Fusión celular

La fusión celular es un proceso celular importante en el que varias células uninucleadas (células con un solo núcleo ) se combinan para formar una célula multinucleada , conocida como sincitio . La fusión celular ocurre durante la diferenciación de mioblastos , osteoclastos y trofoblastos , durante la embriogénesis y la morfogénesis . ^[1] La fusión celular es un evento necesario en la maduración de las células para que mantengan sus funciones específicas a lo largo del crecimiento .

En 1839, Theodor Schwann , en sus Investigaciones microscópicas , amplió la teoría de que todos los organismos vivos están compuestos de células cuando agregó que las células discretas son la base de la vida. Schwann observó que en ciertas células las paredes y cavidades de las células se fusionan ( verschmelzen ). ^[2] Esta observación proporcionó el primer indicio de que las células se fusionan. No fue hasta 1960 que los biólogos celulares fusionaron células deliberadamente por primera vez. Para fusionar las células, los biólogos combinaron células de ratón aisladas e indujeron la fusión de su membrana externa utilizando el virus Sendai (un virus respiratorio en ratones). Cada una de las células híbridas fusionadas contenía un solo núcleo con cromosomas de ambos socios de fusión. Synkaryon se convirtió en el nombre de este tipo de célula combinada con un núcleo. A fines de la década de 1960, los biólogos fusionaron con éxito células de diferentes tipos y de diferentes especies. Los productos híbridos de estas fusiones, heterokaryon , eran híbridos que mantenían dos o más núcleos separados. Este trabajo fue dirigido por Henry Harris de la Universidad de Oxford y Nils Ringertz del Instituto Karolinska de Suecia. Estos dos hombres son responsables de revivir el interés por la fusión celular. Las células híbridas interesaron a los biólogos en el área de cómo diferentes tipos de citoplasma afectan a diferentes tipos de núcleos . El trabajo realizado por Henry y Nils mostró que las proteínas de la fusión de un gen afectan la expresión génica en el núcleo del otro socio, y viceversa. Estas células híbridas que se crearon fueron consideradas excepciones forzadas a la integridad celular normal y no fue hasta 2002 que la posibilidad de fusión celular entre células de diferentes tipos puede tener una función real en los mamíferos. ^[3]

La fusión celular homotípica se produce entre células del mismo tipo. Un ejemplo de esto sería la fusión de osteoclastos o miofibras con sus respectivos tipos de células. Cuando los dos núcleos se fusionan se produce un sincarión. La fusión celular normalmente ocurre con la fusión nuclear, sin embargo, en ausencia de fusión nuclear, la célula se describiría como un heterocarión binucleado . Un heterocarión es la fusión de dos o más células en una y puede reproducirse por varias generaciones. ^[4] Si dos células del mismo tipo se fusionan pero sus núcleos no se fusionan, entonces la célula resultante se llama sincitio. ^[5]

La fusión celular heterotípica se produce entre células de diferentes tipos. El resultado de esta fusión es también un sincarión producido por la fusión de los núcleos y un heterocarión binucleado en ausencia de fusión nuclear. Un ejemplo de esto sería la fusión de células derivadas de la médula ósea (BMDC) con órganos parenquimatosos . ^[6]

Existen cuatro métodos que utilizan los biólogos celulares y los biofísicos para fusionar células. Estos cuatro métodos incluyen la fusión celular eléctrica, la fusión celular con polietilenglicol , la fusión celular inducida por el virus Sendai y un método desarrollado recientemente denominado termoplasmónica controlada ópticamente.

La fusión eléctrica de células es un paso esencial en algunos de los métodos más innovadores de la biología moderna. Este método comienza cuando dos células se ponen en contacto mediante dielectroforesis . La dielectroforesis utiliza una corriente alterna de alta frecuencia, a diferencia de la electroforesis en la que se aplica una corriente continua. Una vez que las células se juntan, se aplica un voltaje pulsado. El voltaje pulsado hace que la membrana celular se permee y, posteriormente, se combinen las membranas y las células se fusionen. Después de esto, se aplica un voltaje alternativo durante un breve período de tiempo para estabilizar el proceso. El resultado de esto es que el citoplasma se ha mezclado y la membrana celular se ha fusionado por completo. Todo lo que queda separado son los núcleos , que se fusionarán en un momento posterior dentro de la célula, lo que da como resultado una célula heterocariona . ^[7]

La fusión celular con polietilenglicol es la forma más sencilla, pero también la más tóxica, de fusionar células. En este tipo de fusión celular, el polietilenglicol, PEG, actúa como un agente deshidratante y fusiona no solo las membranas plasmáticas sino también las membranas intracelulares . Esto conduce a la fusión celular, ya que el PEG induce la aglutinación celular y el contacto entre células. Aunque este tipo de fusión celular es el más utilizado, todavía tiene desventajas. A menudo, el PEG puede causar la fusión incontrolable de múltiples células, lo que lleva a la aparición de policariones gigantes. Además, la fusión celular estándar con PEG es poco reproducible y los diferentes tipos de células tienen diversas susceptibilidades de fusión. Este tipo de fusión celular se utiliza ampliamente para la producción de híbridos de células somáticas y para la transferencia nuclear en la clonación de mamíferos. ^[8]

