Estudio del papel del citoesqueleto en las propiedades físicas y mecánicas de células cancerosas.
- Autores: Marina Pilar López Yubero
- Directores de la Tesis: Javier Tamayo de Miguel (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Oviedo ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Vélez Fraga (presid.), Maria Paz Fernandez Garcia (secret.), Núria Gavara Casas (voc.), Pedro José de Pablo Gómez (voc.), Marcos Malumbres (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RUO
- Resumen
En los últimos años, el estudio de las propiedades mecánicas de las células ha cobrado mayor importancia en el mundo científico. Dado que la célula es la unidad anatómica fundamental de los seres vivos, capaz de reagruparse en tejidos, y que a su vez se organizan en órganos, el estudio de sus características físicas parece clave para entender su biología y cómo se relaciona la célula con lo que le rodea.
Se han desarrollado numerosas técnicas físicas para el estudio de propiedades mecánicas de células animales y vegetales, siendo el Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM) una de las más utilizadas por su versatilidad.
En esta tesis, se ha empleado el AFM para estudiar las propiedades mecánicas de células humanas en cultivo en base a dos parámetros de sus propiedades: el módulo de elasticidad aparente, E0, y el exponente ß, relacionado con las propiedades viscoelásticas. Con estas dos medidas se puede realizar un fenotipado mecánico de células individuales que puede incluso ser usado como ensayo de efectos de fármacos.
Usando esta metodología, se han estudiado las líneas celulares de cáncer de mama MCF10-A (línea sana), MCF-7 (línea tumoral no metastática) y MDA-MB-231 (línea tumoral invasiva), logrando un fenotipado mecánico de las tres líneas.
Cuando una célula se vuelve tumoral, sufre cambios y reprogramaciones tanto en su metabolismo como en su cortex de actina. Para estudiar el papel del metabolismo y del citoesqueleto en la contribución a las propiedades mecánicas de estas líneas celulares hemos aplicado tres tratamientos a las células. En primer lugar, hemos desorganizado los filamentos de actina usando citocalasina D, en segundo lugar, hemos inhibido los motores moleculares de miosina-II con blebistatina y, finalmente, hemos impedido el correcto funcionamiento del metabolismo celular agotando el ATP disponible en el medio. Con esto hemos descubierto cómo las distintas células establecen sus características físicas de diferente manera según su malignidad y en función de su metabolismo.
Las células de mama sanas basan sus propiedades mecánicas en la polimerización de fibras de actina, gastando ATP. Las células metastáticas utilizan la actividad de los motores moleculares de miosina-II para mantener su rigidez y las células tumorales no invasivas muestran unas alteraciones metabólicas que les permiten mantener sus propiedades mecánicas intactas, incluso en ausencia casi total de energía en forma de ATP.
También hemos empleado esta técnica de AFM con tres líneas de cáncer de pulmón de células no pequeñas, o no microcíticos, (NSCLC). En las líneas celulares A549 y NCI-H226, las propiedades mecánicas de células individuales son similares, mientras que son muy diferentes a las de la línea celular NCI-H23. Estas tres líneas muestran diferentes mutaciones conductoras (driver), que son aquellas que le confieren a la célula una ventaja selectiva en su crecimiento. Entre éstas, las hay que afectan a dos conocidos genes relacionados con el cáncer: el oncogén KRAS y el gen supresor de tumores TP53. NCI-H226 es wild-type para ambos, NCI-H23 muestra mutaciones en ambos, y A549 tiene mutado KRAS.
Para saber si las alteraciones en estos dos genes afectan a las propiedades mecánicas de estas líneas celulares, hemos mutado KRAS con una sustitución G12V y hemos eliminado TP53 en líneas celulares salvajes para ambos. Así, cada línea actúa como control de sí misma.
Los resultados de AFM muestran que TP53 sí afecta a las propiedades mecánicas de las células investigadas, mientras que la mutación G12V en KRAS no lo hace. Así, se muestra que hay una conexión directa entre algunas alteraciones en rutas moleculares y las propiedades mecánicas de las células.
