Em formação

O que é uma pista mecânica?


Eu estava assistindo a uma palestra relacionada à neurogênese. Então, um professor estava fazendo uma pergunta relacionada a pistas bioquímicas e pistas mecânicas (relacionadas às vias de sinalização, eu acredito). A deixa, pelo que eu entendi, é um sinal, certo? A sugestão bioquímica é compreensível para mim.

Mas o que significa a sugestão mecânica?


Pressão mecânica, tensão, tensão ou distorção são pistas mecânicas. Em geral, as pistas detectadas pelos mecanorreceptores são pistas mecânicas!


Para onde vão as células: pistas mecânicas e químicas colaboram para orientá-las

As células vivas respondem a sinais bioquímicos movendo-se em direção àquelas em maior concentração, um processo cuidadosamente mapeado por biólogos nas últimas décadas. Mas as células também se movem em resposta a forças mecânicas, como colidir com outros objetos - embora os detalhes dessa ação tenham sido mal compreendidos. Agora, resultados de um novo estudo, publicado em 7 de novembro na revista PNAS, revelam que as células usam a mesma rede de moléculas para reagir a sinais químicos e mecânicos, permitindo que combinem sinais potencialmente conflitantes em um caminho unificado.

Como o movimento celular é crucial durante o desenvolvimento embrionário, metástase tumoral, cicatrização de feridas e resposta de células imunológicas a bactérias e vírus, as descobertas levam os cientistas um passo mais perto de compreender esses processos biológicos, dizem os pesquisadores.

“Na vida real, os sinais químicos não ocorrem isoladamente”, diz Peter Devreotes, Ph.D., o professor de embriologia Isaac Morris e Lucille Elizabeth Hay da Johns Hopkins. “Nossos experimentos ajudam a explicar como eles podem receber dicas direcionais de várias fontes e integrá-las para orientar seu movimento.”

A equipe de pesquisa da Devreotes baseou-se em seus estudos anteriores de movimento celular em resposta a sinais químicos, um processo chamado quimiotaxia. Trabalhando com a ameba unicelular Dictyostelium discoideum, que usa projeções em forma de dedo para se mover, a equipe examinou principalmente as ações de amebas flutuando livremente em frascos, mas Yulia Artemenko, Ph.D., uma ex-pós-doutoranda no laboratório de Devreotes, queria observar o processo nas células que aderem a uma superfície, como estariam em seu ambiente natural. Para o novo estudo, ela colocou alguns dos organismos em dois pratos e esperou que se fixassem na superfície. Então, ela adicionou uma sugestão química, cAMP, a um prato e o balançou suavemente para distribuir o sinal para o outro, ela não acrescentou nada, mas ainda o balançou como um controle.

Para sua surpresa, ela relata, a resposta das células em ambos os pratos foi idêntica. Depois de descartar possíveis erros, a equipe começou a suspeitar que as células na placa de controle estavam reagindo ao fluxo mecânico do fluido - chamado de tensão de cisalhamento - da mesma forma que normalmente respondem à sugestão química.

Para verificar essa hipótese, os pesquisadores submeteram as células a tensão de cisalhamento em uma câmara especial e procuraram respostas típicas de quimiotaxia. Especificamente, eles analisaram as propriedades mutáveis ​​de seis proteínas dentro das células usando um microscópio e descobriram que seguiram padrões de localização equivalentes aos das células que respondem a estímulos químicos. Em seguida, eles avaliaram bioquimicamente as atividades de outras quatro proteínas sabidamente ativas durante a quimiotaxia e obtiveram o mesmo resultado.

“As células têm cerca de 30 respostas diferentes a estímulos químicos e testamos mais de um terço delas”, diz Devreotes, diretor do Departamento de Biologia Celular da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Cada um parecia uma resposta a um sinal químico, mas na verdade era uma resposta a um sinal mecânico - neste caso, tensão de cisalhamento.”

Outra marca registrada da resposta celular às pistas químicas é que sua sensibilidade se repete em um ciclo: as pistas devem atingir um certo nível antes que o sistema responda, então ele responde em sua extensão máxima e então entra em um período sem resposta antes de poder responder novamente. Quando submetidas à tensão de cisalhamento, as células exibiram o mesmo comportamento, diz Devreotes. Além disso, se eles recebessem uma pista mecânica, eles não reagiriam às pistas químicas até que o período de não resposta expirasse.

Outros autores do relatório incluem Lucas Axiotakis Jr., Jane Borleis e Pablo Iglesias, da Universidade Johns Hopkins.

Este trabalho foi financiado por bolsas do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (R35 GM118177).