La fusión celular inducida por el virus Sendai ocurre en cuatro etapas de temperatura diferentes. Durante la primera etapa, que no dura más de 10 minutos, se produce la adsorción viral y el virus adsorbido puede ser inhibido por anticuerpos virales . La segunda etapa, que dura 20 minutos, depende del pH y una adición de antisuero viral aún puede inhibir la fusión final. En la tercera etapa, refractaria a los anticuerpos, los componentes de la envoltura viral permanecen detectables en la superficie de las células. Durante la cuarta etapa, la fusión celular se hace evidente y la neuraminidasa HA y el factor de fusión comienzan a desaparecer. La primera y la segunda etapa son las únicas dos que dependen del pH. ^[9]

Fusión celular inducida por termoplasmónica La termoplasmónica se basa en un láser de infrarrojo cercano (NIR) y una nanopartícula plasmónica. El láser, que normalmente actúa como una trampa óptica, se utiliza para calentar la partícula plasmónica nanoscópica a temperaturas muy altas y extremadamente elevadas localmente. La captura óptica de un nanocalentador de este tipo en la interfaz entre dos vesículas de membrana, o dos células, conduce a la fusión inmediata de las dos, verificada tanto por la mezcla de contenido como de lípidos. Las ventajas incluyen una flexibilidad total de qué células fusionar y la fusión se puede realizar en cualquier condición de tampón a diferencia de la electroformación que se ve afectada por la sal.

Se necesitan formas alternativas de restaurar la función de los órganos y reemplazar las células dañadas, ya que los órganos y tejidos de donantes para trasplantes son tan escasos. Debido a esta escasez, los biólogos han comenzado a considerar el potencial de la fusión celular terapéutica . Los biólogos han estado discutiendo las implicaciones de la observación de que la fusión celular puede ocurrir con efectos restauradores después del daño tisular o el trasplante de células . Aunque se está hablando y trabajando en el uso de la fusión celular para esto, aún existen muchos desafíos que enfrentan quienes desean implementar la fusión celular como una herramienta terapéutica. Estos desafíos incluyen elegir las mejores células para usar en la fusión reparadora, determinar la mejor manera de introducir las células elegidas en el tejido deseado, descubrir métodos para aumentar la incidencia de la fusión celular y garantizar que los productos de fusión resultantes funcionen correctamente. Si se pueden superar estos desafíos, la fusión celular puede tener potencial terapéutico. ^[10]

En las plantas, la fusión celular ocurre con mucha menos frecuencia en comparación con las células eucariotas, aunque ocurre en algunas situaciones. Las células vegetales han desarrollado métodos únicos para fusionarse, en gran parte debido a la pared celular que las rodea. La pared celular de una célula vegetal se altera antes de la fusión, generalmente volviéndose más delgada o incluso formando un puente entre las células que están a punto de fusionarse. La fusión de gametos también puede ocurrir en las plantas. ^[11]

La fusión celular se ha convertido en un área de interés para la investigación sobre la progresión del cáncer en humanos. Cuando se fusionan varios tipos de células diferenciadas, la célula resultante podría ser poliploide. Las células poliploides pueden ser inestables debido a sus diferentes combinaciones genéticas, lo que a menudo puede provocar que la célula se enferme. Las células poliploides también pueden dar lugar a una endorreplicación no programada, un proceso en el que el ADN se replica dentro de la célula sin que la célula se divida, lo que se ha relacionado con el desarrollo del cáncer debido al aumento de la inestabilidad genética dentro de la célula. La metástasis, la propagación de células cancerosas a diferentes áreas del cuerpo y una de las principales causas de muerte relacionada con el cáncer, es un proceso que está relacionado con la fusión celular. Las células derivadas de la médula ósea se fusionan con células tumorales malignas, creando células que tienen rasgos de cada célula progenitora. Estas células cancerosas fusionadas tienen capacidades de migración heredadas de la célula derivada de la médula ósea (BMDC) que les permiten viajar por todo el cuerpo. ^[12]

La plasmogamia es la etapa del ciclo sexual de los hongos en la que dos células se fusionan para compartir un citoplasma común mientras reúnen núcleos haploides de ambos socios en la misma célula.

La fusión celular (plasmogamia o singamia) es una etapa del ciclo sexual de los amoebozoos . ^[13]

En Escherichia coli, la cigogénesis espontánea (apareamiento Z) implica la fusión celular y parece ser una forma de sexualidad verdadera en los procariotas . Las bacterias que realizan el apareamiento Z se denominan Szp ⁺ . ^[14]

• Estudiar el control de la división celular y la expresión genética .
• Para investigar transformaciones malignas.
• Para obtener la replicación viral .
• Para mapeo de genes y cromosomas .
• Para la producción de anticuerpos monoclonales mediante la producción de hibridomas .
• Para la producción de células madre inducidas.
• Para evaluar el transporte de proteínas en lo que se conoce como ensayo de fusión de heterocariontes . ^[15]

• Fusógenos célula-célula
• Diferenciación celular
• Fertilización
• Mecanismo de fusión
• Proteína de fusión
• Fuerzas interbicapa en la fusión de membranas
• Fusión de bicapa lipídica

• H. Harris: Fusión celular , 1970, Harvard University Press, Mass.
• Gordon, S (1975). "Fusión celular y algunas propiedades subcelulares de heterocariones e híbridos". Revista de Biología Celular . 67 (2): 257–280. doi :10.1083/jcb.67.2.257. PMC  2109606 . PMID  1104638.