, pudimos volver a ordenar cronológicamente estas miles de imágenes tomadas al azar durante la biogénesis de los centriolos, para reconstruir las distintas etapas en la formación de las subestructuras de los centriolos, utilizando un análisis informático que desarrollamos», explica Hamel.
Este enfoque único, que combina la muy alta resolución de la microscopía de expansión y la reconstrucción cinemática, ha permitido a estos científicos modelar el primer ensamblaje 4D del centriolo humano.
«Nuestro trabajo no sólo profundizará en nuestra comprensión de la formación de centriolos, sino que también abrirá perspectivas increíbles en biología celular y molecular, ya que este método se puede aplicar a otras macromoléculas y estructuras celulares para estudiar su ensamblaje en el espacio y el tiempo», concluye Pablo Guichard.
Según especialistas del National Human Genome Research Institute de Estados Unidos, los centriolos son orgánulos tubulares (agrupados de dos en dos) que se encuentran normalmente en el centrosoma, un área del citoplasma cerca del núcleo.
Esta palabra se refiere a un tipo de orgánulo, tal como los lisosomas o el endosoma. En este centrosoma hay dos centriolos; esto es, estructuras compuestas de microtúbulos. Y estos centriolos son muy importantes para la división celular.
Así, cuando la célula va a empezar a dividirse, los centriolos viajan hacia polos opuestos del núcleo. En el momento en que los cromosomas se condensan para la mitosis, los centriolos ayudan a formar el huso mitótico.
A este huso mitótico se le van a unir los cromosomas, que se estirarán y repartirán equitativamente entre los dos polos de la célula.
Por lo tanto, los centriolos son esenciales para que se forme el huso mitótico, el cual permite la citocinesis. Pero hay que distinguirlo del centrosoma, que es un área de la célula al lado del núcleo donde permanecen los centriolos cuando la célula aún no ha entrado en mitosis.