Para onde vão as células: pistas mecânicas e químicas colaboram para guiá-las

As células vivas respondem a sinais bioquímicos movendo-se em direção àquelas em maior concentração, um processo cuidadosamente mapeado por biólogos nas últimas décadas. Mas as células também se movem em resposta a forças mecânicas, como colidir com outros objetos - embora os detalhes dessa ação tenham sido mal compreendidos. Agora, resultados de um novo estudo, publicado em 7 de novembro na revista PNAS, revelam que as células usam a mesma rede de moléculas para reagir a sinais químicos e mecânicos, permitindo que combinem sinais potencialmente conflitantes em um caminho unificado.

Como o movimento celular é crucial durante o desenvolvimento embrionário, metástase tumoral, cicatrização de feridas e resposta de células imunológicas a bactérias e vírus, as descobertas levam os cientistas um passo mais perto de compreender esses processos biológicos, dizem os pesquisadores.

"Na vida real, os sinais químicos não ocorrem isoladamente", diz Peter Devreotes, Ph.D., o professor de embriologia Isaac Morris e Lucille Elizabeth Hay da Johns Hopkins. "Nossos experimentos ajudam a explicar como eles podem receber dicas direcionais de fontes múltiplas e integrá-las para guiar seu movimento."

A equipe de pesquisa da Devreotes baseou-se em seus estudos anteriores do movimento celular em resposta a sinais químicos, um processo chamado quimiotaxia. Trabalhando com a ameba unicelular Dictyostelium discoideum, que usa projeções em forma de dedo para se mover, a equipe examinou principalmente as ações de amebas flutuando livremente em frascos, mas Yulia Artemenko, Ph.D., uma ex-pós-doutoranda no laboratório de Devreotes, queria observar o processo nas células que aderem a uma superfície, como estariam em seu ambiente natural. Para o novo estudo, ela colocou alguns dos organismos em dois pratos e esperou que eles se fixassem na superfície. Então, ela adicionou uma sugestão química, cAMP, a um prato e o balançou suavemente para distribuir o sinal para o outro, ela não acrescentou nada, mas ainda o balançou como um controle.

Para sua surpresa, ela relata, a resposta das células em ambos os pratos foi idêntica. Depois de descartar possíveis erros, a equipe começou a suspeitar que as células na placa de controle estavam reagindo ao fluxo mecânico do fluido - chamado de tensão de cisalhamento - da mesma forma que normalmente respondem à sugestão química.

Para verificar essa hipótese, os pesquisadores submeteram as células a tensão de cisalhamento em uma câmara especial e procuraram respostas típicas de quimiotaxia. Especificamente, eles analisaram as propriedades mutáveis ​​de seis proteínas dentro das células usando um microscópio e descobriram que seguiram padrões de localização equivalentes aos das células que respondem a estímulos químicos. Em seguida, eles avaliaram bioquimicamente as atividades de outras quatro proteínas sabidamente ativas durante a quimiotaxia e obtiveram o mesmo resultado.

"As células têm cerca de 30 respostas diferentes a estímulos químicos e testamos mais de um terço delas", disse Devreotes, diretor do Departamento de Biologia Celular da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. "Cada um parecia uma resposta a um sinal químico, mas na verdade era uma resposta a um sinal mecânico - neste caso, tensão de cisalhamento."

Outra marca registrada da resposta celular às pistas químicas é que sua sensibilidade se repete em um ciclo: as pistas devem atingir um certo nível antes que o sistema responda, então ele responde em sua extensão máxima e então entra em um período sem resposta antes de poder responder novamente. Quando submetidas à tensão de cisalhamento, as células exibiram o mesmo comportamento, diz Devreotes. Além disso, se eles recebessem uma sugestão mecânica, eles não reagiriam às sugestões químicas até que o período de ausência de resposta expirasse.

Outros autores do relatório incluem Lucas Axiotakis Jr., Jane Borleis e Pablo Iglesias, da Universidade Johns Hopkins.

Este trabalho foi financiado por bolsas do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (R35 GM118177).

Isenção de responsabilidade: AAAS e EurekAlert! não são responsáveis ​​pela precisão dos comunicados à imprensa postados no EurekAlert! por instituições contribuintes ou para o uso de qualquer informação por meio do sistema EurekAlert.


Os pesquisadores descobrem que uma pista mecânica está na origem da decisão de morte celular

As instabilidades hidráulicas ditam os volumes das células germinativas e dos balões. Esquerda: imagem de dois balões conectados por um tubo central, qualquer novo ar que passar pelo tubo branco inflará o balão vermelho em vez do azul. À direita: imagem confocal de disco giratório de células germinativas de C. elegans interconectadas. Actina cortical [& hellip]

Em muitas espécies, incluindo humanos, as células responsáveis ​​pela reprodução, as células germinativas, são frequentemente altamente interconectadas e compartilham seu citoplasma. No nematóide hermafrodita Caenorhabditis elegans, até 500 células germinativas estão conectadas entre si na gônada, o tecido que produz óvulos e espermatozoides. Essas células são organizadas em torno de um corredor citoplasmático central & # 8220 & # 8221 e trocam material citoplasmático promovendo o crescimento celular e, finalmente, produzem oócitos prontos para serem fertilizados.

