You are here

    • You are here:
    • Home > When feeling the pinch, nuclei instigate cells to escape crowded spaces

When feeling the pinch, nuclei instigate cells to escape crowded spaces

NewsNEWS

16
Oct
Fri, 16/10/2020 - 09:09

When feeling the pinch, nuclei instigate cells to escape crowded spaces

EN ESPAÑOL | EN CATALÀ

The threat of serious deformation triggers a rapid escape reflex that enables cells to move away and squeeze out of tight spaces or crowded tissues.

In a new study published today in the journal Science, researchers reveal that squeezing a cell to the point where its nucleus starts to stretch triggers the activation of motor proteins which in turn transform the cell’s cytoskeleton so that it can flee a packed environment.

Each cell has a nucleus, and each nucleus has a membrane that separates the chromosomes from the rest of the cell. At a rest state, the nuclear membrane is saggy, akin to a loose shopping bag. Now researchers at the Centre for Genomic Regulation (CRG) and ICFO – The Institute of Photonic Sciences – have found that when the nuclear membrane is squeezed, the wrinkles on its surface iron themselves out, instigating a cascade of events that transform the cytoskeleton and eventually aid the cell in escaping its crowded environment.

“Our work represents a paradigm shift where the nucleus itself is not simply a static-container of genetic material but rather a dynamic sensor that cells can use to make sense of the environment around them,” says Valeria Venturini, a PhD student with dual affiliation at ICFO – The Institute of Photonic Sciences - and the CRG. “The intensity of nuclear stretching predicted the intensity of the response, shedding new light on this ‘fight or flight’ reflex at the single cell level. Understanding this ability to sense deformation, measure it and react accordingly may have important implications in understanding processes like cancer growth and homeostasis.”

It is the first time researchers have been able to explain how single cells measure and respond to acute shape deformation, a real threat to their survival.

The reflex is activated in less than a minute, reversing when cells have escaped their packed environment.

“We are all familiar with the traditional senses of sight, hearing, smell, taste and touch, but we also depend on the lesser known ‘sixth sense’ – proprioception – our ability to perceive changes in our body posture and movement,” says Verena Ruprecht, Principal Investigator at the Centre for Genomic Regulation (CRG) and last author of the study. “It is remarkable that this sense also exists at the single cell level. Here we show for the first time that the nucleus helps cells measure changes to their shape and adjust their behaviour to mechanical challenges in variable tissue niches.”

The researchers used primary cells from the zebrafish embryo to study this cellular reflex. An accompanying study published today in the same issue of Science by researchers at the Institut Curie Paris (France), ETH Zurich (Switzerland), King’s College London (UK), and Children’s Cancer Research Institute Vienna (Austria) identified the same reflex in immune and cancer cells, suggesting it is conserved across species and in adulthood.

The human body is composed of trillions of cells which similarly require multiple sensations to fulfill their task in specific tissues. From a single cell’s perspective, its environment is a crowded place with many types of physical constraints and mechanical forces.

These conditions induce changes in cell shape that can threaten a tissue’s integrity. Cells need to be able to respond to these physical challenges during embryonic development and in adulthood, but how they measure their own shape and adapt their behavior to their surroundings has been an open question.

The study is a joint collaboration between the Centre for Genomic Regulation (CRG), ICFO - the Institute of Photonic Sciences, University of Applied Sciences Upper Austria (FH OÖ) and the Pompeu Fabra University (UPF).

ABOUT THE CRG

The Centre for Genomic Regulation (CRG) is an international biomedical research institute of excellence, based in Barcelona. The mission of the CRG is to discover and advance knowledge for the benefit of society, public health and economic prosperity. Its interdisciplinary scientific team (over 400 scientists) is focused on understanding the complexity of life from the genome to the cell to a whole organism and its interaction with the environment. The CRG is part of The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) and it is a CERCA centre from the Government of Catalonia.


EN ESPAÑOL

Al sentir un pellizco, los núcleos instigan a las células a escapar de los espacios abarrotados

La amenaza de una deformación grave desencadena un reflejo de escape rápido que permite que las células se alejen y salgan de espacios reducidos o tejidos abarrotados.

