Durotaxia

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Durotaxia[1] é uma forma de migração celular em que as células são guiadas por gradientes de rigidez, que surgem de propriedades estruturais diferenciais da matriz extracelular (MEC). A maioria das células normais migra para cima em gradientes de rigidez (na direção de maior rigidez).[2]

Histórico de pesquisa[editar | editar código-fonte]

O processo de durotaxia requer que uma célula detecte ativamente o ambiente, processe o estímulo mecânico e execute uma resposta. Originalmente, acreditava-se que essa era uma propriedade emergente do metazoário, pois o fenômeno requer um ciclo sensorial complexo que depende da comunicação de muitas células diferentes. No entanto, à medida que a riqueza da literatura científica relevante cresceu no final da década de 1980 e ao longo dos anos 1990, tornou-se aparente que as células individuais possuem a capacidade de fazer o mesmo. As primeiras observações da durotaxia em células isoladas foram que estímulos mecânicos poderiam causar a iniciação e alongamento de axônios nos neurônios sensoriais e cerebrais de pintinhos e induzir a motilidade em ceratócitos epidérmicos de peixes, anteriormente estacionários.[3][4][5][6] A rigidez da MEC também influenciou a rigidez do citoesqueleto, amontagem da fibronectina, a força das interações integrina-citoesquelética, a morfologia e a taxa de motilidade, todas as quais influenciam a migração celular.[7][8][9][10][11]

Com informações das observações anteriores, Lo e colegas formularam a hipótese de que as células individuais podem detectar a rigidez do substrato por um processo de exploração tátil ativa no qual as células exercem forças contráteis e medem a deformação resultante no substrato. Apoiada por seus próprios experimentos, esta equipe cunhou o termo "durotaxia" em seu artigo no Biophysical Journal no ano de 2000.[12] Pesquisas mais recentes apóiam as observações anteriores e o princípio da durotaxia, com evidências contínuas de migração celular até a rigidez gradientes e alterações morfológicas dependentes da rigidez.[2][13][14]

Modelos matemáticos[editar | editar código-fonte]

Vários modelos matemáticos foram usados para descrever a durotaxia, incluindo:

  • Um modelo bidimensional baseado na equação de Langevin, modificado para incluir as propriedades mecânicas locais da matriz.[15]
  • Um modelo baseado na descrição da durotaxia como um fenômeno de estabilidade elástica onde o citoesqueleto é modelado como um sistema plano de elementos de linha elástica protendidos que representam fibras de tensão de actina.[16]
  • Um modelo onde endurece a persistência mediada tem a forma da equação de Fokker–Planck.[17]
  • Um modelo em que a persistência mediada pelo enrijecimento afeta a durotaxia.[18]