Em estudos anteriores, os pesquisadores descobriram que as gônadas de C. elegans geram mais células germinativas do que o necessário e que apenas metade delas cresce para se tornar oócitos, enquanto o restante encolhe e morre por apoptose fisiológica, uma morte celular programada que ocorre em organismos multicelulares. Agora, cientistas do Centro de Biotecnologia da TU Dresden (BIOTEC), do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética (MPI-CBG), do Cluster de Excelência em Física da Vida (PoL) da TU Dresden, do Instituto Max Planck para a Física de Sistemas Complexos (MPI-PKS), o Flatiron Institute, NY, e a University of California, Berkeley, encontraram evidências para responder à pergunta sobre o que desencadeia essa decisão do destino celular entre a vida e a morte na linha germinativa.

Estudos anteriores revelaram a base genética e os sinais bioquímicos que impulsionam a morte celular fisiológica, mas os mecanismos que selecionam e iniciam a apoptose em células germinativas individuais permaneceram obscuros. À medida que as células germinativas amadurecem ao longo da gônada do nematóide, elas primeiro crescem coletivamente em tamanho e volume de maneira homogênea. No estudo que acaba de ser publicado em Física da Natureza, os cientistas mostram que esse crescimento homogêneo muda repentinamente para um crescimento heterogêneo, onde algumas células ficam maiores e outras menores.

O pesquisador Nicolas Chartier, do grupo de Stephan Grill, e co-autor do estudo, explica, & # 8220Ao analisar precisamente os volumes de células germinativas e os fluxos de material citoplasmático em vermes vivos e ao desenvolver uma modelagem teórica, identificamos uma instabilidade hidráulica que amplifica pequenas diferenças de volume aleatório inicial, o que faz com que algumas células germinativas aumentem de volume às custas de outras que encolhem. É um fenômeno que pode ser comparado à instabilidade dos dois balões, bem conhecida dos físicos. Essa instabilidade surge ao soprar simultaneamente em dois balões de borracha na tentativa de inflá-los. Somente o balão maior será inflado, porque tem uma pressão interna mais baixa do que o menor e, portanto, é mais fácil de inflar. & # 8221

É o que está em jogo na seleção das células germinativas: tais diferenças de pressão tendem a desestabilizar a configuração simétrica com volumes iguais de células germinativas, as chamadas instabilidades hidráulicas, levando ao crescimento da célula germinativa maior em detrimento da menor . Ao reduzir artificialmente os volumes de células germinativas por meio de bombeamento termoviscoso (método FLUCS: fluxo citoplasmático induzido por luz focada), a equipe demonstrou que a redução nos volumes de células leva à sua extrusão e morte celular, indicando que uma vez que uma célula está abaixo de um tamanho crítico, a apoptose é induzida e a célula morre.

Usando imagens confocal, os pesquisadores puderam obter imagens de todo o organismo do verme vivo para receber uma imagem global e precisa dos volumes de todas as células da gônada, bem como a troca de fluidos entre as células. Stephan Grill, palestrante do Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) e supervisor do trabalho multidisciplinar, acrescenta: & # 8220 Essas descobertas são muito empolgantes porque revelam que a decisão de vida ou morte nas células é de natureza mecânica e relacionada a hidráulica de tecidos. Isso ajuda a entender como o organismo seleciona automaticamente uma célula que se tornará um ovo. Além disso, o estudo é outro exemplo da excelente cooperação entre biólogos, físicos e matemáticos em Dresden. & # 8221

Citação:
Os pesquisadores descobrem que uma pista mecânica está na origem da decisão de morte celular (2021, 31 de maio)
recuperado em 31 de maio de 2021
de https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, não
parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.