En un nuevo estudio publicado hoy en la revista Science, un equipo científico del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) revelan que apretar una célula hasta el punto en que su núcleo comienza a estirarse desencadena la activación de proteínas motoras que a su vez transforman el citoesqueleto de la célula para que pueda huir de un entorno abarrotado.

Cada célula tiene un núcleo y cada núcleo tiene una membrana que separa los cromosomas del resto de la célula. En estado de reposo, la membrana nuclear está flácida, semblante a una bolsa de compras suelta. Ahora un equipo científico ha descubierto que apretando la membrana nuclear alisa las arrugas de su superficie, desencadenando una serie de eventos que transforman el citoesqueleto y, finalmente, ayudan a la célula a escapar de su entorno abarrotado.

“Nuestro trabajo representa un cambio de paradigma en el que el núcleo en sí no es simplemente un contenedor estático de material genético, sino más bien un sensor dinámico que las células pueden usar para dar sentido al entorno que las rodea”, dice Valeria Venturini, estudiante de doctorado con afiliación dual en el ICFO y el CRG. “La intensidad del estiramiento nuclear predije la intensidad de la respuesta, arrojando nueva luz sobre esta reacción de 'lucha o huida' a nivel de una sola célula. Que las células tengan la capacidad para detectar deformaciones y reaccionar en consecuencia puede tener implicaciones importantes para comprender procesos como el cáncer y la homeostasis de tejidos".

Es la primera vez que científicos han podido explicar cómo las células individuales miden y responden a la deformación aguda de la forma, una amenaza real para su supervivencia. El reflejo se activa en menos de un minuto y se invierte cuando las células han escapado de su entorno lleno.

"Todos estamos familiarizados con los sentidos tradicionales de la vista, el oído, el olfato, el gusto y el tacto, pero también dependemos de un 'sexto sentido' menos conocido, la propiocepción, que es nuestra capacidad para percibir cambios en la postura y el movimiento de nuestro cuerpo", dice Verena Ruprecht, investigadora principal del Centro de Regulación Genómica (CRG) y última autora del estudio. “Es relevante que este sentido también exista a nivel de una sola célula. Aquí mostramos por primera vez que el núcleo ayuda a las células a medir los cambios en su forma y ajustar su comportamiento a los desafíos mecánicos en nichos de tejido variables”.

Los investigadores utilizaron células primarias del embrión de pez cebra para estudiar este reflejo celular. Un estudio complementario publicado hoy en la misma edición de Science por investigadores del Institut Curie Paris (Francia), ETH Zurich (Suiza), King's College London (Reino Unido) y Children's Cancer Research Institute Vienna (Austria) identificó el mismo reflejo en el sistema inmunológico y las células cancerosas, lo que sugiere que se conserva en todas las especies y en la edad adulta.

El cuerpo humano está compuesto por billones de células que igualmente requieren múltiples sensaciones para cumplir su función en tejidos específicos. Desde la perspectiva de una sola célula, su entorno es un lugar abarrotado con muchos tipos de limitaciones físicas y fuerzas mecánicas.

Estas condiciones inducen cambios en la forma celular que pueden amenazar la integridad de un tejido. Las células necesitan poder responder a estos desafíos físicos durante el desarrollo embrionario y en la edad adulta, pero cómo miden su propia forma y adaptan su comportamiento a su entorno ha sido una pregunta abierta.

El estudio es una colaboración conjunta entre el Centro de Regulación Genómica (CRG), el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), Universidad de Ciencias Aplicadas de Alta Austria (FH OÖ) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF).

SOBRE EL CRG

El Centro de Regulación Genómica (CRG) es un centro internacional de investigación biomédica de excelencia, ubicado en Barcelona. Su misión es descubrir y promover el conocimiento en beneficio de la sociedad, la salud pública y la prosperidad económica. Su equipo científico interdisciplinar (de más de 400 miembros) está centrado en comprender la complejidad de la vida, desde el genoma hasta la célula y un organismo completo, y su interacción con el entorno. El CRG forma parte de The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) y es un centro CERCA de la Generalitat de Catalunya.


EN CATALÀ

En sentir un pessic, els nuclis instiguen les cèl·lules a escapar dels espais atapeïts

L’amenaça d’una deformació greu desencadena un reflex d’escapament ràpid que permet que les cèl·lules s’allunyin i surtin d’espais reduïts o teixits atapeïts.

