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25.7: Migración Celular
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Cell Migration
 
TRANSCRIPCIÓN

25.7: Cell Migration

25.7: Migración Celular

Cell migration, the process by which cells move from one location to another, is essential for the proper development and viability of organisms throughout their life. When cells are not able to migrate properly to their ordained locations, various disorders may occur. For example, disruption in cell migration causes chronic inflammatory diseases such as arthritis.

General Mechanism

Generally, cellular migration begins when a cell, such as a fibroblast, responds to an external-polarizing-chemical signal. As a result, one end extends itself as a protrusion called the leading edge, which attaches itself to substrates via secreted adhesive compounds, in its microenvironment. The trailing edge—the area that serves as the back of the cell—also adheres to substrates to anchor the cell. After adhesion, the cell is propelled towards its destination by a sequence of contractions that are generated by cytoskeletal motility structures. Then, the adhesive attachment at the trailing edge gets released. These steps are repeated cyclically until the fibroblast reaches its destination.

Polarization

There is a diversity in the different types of signaling molecules that initiate cell migration. They illicit two types of responses: chemokinetic and chemotactic. Chemokinesis refers to movement that occurs when signaling molecules either symmetrically or asymmetrically stimulate cell migration without dictating the directionality of the resultant movement. Chemotaxis refers to a movement where a gradient of soluble (chemotactic) or substrate-bound (haptotactic) signaling molecules dictates the directionality of cellular movement.

Membrane receptors such as G-protein coupled receptors (GPCR) and receptor tyrosine kinase receptors (RTK) detect external signaling molecules and cause an accumulation of phosphatidylinositol (3,4,5) triphosphate (PIP3) at the leading edge. The accumulation of PIP3 then leads to the activation of Rho-family Ras-like small proteins called Rac, Cdc42, and Rho. Rac and/or Cdc42 cause cytoskeletal changes such as actin polymerization at the leading edge while Rho causes actin-myosin contractions at the trailing edge. As a result of actin polymerization, protrusions are generated at the leading edge.

Types of Protrusions

Actin serves as a physical scaffold for protrusions. Consequently, the shape of protrusion structures varies depending on how actin is assembled. Two commonly studied types of protrusions are lamellipodia and filopodia. Lamellipodia are broad, sheet-like protrusions that contain a branched network of thin, short actin filaments. When lamellipodia lift away from the substrate and move backward, a notably distinct ruffling movement occurs. Lamellipodia protrusions can be found in cells like fibroblasts, immune cells, and neurons. Filopodia are thin-finger-like protrusions that emanate from cell membranes. They are often observed in cells, such as neurons, working in tandem with lamellipodia during migration.

La migración celular, el proceso por el cual las células se mueven de un lugar a otro, es esencial para el correcto desarrollo y viabilidad de los organismos a lo largo de su vida. Cuando las células no son capaces de migrar correctamente a sus ubicaciones ordenadas, pueden ocurrir varios trastornos. Por ejemplo, la interrupción en la migración celular causa enfermedades inflamatorias crónicas como la artritis.

Mecanismo general

Generalmente, la migración celular comienza cuando una célula, como un fibroblasto, responde a una señal química de polarización externa. Como resultado, un extremo se extiende como una protuberancia llamada borde de ataque, que se une a sustratos a través de compuestos adhesivos secretados, en su microambiente. El borde final,el área que sirve como la parte posterior de la celda, también se adhiere a los sustratos para anclar la celda. Después de la adhesión, la célula es propulsada hacia su destino por una secuencia de contracciones que son generadas por estructuras de motilidad citoesquelética. A continuación, se libera el accesorio adhesivo en el borde final. Estos pasos se repiten cíclicamente hasta que el fibroblasto llega a su destino.

Polarización

Hay una diversidad en los diferentes tipos de moléculas de señalización que inician la migración celular. Ellos hacen ilícitos dos tipos de respuestas: quimiocinética y quimiotáctica. La quimioquinesis se refiere al movimiento que se produce cuando las moléculas de señalización estimulan de forma simétrica o asimétrica la migración celular sin dictar la direccionalidad del movimiento resultante. La quimiotaxis se refiere a un movimiento donde un gradiente de moléculas de señalización solubles (quimiotácticas) o ligadas al sustrato (haptotáctico) dicta la direccionalidad del movimiento celular.

Los receptores de membrana como los receptores acoplados a proteínaS G (GPCR) y los receptores de tirosina quinasa (RTK) detectan moléculas de señalización externas y causan una acumulación de fosfatidilinositol (3,4,5) trifosfato (PIP3) en el borde delantero. La acumulación de PIP3 conduce entonces a la activación de la familia Rho Ras-como pequeñas proteínas llamadas Rac, Cdc42, y Rho. Rac y/o Cdc42 causan cambios citoesqueléticos como polimerización de actina en el borde de ataque, mientras que Rho causa contracciones de actina-miosina en el borde final. Como resultado de la polimerización de actina, las protuberancias se generan en el borde de ataque.

Tipos de protrusiones

Actin sirve como un andamio físico para las protuberancias. En consecuencia, la forma de las estructuras de protuberancia varía dependiendo de cómo se ensamble la actina. Dos tipos de protuberancias comúnmente estudiados son lamellipodia y filopodia. Lamellipodia son protuberancias anchas, parecidas a láminas, que contienen una red ramificada de filamentos de actina delgada y corta. Cuando lamellipodia se levanta del sustrato y se mueve hacia atrás, se produce un movimiento de volante notablemente distinto. Las protuberancias de Lamellipodia se pueden encontrar en células como fibroblastos, células inmunitarias y neuronas. Las filopodias son protuberancias similares a los dedos delgados que emanan de las membranas celulares. A menudo se observan en células, como las neuronas, trabajando en conjunto con lamellipodia durante la migración.


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