Conteúdo

Edição de fibroblastos

Os fibroblastos da pele são vitais para o desenvolvimento e reparo de feridas e são afetados por estímulos mecânicos como tensão, compressão e cisalhamento. Os fibroblastos sintetizam proteínas estruturais, algumas das quais são mecanossensíveis e fazem parte integrante da matriz extracelular (ECM) e. g colágeno tipos I, III, IV, V VI, elastina, lamina etc. Além das proteínas estruturais, os fibroblastos produzem Fator de Necrose Tumoral-alfa (TNF-α), Fator de Transformação-Crescimento-beta (TGF-β ) e metaloproteases de matriz que atuam no tecido na manutenção e remodelação do tecido. [3]

Edição de condrócitos

A cartilagem articular é o tecido conjuntivo que protege os ossos das articulações de suporte de carga, como joelho e ombro, fornecendo uma superfície lubrificada. Ele se deforma em resposta à carga compressiva, reduzindo assim o estresse nos ossos. [4] Essa responsividade mecânica da cartilagem articular é devido à sua natureza bifásica, ela contém as fases sólida e fluida. A fase fluida é composta por água - que contribui com 80% do peso úmido - e íons inorgânicos e. g íon sódio, íon cálcio e íon potássio. A fase sólida é composta por ECM poroso. Os proteoglicanos e os fluidos intersticiais interagem para dar força compressiva à cartilagem por meio de forças repulsivas eletrostáticas negativas. A diferença de concentração de íons entre a composição de íons extracelular e intracelular dos condrócitos resulta em pressão hidrostática. [5] Durante o desenvolvimento, o ambiente mecânico da junta determina a superfície e a topologia da junta. [6] Em adultos, carga mecânica moderada é necessária para manter a imobilização da cartilagem da articulação, levando à perda de proteoglicanos e atrofia da cartilagem, enquanto a carga mecânica excessiva resulta na degeneração da articulação. [7]

O núcleo também responde a sinais mecânicos que são retransmitidos da matriz extracelular através do citoesqueleto com a ajuda de proteínas associadas ao Nucleossqueleto e Citoesqueleto (LINC) como KASH e SUN. [8] Exemplos de efeito de respostas mecânicas no núcleo envolvem:

  • O desafio hiperosmótico resulta na condensação cromossômica e translocação e ativação da Ataxia Telangiectasia e Rad3-relacionados (ATR) para a região periférica nuclear, enquanto o alongamento mecânico devido ao desafio hipo-osmótico e compressão realoca e ativa cPLA2 para a membrana nuclear.
  • A alta tensão nuclear no Lamin A impede o acesso das quinases, suprimindo assim sua degradação etc. [9]

O embrião é formado por automontagem, por meio da qual as células se diferenciam em tecidos que desempenham funções especializadas. Anteriormente, acreditava-se que apenas os sinais químicos fornecem pistas que controlam mudanças espacialmente orientadas no crescimento celular, diferenciação e mudança de destino que medeiam os controles morfogenéticos. Isso se baseia na capacidade dos sinais químicos de induzir respostas bioquímicas, como a padronização de tecidos em células distantes. No entanto, agora se sabe que as forças mecânicas geradas dentro das células e tecidos fornecem sinais reguladores. [10]

Durante a divisão do oócito fertilizado, as células se agregam e a compactação entre as células aumenta com a ajuda de forças de tração do citoesqueleto dependentes da actomiosina e sua aplicação a receptores adesivos em células vizinhas, levando à formação de bolas sólidas chamadas de mórula. [11] O posicionamento do fuso dentro de células que se dividem simétrica e assimetricamente no embrião inicial é controlado por forças mecânicas mediadas por microtúbulos e sistema de microfilamento de actina. [12] A variação local em forças físicas e pistas mecânicas, como rigidez da MEC, também controlam a expressão de genes que dão origem ao processo de desenvolvimento embrionário de blastulação. A perda do fator de transcrição controlado por rigidez Cdx leva à expressão ectópica de marcadores de massa celular interna no trofectoderma, e o fator de transcrição pluripotente Oct-4 pode ser expresso negativamente, induzindo assim a troca de linhagem. Essa mudança de destino celular é regulada pela via do hipopótamo mecanossensível [13]

A eficácia de muitas das terapias mecânicas já em uso clínico mostra como as forças físicas podem ser importantes no controle fisiológico. Vários exemplos ilustram esse ponto. O surfactante pulmonar promove o desenvolvimento pulmonar em bebês prematuros, modificando os volumes correntes dos ventiladores mecânicos, reduzindo a morbidade e a morte em pacientes com lesão pulmonar aguda. Os stents expansíveis previnem fisicamente a constrição da artéria coronária. Os expansores de tecido aumentam a área de pele disponível para cirurgia reconstrutiva. [14] Dispositivos de aplicação de tensão cirúrgica são usados ​​para cura de fratura óssea, ortodontia, expansão cosmética da mama e fechamento de feridas que não cicatrizam. [ citação necessária ]

Os insights sobre a base mecânica da regulação do tecido também podem levar ao desenvolvimento de dispositivos médicos, biomateriais e tecidos projetados para reparo e reconstrução de tecidos aprimorados. [15]