Un nou estudi publicat avui a la revista Science per un equip científic del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) revela que estrènyer una cèl·lula fins que el seu nucli comença a estirar-se, desencadena l’activació de proteïnes motores que transformen el citoesquelet de la cèl·lula perquè pugui fugir d’un entorn atapeït.

Cada cèl·lula té un nucli i cada nucli té una membrana que separa els cromosomes de la resta de la cèl·lula. En estat de repòs, la membrana nuclear està flàccida, com una bossa de plàstic mig buida. Aquest estudi ha descobert que estrenyent la membrana nuclear s’allisen les arrugues de la seva superfície, desencadenant una sèrie d’esdeveniments que transformen el citoesquelet i, finalment, ajuden a la cèl·lula a fugir del seu entorn atapeït.

“La nostra feina representa un canvi de paradigma on el nucli cel·lular en si no és simplement un contenidor estàtic de material genètic, sinó més bé un sensor dinàmic que les cèl·lules poden fer servir per donar sentit a l‘entorn que les envolta”, diu Valeria Venturini, estudiant de doctorat amb afiliació dual a l’ICFO i el CRG. “La intensitat de l’estirament nuclear prediu la intensitat de la resposta i dóna noves pistes sobre aquesta reacció de 'lluita o fugida' a escala d’una sola cèl·lula. Que les cèl·lules tinguin la capacitat de detectar deformacions i reaccionar en conseqüència pot tenir implicacions importants per comprendre processos com el càncer i l’homeòstasi de teixits".

És el primer cop que s’explica com les cèl·lules individuals mesuren i responen a la deformació aguda de la forma, una amenaça real per a la seva supervivència. El reflex s’activa en menys d’un minut i s’inverteix quan les cèl·lules han escapat del seu entorn atapeït.

"Tots estem familiaritzats amb els sentits tradicionals de la vista, l’oïda, l’olfacte, el gust i el tacte, però també depenem d’un 'sisè sentit' menys conegut, la propiocepció, que és la nostra capacitat de percebre canvis en la postura i el moviment del nostre cos", diu Verena Ruprecht, investigadora principal del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i última autora de l’estudi. “És rellevant que aquest sentit també existeixi a escala d’una sola cèl·lula. Aquí mostrem per primer cop que el nucli ajuda a les cèl·lules a mesurar els canvis en la seva forma i a ajustar el seu comportament als desafiaments mecànics en nínxols de teixits variables”.

L’equip científic va fer servir cèl·lules primàries de l’embrió de peix zebra per estudiar aquest reflex cel·lular. Un estudi complementari publicat avui a la mateixa edició de Science per equips científics de l’Institut Curie (França), ETH Zurich (Suïssa), King's College London (Regne Unit) i Children's Cancer Research Institute Vienna (Àustria) va identificar el mateix reflex al sistema immunològic i cèl·lules canceroses, i això suggereix que es conserva a totes les espècies i a l’edat adulta.

El cos humà està format per bilions de cèl·lules que requereixen múltiples sensacions per fer la seva funció a teixits específics. Des de la perspectiva d’una sola cèl·lula, el seu entorn és un lloc atapeït amb moltes limitacions físiques i forces mecàniques.

Aquestes condicions provoquen canvis en la forma cel·lular que poden amenaçar la integritat d’un teixit. Les cèl·lules necessiten poder respondre a aquests desafiaments físics durant el desenvolupament embrionari i a l’edat adulta, però la manera en què mesuren la seva forma i adapten el seu comportament a l’entorn ha estat una pregunta oberta.

L’estudi és una col·laboració entre el Centre de Regulació Genòmica (CRG), l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), la Universitat de Ciències Aplicades d’Alta Àustria (FH OÖ) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF).

SOBRE EL CRG

El Centre de Regulació Genòmica (CRG) és un institut internacional de recerca biomèdica d’excel·lència, ubicat a Barcelona. La seva missió és descobrir i promoure el coneixement en benefici de la societat, la salut pública i la prosperitat econòmica. El seu equip científic interdisciplinari (de més de 400 membres) se centra en comprendre la complexitat de la vida, des del genoma fins a la cèl·lula i un organisme complet, i la seva interacció amb l’entorn. El CRG forma part de The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) i és un centre CERCA de la Generalitat de Catalunya.