Propiedades mecánicas de los filamentos intermedios en células

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El citoesqueleto es una red compleja y dinámica, formada por biopolímeros interconectados - microtúbulos, actina y filamentos intermedios (IFS)- que, entre otras funciones, están involucrados en la determinación de la morfología celular y la generación y transmisión de fuerzas. Tradicionalmente, se...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Smoler, Mariano
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: Juli
Materias:
CITOESQUELETO
FILAMENTOS INTERMEDIOS
VIMENTINA
MICROSCOPIA DE FLUORESCENCIA
RECUPERACION DE COORDENADAS
LONGITUD DE PERSISTENCIA
MOVILIDAD INTRACELULAR
CYTOSKELETON
INTERMEDIATE FILAMENTS
VIMENTIN
FLUORESCENCE MICROSCOPY
FILAMENTS TRACKING
PERSISTENCE LENGTH
INTRACELLULAR MOBILITY
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7150_Smoler
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description El citoesqueleto es una red compleja y dinámica, formada por biopolímeros interconectados - microtúbulos, actina y filamentos intermedios (IFS)- que, entre otras funciones, están involucrados en la determinación de la morfología celular y la generación y transmisión de fuerzas. Tradicionalmente, se ha considerado que los IFs sólo contribuyen pasivamente a la viscoelasticidad celular; sin embargo, en los últimos años, diversos trabajos han mostrado que estos filamentos presentan roles muy activos en una gran variedad de procesos biológicos. El objetivo central de esta tesis fue estudiar, en células vivas, ciertas propiedades mecánicas de los filamentos intermedios de vimentina relevantes a su función biológica. Para ello combinamos microscopías confocal y de superresolución con una rutina que permite recuperar las coordenadas espaciales de filamentos individuales con precisión nanométrica. El análisis de las formas de los filamentos, basado en la descomposición en modos de Fourier, muestra que las curvaturas de los IFS en células vivas presentan un comportamiento símil térmico caracterizado por una longitud de persistencia aparente (Ip*) similar a las reportadas en experimentos in vitro. Adicionalmente, hemos determinado que perturbaciones a las redes de actina o microtúbulos alteran la lp* y la movilidad de los IFs. Estos resultados aportan datos relevantes sobre el acoplamiento mecánico entre los IFs con las otras redes del citoesqueleto. Trabajos recientes han planteado diferencias funcionales entre la red de vimentina perinuclear y la red periférica. Mientras la primera conforma una jaula que protegería mecánicamente al núcleo, la segunda estaría principalmente asociada a la integridad mecánica del citoesqueleto. En este contexto evaluamos propiedades biofísicas en ambas poblaciones de filamentos utilizando la novedosa técnica de superresolución MoNaLISA. Observamos que los filamentos periféricos están caracterizados por una mayor Ip*, y por ende una mayor rigidez flexural, y que su movilidad se encuentra restringida en mayor proporción que los perinucleares, apoyando la hipótesis de una asociación diferencial con microtúbulos y filamentos de actina en sendas regiones celulares. Los resultados obtenidos en esta tesis apoyan la existencia de un acoplamiento mecánico entre la red de vimentina y las redes de actina y microtúbulos que le permite responder activamente para compensar, de forma parcial, las perturbaciones mecánicas generadas en el citoesqueleto o transmitidas desde el exterior celular.
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Tradicionalmente, se ha considerado que los IFs sólo contribuyen pasivamente a la viscoelasticidad celular; sin embargo, en los últimos años, diversos trabajos han mostrado que estos filamentos presentan roles muy activos en una gran variedad de procesos biológicos. El objetivo central de esta tesis fue estudiar, en células vivas, ciertas propiedades mecánicas de los filamentos intermedios de vimentina relevantes a su función biológica. Para ello combinamos microscopías confocal y de superresolución con una rutina que permite recuperar las coordenadas espaciales de filamentos individuales con precisión nanométrica. El análisis de las formas de los filamentos, basado en la descomposición en modos de Fourier, muestra que las curvaturas de los IFS en células vivas presentan un comportamiento símil térmico caracterizado por una longitud de persistencia aparente (Ip*) similar a las reportadas en experimentos in vitro. Adicionalmente, hemos determinado que perturbaciones a las redes de actina o microtúbulos alteran la lp* y la movilidad de los IFs. Estos resultados aportan datos relevantes sobre el acoplamiento mecánico entre los IFs con las otras redes del citoesqueleto. Trabajos recientes han planteado diferencias funcionales entre la red de vimentina perinuclear y la red periférica. Mientras la primera conforma una jaula que protegería mecánicamente al núcleo, la segunda estaría principalmente asociada a la integridad mecánica del citoesqueleto. En este contexto evaluamos propiedades biofísicas en ambas poblaciones de filamentos utilizando la novedosa técnica de superresolución MoNaLISA. Observamos que los filamentos periféricos están caracterizados por una mayor Ip*, y por ende una mayor rigidez flexural, y que su movilidad se encuentra restringida en mayor proporción que los perinucleares, apoyando la hipótesis de una asociación diferencial con microtúbulos y filamentos de actina en sendas regiones celulares. Los resultados obtenidos en esta tesis apoyan la existencia de un acoplamiento mecánico entre la red de vimentina y las redes de actina y microtúbulos que le permite responder activamente para compensar, de forma parcial, las perturbaciones mecánicas generadas en el citoesqueleto o transmitidas desde el exterior celular. The cytoskeleton is a complex and dynamical network formed by crosslinked biopolymers - microtubules, actin and intermediate filaments (IFS) - which, among other functions, is intimately involved in the definition of the cell morphology and in force generation and transmission. Typically, IFs were only considered to contribute passively to the cell viscoelasticity; nevertheless, in the last years, many works have shown that these filaments have key active roles in a great variety of biological processes. We explored relevant biophysical properties of the IFS, combining confocal and super-resolution microscopies with a routine that allows the recovery of spatial coordinates from individual filaments with nanometer precision. The analysis of filaments' shapes, based on Fourier decompositions, show that IFS curvatures in live cells have a thermal behaviour, characterized by an apparent persistence length (Ip*) similar to that obtained in in-vitro preparations. Additionally, we have determined that perturbing the actin or microtubules networks modify the Ip* and the mobility of the IFs. These results provide relevant data on the mechanical coupling between IFs with the other cytoskeleton networks. Recent works have stated functional differences between the perinuclear vimentin network and the peripheral network. While the first one makes a cage that would protect mechanically the nucleus, the latter would be mainly associated to the mechanical integrity of the cytoskeleton. In this context we evaluated biophysical properties in both filaments' populations utilizing the novel technique of super-resolution MoNaLISA. We observed that peripheric filaments are characterized by a larger Ip*, which means a larger flexural rigidity, and its mobility is restricted in larger proportion respect to perinuclear ones, supporting the hypothesis of a differential association with microtubules and actin filaments in both cell regions. The results obtained in this thesis support a model in which the vimentin network is mechanically coupled with the actin and microtubules network, which allows this network to actively respond to compensate, partially, the mechanical perturbations generated in the cytoskeleton or transmitted from the exterior. Fil: Smoler, Mariano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Julio 2022 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7150_Smoler

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