Contribuintes conhecidos para a mecanotransdução celular são uma lista crescente e incluem canais iônicos ativados por estiramento, caveolae, integrinas, caderinas, receptores de fator de crescimento, motores de miosina, filamentos do citoesqueleto, núcleos, matriz extracelular e numerosas outras moléculas de sinalização. As forças de tração geradas por células endógenas também contribuem significativamente para essas respostas, modulando o pré-esforço tensional dentro das células, tecidos e órgãos que governam sua estabilidade mecânica, bem como a transmissão de sinais mecânicos da macro para a nanoescala. [16] [17]


Informação sobre o autor

Endereço atual: Laboratório de Sinalização Metabólica, Instituto de Bioengenharia, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne, Suíça

Endereço atual: Max-Delbrück-Centrum for Molecular Medicine in Hemholtz Association, Berlim, Alemanha

Eleonora Ingallina e Giovanni Sorrentino contribuíram igualmente para este trabalho.

Afiliações

Laboratorio Nazionale CIB, Area Science Park Padriciano, Trieste, Itália

Eleonora Ingallina, Giovanni Sorrentino, Rebecca Bertolio, Kamil Lisek, Alessandro Zannini, Fiamma Mantovani e Giannino Del Sal

Dipartimento di Scienze della Vita, Università degli Studi di Trieste, Trieste, Itália

Rebecca Bertolio, Alessandro Zannini, Luisa Ulloa Severino, Denis Scaini, Fiamma Mantovani e Giannino Del Sal

Departamento de Medicina Molecular, Escola de Medicina, Universidade de Padova, Padova, Itália

Luca Azzolin e Stefano Piccolo

Laboratório de NanoInovação em Elettra-Sincrotrone Trieste, Basovizza, Trieste, Itália

Luisa Ulloa Severino e Denis Scaini

Centro de Neurociências e Biologia Celular, Universidade de Coimbra, Coimbra, Portugal

Centro Internacional de Engenharia Genética e Biotecnologia, Trieste, Itália

Veneto Institute of Oncology IOV-IRCCS, Padova, Itália

Departamento de Ciências da Vida, Universidade de Modena e Reggio Emilia, Modena, Itália

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode pesquisar este autor no PubMed Google Scholar

Contribuições

E.I., G.S., K.L., R.B., A.Z. e L.A. realizaram os experimentos. A.R. realizaram experimentos com ratos. MILÍMETROS. realizou a triagem de alto conteúdo. S.B. realizou análises de bioinformática. D.S. e L.U.S. realizaram experimentos AFM. G.S., E.I. e G.D.S. experimentos projetados. G.S., F.M., S.P. e G.D.S. escreveu o manuscrito.

Autor correspondente


O Cue Mecânico Está na Origem da Escolha da Perda de Vida das Células

Em muitas espécies junto com as pessoas, as células responsáveis ​​pela réplica, as células germinativas, às vezes são extremamente interconectadas e compartilham seu citoplasma. Dentro do nematóide hermafrodita Caenorhabditis Elegans, até 500 células germinativas estão ligadas umas às outras dentro da gônada, o tecido que produz óvulos e espermatozoides. Essas células são organizadas em torno de um “hall” citoplasmático central e mudam os materiais citoplasmáticos promovendo o progresso celular e, finalmente, produzem oócitos que podem ser fertilizados.

Em pesquisas anteriores, os pesquisadores descobriram que C. elegans as gônadas geram células germinativas extras do que o desejado e que apenas metade delas se desenvolve para se transformar em oócitos, enquanto o restante encolhe e morre por apoptose fisiológica, uma perda de vida celular programada que ocorre em organismos multicelulares. Agora, cientistas do Centro de Biotecnologia da TU Dresden (BIOTEC), do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Molecular e Genética (MPI-CBG), do Cluster de Física de Excelência da Vida (PoL) na TU Dresden, do Instituto Max Planck para a Physics of Complicated Techniques (MPI-PKS), o Flatiron Institute, de NY, e o College of California, Berkeley, descobriram provas para responder à indagação sobre o que desencadeia a escolha do destino dessa célula entre a vida e a perda de vidas dentro da linha germinativa.