Referências

  1. ↑ Patricio, Caroline Schmidt (2016). Simulações numéricas de migração celular por quimiotaxia (PDF). Porto Alegre: Lume UFRGS. p. 2. 2 páginas 
  2. ↑ a b Plotnikov, SV; Pasapera, AM; Sabass, B; Waterman, CM (21 de dezembro de 2012). «Force fluctuations within focal adhesions mediate ECM-rigidity sensing to guide directed cell migration.». Cell. 151 (7): 1513–27. PMC 3821979Acessível livremente. PMID 23260139. doi:10.1016/j.cell.2012.11.034 
  3. ↑ Bray, D (abril de 1984). «Axonal growth in response to experimentally applied mechanical tension.». Developmental Biology. 102 (2): 379–89. PMID 6706005. doi:10.1016/0012-1606(84)90202-1 
  4. ↑ Lamoureux, P; Buxbaum, RE; Heidemann, SR (13 de julho de 1989). «Direct evidence that growth cones pull.». Nature. 340 (6229): 159–62. Bibcode:1989Natur.340..159L. PMID 2739738. doi:10.1038/340159a0 
  5. ↑ Chada, S; Lamoureux, P; Buxbaum, RE; Heidemann, SR (maio de 1997). «Cytomechanics of neurite outgrowth from chick brain neurons.». Journal of Cell Science. 110 (10): 1179–86. PMID 9191042 
  6. ↑ Verkhovsky, AB; Svitkina, TM; Borisy, GG (14 de janeiro de 1999). «Self-polarization and directional motility of cytoplasm.». Current Biology. 9 (1): 11–20. PMID 9889119. doi:10.1016/s0960-9822(99)80042-6 
  7. ↑ Wang, N; Butler, JP; Ingber, DE (21 de maio de 1993). «Mechanotransduction across the cell surface and through the cytoskeleton.». Science. 260 (5111): 1124–7. Bibcode:1993Sci...260.1124W. PMID 7684161. doi:10.1126/science.7684161 
  8. ↑ Halliday, NL; Tomasek, JJ (março de 1995). «Mechanical properties of the extracellular matrix influence fibronectin fibril assembly in vitro.». Experimental Cell Research. 217 (1): 109–17. PMID 7867709. doi:10.1006/excr.1995.1069 
  9. ↑ Schwarzbauer, JE; Sechler, JL (outubro de 1999). «Fibronectin fibrillogenesis: a paradigm for extracellular matrix assembly.». Current Opinion in Cell Biology. 11 (5): 622–7. PMID 10508649. doi:10.1016/s0955-0674(99)00017-4 
  10. ↑ Choquet, D; Felsenfeld, DP; Sheetz, MP (10 de janeiro de 1997). «Extracellular matrix rigidity causes strengthening of integrin-cytoskeleton linkages.». Cell. 88 (1): 39–48. PMID 9019403. doi:10.1016/s0092-8674(00)81856-5 
  11. ↑ Pelham RJ, Jr; Wang, Yl (9 de dezembro de 1997). «Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility.». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94 (25): 13661–5. Bibcode:1997PNAS...9413661P. PMC 28362Acessível livremente. PMID 9391082. doi:10.1073/pnas.94.25.13661 
  12. ↑ Lo, C (1 de julho de 2000). «Cell Movement Is Guided by the Rigidity of the Substrate». Biophysical Journal. 79 (1): 144–152. Bibcode:2000BpJ....79..144L. PMC 1300921Acessível livremente. PMID 10866943. doi:10.1016/S0006-3495(00)76279-5 
  13. ↑ Engler, AJ; Sen, S; Sweeney, HL; Discher, DE (25 de agosto de 2006). «Matrix elasticity directs stem cell lineage specification.». Cell. 126 (4): 677–89. PMID 16923388. doi:10.1016/j.cell.2006.06.044 
  14. ↑ Lachowski, D; Cortes, E; Pink, D; Chronopoulos, A; Karim, SA; Morton, JP.; del Rio Hernández, AE (31 de maio de 2017). «Substrate Rigidity Controls Activation and Durotaxis in Pancreatic Stellate Cells». Scientific Reports (em inglês). 7 (1). 2506 páginas. Bibcode:2017NatSR...7.2506L. ISSN 2045-2322. PMC 5451433Acessível livremente. PMID 28566691. doi:10.1038/s41598-017-02689-x 
  15. ↑ Stefanoni, F; Ventre, M; Mollica, F; Netti, PA (7 de julho de 2011). «A numerical model for durotaxis.» (PDF). Journal of Theoretical Biology. 280 (1): 150–8. PMID 21530547. doi:10.1016/j.jtbi.2011.04.001 
  16. ↑ Lazopoulos, Konstantinos A.; Stamenović, Dimitrije (janeiro de 2008). «Durotaxis as an elastic stability phenomenon». Journal of Biomechanics. 41 (6): 1289–1294. PMID 18308324. doi:10.1016/j.jbiomech.2008.01.008 
  17. ↑ Yu, Guangyuan; Feng, Jingchen; Man, Haoran; Levine, Herbert (17 de julho de 2017). «Phenomenological modeling of durotaxis». Physical Review E. 96 (1). 010402 páginas. PMID 29347081. doi:10.1103/PhysRevE.96.010402 
  18. ↑ Novikova, Elizaveta A.; Raab, Mattew; Discher, Dennis E.; Storm, Cornelis (fevereiro de 2017). «Persistence-Driven Durotaxis: Generic, Directed Motility in Rigidity Gradients». Physical Review Letters. 118 (7). 078103 páginas. Bibcode:2017PhRvL.118g8103N. PMC 5338469Acessível livremente. PMID 28256894. arXiv:1512.06024Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.118.078103 
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