De esquerda a dereita: Manuel Pájaro, Irene Otero, Carlos Vázquez e Antonio Alonso, autores do traballo sobre os procesos de decisión celular. Foto: ITMATI.
De esquerda a dereita: Manuel Pájaro, Irene Otero, Carlos Vázquez e Antonio Alonso, autores do traballo sobre os procesos de decisión celular. Foto: ITMATI.

Un modelo matemático de científicos galegos axuda a entender a decisión celular

Un traballo interdisciplinar do Instituto de Investigacións Mariñas de Vigo e a Universidade da Coruña bota luz sobre este proceso

As matemáticas aplicadas axudan cada vez máis a comprender o funcionamento dos organismos grazas ao manexo de enormes cantidades de datos e procesos. Un equipo de científicos galegos expón un novo exemplo nun artigo publicado na revista Nature Communications, que bota luz sobre os chamados procesos de decisión celular, aqueles nos que as células responden dun determinado xeito aos estímulos e sinais procedentes da súa contorna, cambiando de fenotipo, e por tanto “deciden” cal é o comportamento adecuado a cada situación. Os autores son un grupo interdisciplinar de investigadores galegos, formado por Manuel Pájaro, Irene Otero e Antonio A. Alonso, investigadores do IIM-CSIC de Vigo, e Carlos Vázquez, profesor da Universidade da Coruña e adscrito ao Instituto Tecnolóxico de Matemática Industrial (ITMATI) e o CITIC.

Tal e como explican os autores, un exemplo dos procesos de decisión célular paradigmáticos está nas chamadas células nai, células pluripotentes que se transforman, dependendo do tratamento aplicado, en diferentes tipos de células diferenciadas (óseas, epidérmicas, sanguíneas, etc). Outro exemplo é o do cambio de metabolismo en bacterias, que se activa como resposta a un cambio do substrato dispoñible. Por tanto, os procesos de decisión celular están involucrados en funcións imprescindibles nos seres vivos como a división celular, e aparecen relacionadas tamén con estados patolóxicos. Sabemos, por exemplo, que na progresión tumoral interveñen sucesivas mutacións, pero tamén “decisións celulares” ou cambios que non implican unha modificación na secuencia de ADN.

Os procesos de decisión celular están tamén implicados na progresión dos tumores

Entender como se producen estes procesos é unha cuestión fundamental en bioloxía. Os sinais tradúcense por medio de secuencias de reaccións bioquímicas que regulan a transcrición de ADN e a expresión de determinadas proteínas (estes distintos niveis de expresión das proteínas caracterizan os distintos fenotipos). Estas reaccións prodúcense en condicións de ruído molecular elevado, debido ao número tipicamente baixo de moléculas implicadas. Con todo, evidencias experimentais apuntan en moitos casos a un certo grao de “irreversibilidade” nestes procesos de decisión celular (o chamado fenómeno de histéresis). Teoricamente, esta irreversibilidade é incompatible coa existencia de ruído molecular.

Neste traballo, segundo describe o ITMATI, utilizáronse modelos matemáticos, baseados en ecuacións integro-diferenciais parciais, desenvoltos previamente para a simulación numérica eficiente de redes xenéticas estocásticas. No contexto de procesos de diferenciación celular, con axuda destas técnicas, o grupo de investigadores demostrou que a irreversibilidade observada é un fenómeno transitorio, o que explica a aparente contradición entre teoría e evidencia experimental. Isto ten importantes implicacións tanto a nivel teórico como práctico.

Por unha banda, os “aparentemente irreversibles” procesos de decisión celular interpretábanse ata o de agora como unha transición entre dous estados separados por unha barreira potencial. Este mecanismo operaría máis ou menos do mesmo xeito polo que un obxecto, situado sobre unha cima con dúas vertentes/ladeiras, poida descender por acción da gravidade por algunha das dúas vertentes cara aos seus respectivos vales-estados. A súa permanencia neles, así como o seu patrón de transición, dependerían da intensidade coa que un certo estímulo perturbe o obxecto. Neste traballo demóstrase que dita analoxía, con todo, tropeza a nivel microscópico coa ausencia dunha xeografía potencial con esas características. A esta escala, ambos os estados coexisten, o que fai que a célula poida manifestarse aleatoriamente en ambos.

A nivel práctico, este resultado cambia a maneira na que se viñan interpretando os resultados experimentais, e permite cuantificar a relación entre ruído molecular e o grao de reversibilidade ou irreversibilidade (transitoria) da decisión celular.


Referencia: Transient hysteresis and inherent stochasticity in gene regulatory networks (Publicado en Nature Communications).

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.