As instabilidades hidráulicas ditam os volumes das células germinativas e dos balões Esquerda: Imagem de dois balões ligados por meio de um tubo central, qualquer novo ar que venha pelo tubo branco inflará o balão carmesim ligeiramente do que o azul. Própria: imagem confocal de disco giratório de células germinativas de C. elegans interconectadas. A actina cortical exibindo o córtex celular é marcada em magenta e miosina, delineando as aberturas das células germinativas por meio das quais cada célula altera os materiais citoplasmáticos, é marcada como inexperiente. Pontuação de crédito: TU Dresden

Pesquisas anteriores revelaram a base genética e os indicadores bioquímicos que impulsionam a perda de vida das células fisiológicas; no entanto, os mecanismos que escolhem e provocam a apoptose em células germinativas de uma pessoa em particular permaneceram obscuros. À medida que as células germinativas amadurecem ao lado da gônada do nematóide, elas primeiro se desenvolvem coletivamente em dimensão e quantidade homogeneamente. Na pesquisa impressa simplesmente na Nature Physics, os cientistas apresentam que esse progresso homogêneo muda repentinamente para um progresso heterogêneo onde algumas células se tornam maiores e algumas células se tornam menores.

O pesquisador Nicolas Chartier dentro do grupo de Stephan Grill, e co-criador da pesquisa, explica: “Analisando exatamente os volumes de células germinativas e fluxos de materiais citoplasmáticos em vermes residentes e criando modelagem teórica, agora reconhecemos uma instabilidade hidráulica que amplifica pequenas variações de quantidade aleatória preliminar, o que faz com que algumas células germinativas se estendam em quantidade às custas de outras que encolhem. É um fenômeno, que pode ser comparado à instabilidade dos dois balões, bem conhecida dos físicos. Essa instabilidade surge ao soprar simultaneamente em dois balões de borracha tentando inflá-los cada um. Somente o balão maior irá inflar, pois tem uma diminuição da tensão interna do que o menor, e por isso é mais simples de inflar. ”

É isso que está em jogo na escolha das células germinativas: tais variações de estresse podem desestabilizar a configuração simétrica com volumes iguais de células germinativas, as chamadas instabilidades hidráulicas, resultando na expansão da célula germinativa maior à custa do menor. Ao reduzir artificialmente os volumes de células germinativas por meio de bombeamento termoviscoso (metodologia FLUCS: fluxo citoplasmático induzido por luz focada), a força de trabalho demonstrou que o desconto nos volumes de células resulta em sua extrusão e perda de vida celular, indicando que quando uma célula está abaixo uma dimensão essencial, a apoptose é induzida e a célula morre.

Por meio de imagens confocais, os pesquisadores podem imaginar o organismo completo do verme residente para obter uma imagem mundial e exata dos volumes de todas as células da gônada, além da troca de fluidos entre as células. Stephan Grill, palestrante do Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) e supervisor do trabalho multidisciplinar, afirma: “Essas descobertas são muito emocionantes, pois revelam que a vida e a perda de vida nas células são de natureza mecânica e associada à hidráulica tecidual. Ajuda saber como o organismo seleciona automaticamente uma célula que pode se transformar em um ovo. Além disso, a pesquisa é outro exemplo da excelente cooperação entre biólogos, físicos e matemáticos em Dresden. ”

Referência: “Uma instabilidade hidráulica leva à perda de vida da célula na linha germinativa do nematóide” por Nicolas T. Chartier, Arghyadip Mukherjee, Julia Pfanzelter, Sebastian Fürthauer, Ben T. Larson, Anatol W. Fritsch, Rana Amini, Moritz Kreysing, Frank Jülicher e Stephan W. Grill, 20 de maio de 2021, Física da Natureza.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01235-x


Pesquisadores descobrem a pista mecânica está na origem da determinação da perda de vida das células

Em muitas espécies junto com as pessoas, as células responsáveis ​​pela cópia, as células germinativas, às vezes são extremamente interconectadas e compartilham seu citoplasma. Dentro do nematóide hermafrodita Caenorhabditis elegans, até 500 células germinativas estão relacionadas entre si dentro da gônada, o tecido que produz óvulos e espermatozoides. Essas células são organizadas em torno de um citoplasmático central & # 8220hall & # 8221 e alteram materiais citoplasmáticos promovendo o progresso celular e, no final, produzem oócitos que podem ser fertilizados.

Em pesquisas anteriores, os pesquisadores descobriram que as gônadas de C. elegans geram células germinativas extras do que o desejado e que apenas metade delas se desenvolve para se desenvolver em oócitos, enquanto o restante encolhe e morre por apoptose fisiológica, uma perda de vida celular programada que ocorre em células multicelulares organismos. Agora, cientistas do Centro de Biotecnologia da TU Dresden (BIOTEC), do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular (MPI-CBG), do Cluster de Excelência em Física da Vida (PoL) na TU Dresden, do Instituto Max Planck para a Física de Métodos Complicados (MPI-PKS), o Flatiron Institute, de NY, e o College of California, Berkeley, descobriram provas para responder à indagação sobre o que desencadeia a determinação do destino dessa célula entre a vida e a perda de vidas dentro da linha germinativa.

Pesquisas anteriores revelaram a base genética e os indicadores bioquímicos que impulsionam a perda de vida das células fisiológicas; no entanto, os mecanismos que escolhem e provocam a apoptose em células germinativas de uma pessoa em particular permaneceram obscuros. À medida que as células germinativas amadurecem ao lado da gônada do nematóide, elas primeiro se desenvolvem coletivamente em medida e quantidade homogeneamente. No exame simplesmente impresso em Física da Natureza, os cientistas apresentam que esse progresso homogêneo inesperado muda para um progresso heterogêneo, onde algumas células se tornam maiores e algumas células se tornam menores.

O pesquisador Nicolas Chartier dentro do grupo de Stephan Grill, e co-criador do estudo, explica, & # 8220Ao analisar exatamente os volumes das células germinativas e os fluxos de materiais citoplasmáticos em vermes residenciais e pela crescente modelagem teórica, agora reconhecemos uma instabilidade hidráulica que amplifica pequenas variações de quantidade aleatória preliminar, o que faz com que algumas células germinativas se estendam em quantidade às custas de outras que encolhem. É um fenômeno, que pode ser comparado à instabilidade dos dois balões, bem conhecida dos físicos. Essa instabilidade surge ao soprar simultaneamente em dois balões de borracha tentando inflá-los cada um. Somente o balão maior irá inflar, como resultado, ele tem uma menor tensão interna do que o menor e, subsequentemente, é mais simples de inflar. & # 8221

É isso que está em jogo na escolha das células germinativas: tais variações de cepas provavelmente desestabilizarão a configuração simétrica com volumes iguais de células germinativas, as chamadas instabilidades hidráulicas, resultando na expansão da célula germinal maior às custas do menor. Ao diminuir artificialmente os volumes de células germinativas por meio de bombeamento termoviscoso (metodologia FLUCS: fluxo citoplasmático induzido por luz centrada), a equipe demonstrou que o desconto nos volumes de células resulta em sua extrusão e perda de vida celular, indicando que depois que uma célula está abaixo uma medida vital, a apoptose é induzida e a célula morre.

Ao utilizar imagens confocais, os pesquisadores podem imaginar o organismo total do verme residente para obter uma imagem mundial e exata dos volumes de todas as células da gônada, além da troca de fluidos entre as células. Stephan Grill, palestrante do Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) e supervisor do trabalho multidisciplinar, fornece, & # 8220 Essas descobertas são muito emocionantes, pois revelam que a determinação da vida e da perda de vida dentro das células é de natureza mecânica e associada à hidráulica dos tecidos. Isso ajuda a entender como o organismo seleciona automaticamente uma célula que pode se transformar em um ovo. Além disso, o exame é outro exemplo da excelente cooperação entre biólogos, físicos e matemáticos em Dresden. & # 8221

Crescimento de espermatozoides ligado à maioria dos cânceres testiculares

cotação:
Pesquisadores descobrem a pista mecânica está na origem da determinação da perda de vida das células (2021, 31 de maio)
recuperado em 31 de maio de 2021
de https://phys.org/information/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação honesta com o objetivo de exame ou análise pessoal, não
metade também pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O material de conteúdo é fornecido apenas para funções de dados.


Características incômodas de poluentes perigosos do ar

Jeffrey W. Bradstreet , in Hazardous Air Pollutants , 1995

10.3.1 Odor Measurement Techniques

Odor is a sensation, i.e., a conscious reaction to a chemical stimulus of our olfactory system. There are four sensory properties of odor response. These are odor detectability, intensity, character and hedonic tone (pleasantness and unpleasantness). The sensory property most commonly measured is detectability, i.e., dilution of the odorous air with odor-free air until either the detection or recognition thresholds are reached. The detection threshold is that point where an individual or panel (6-8 people) can discriminate the odorous sample from odor-free air and continue to do so as concentrations are increased, fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold is that point where a panelist familiar with the odor character could recognize the odor fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold odorant concentration generally exceeds the detection threshold by a factor of 1.5 to 10.

There are many techniques used to measure detectability or dilution-to- threshold ratio. All of them involve diluting the odorous sample with odor-free air in known ratios. The diluted samples are presented to the odor judges or panelists in an ascending order, i.e., most dilute first, to prevent olfactory fatigue or memory effects.

Perceived odor intensity is usually established by comparison to the standard reference odorant, 1-butanol. Standard dilutions of butanol concentrations are prepared and presented to the panelists. Other odors can then be compared to butanol to determine an intensity number.

Odor emissions are traditionally established by measuring the detectability 4 of flue gas under known, ideally worst-case, conditions. The product of odor detectability, expressed as odor dilution ratio (ED50), times volume flow of the flue gas equals the odor emission rate. This term is an emission value that can be used in a manner similar to ambient air quality modeling to determine community impact.

Measurement of the odor emission rate is a recommended task in determining the amount of control required. Knowledge of emission rates allows for an informed judgement of which sources are contributing to ambient impacts.

The characteristics of plume dispersion may vary from source to source depending upon height of release, exit velocity, atmospheric conditions, exit temperature and other release point configurations. Applying control based upon a relative ranking of odor emission alone, therefore, can lead to ineffective odor control, i.e., overcontrolling some sources and undercontrolling others. A cost-effective determination of odor control should therefore include a modeling analysis of the expected impact of the odor sources under various meteorology conditions.

Modeling of odorous impact requires consideration of shorter term exposure than that predicted with traditional ambient air quality modeling. Predicted impacts should be more consistent with human response to odors, i.e., minutes. Murray and Duffee 5 have developed an appropriate modeling technique for odor impact analysis. This modeling program calculates short-term (1-2 minutes) odorous impacts for categories of meteorology conditions. Such a modeling technique affords the opportunity to realistically predict odor impacts from defined sources for expected operating conditions and possible atmospheric conditions. This predictive analysis allows a determination of odor impact from contributing sources and thereby the extent of control needed.


Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision

Hydraulic instabilities dictate the volumes of germ cells and balloons. Left: Picture of two balloons connected through a central tube, any new air coming through the white pipe will inflate the red balloon rather than the blue one. Right: Spinning-disk confocal image of interconnected C. elegans germ cells. Cortical actin [&hellip]

In many species including humans, the cells responsible for reproduction, the germ cells, are often highly interconnected and share their cytoplasm. In the hermaphrodite nematode Caenorhabditis elegans, up to 500 germ cells are connected to each other in the gonad, the tissue that produces eggs and sperm. These cells are arranged around a central cytoplasmic “corridor” and exchange cytoplasmic material fostering cell growth, and ultimately produce oocytes ready to be fertilized.

In past studies, researchers have found that C. elegans gonads generate more germ cells than needed and that only half of them grow to become oocytes, while the rest shrink and die by physiological apoptosis, a programmed cell death that occurs in multicellular organisms. Now, scientists from the Biotechnology Center of the TU Dresden (BIOTEC), the Max Planck Institute of molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) at the TU Dresden, the Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS), the Flatiron Institute, NY, and the University of California, Berkeley, have found evidence to answer the question of what triggers this cell fate decision between life and death in the germline.

Prior studies revealed the genetic basis and biochemical signals that drive physiological cell death, but the mechanisms that select and initiate apoptosis in individual germ cells remained unclear. As germ cells mature along the gonad of the nematode, they first collectively grow in size and in volume homogenously. In the study just published in Nature Physics, the scientists show that this homogenous growth suddenly shifts to a heterogenous growth where some cells become bigger and some cells become smaller.

The researcher Nicolas Chartier in the group of Stephan Grill, and co-first author of the study, explains, “By precisely analyzing germ cell volumes and cytoplasmic material fluxes in living worms and by developing theoretical modeling, we have identified a hydraulic instability that amplifies small initial random volume differences, which causes some germ cells to increase in volume at the expense of the others that shrink. It is a phenomenon, which can be compared to the two-balloon instability, well known of physicists. Such an instability arises when simultaneously blowing into two rubber balloons attempting to inflate them both. Only the larger balloon will inflate, because it has a lower internal pressure than the smaller one, and is therefore easier to inflate.”

This is what is at play in the selection of germ cells: such pressure differences tend to destabilize the symmetric configuration with equal germ cell volumes, so-called hydraulic instabilities, leading to the growth of the larger germ cell at the expense of the smaller one. By artificially reducing germ cell volumes via thermoviscous pumping (FLUCS method: Focused-light-induced cytoplasmic streaming), the team demonstrated that the reduction in cell volumes leads to their extrusion and cell death, indicating that once a cell is below a critical size, apoptosis is induced and the cell dies.

By using confocal imaging, the researchers could image the full organism of the living worm to receive a global and precise picture of the volumes of all the gonad cells, as well as the exchange of fluids between the cells. Stephan Grill, Speaker of the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) and supervisor of the multidisciplinary work, adds, “These findings are very exciting because they reveal that the life and death decision in the cells is of mechanical nature and related to tissue hydraulics. It helps to understand how the organism auto-selects a cell that will become an egg. Furthermore, the study is another example of the excellent cooperation between biologists, physicists and mathematicians in Dresden.”

Citação:
Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision (2021, May 31)
retrieved 31 May 2021
from https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, no
part may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.


Assista o vídeo: Fotos da mecânica e carros na pista mecânica vitor (Dezembro 2021).