Gradiente biomolecular

Un gradiente biomolecular se establece por una diferencia en la concentración de moléculas en un sistema biológico , como células individuales, grupos de células o un organismo completo. Un gradiente biomolecular puede existir intracelularmente (dentro de una célula) o extracelularmente (entre grupos de células). Las funciones de estos gradientes en los sistemas biológicos son diversas, pero incluyen la quimiotaxis y el desarrollo. Este tipo de gradientes interviene en muchos tipos de señalización y, recientemente, se ha relacionado con la metástasis del cáncer .

Las propias células pueden crear gradientes biomoleculares liberando moléculas de señalización que se difunden hacia el exterior. Estos gradientes son cruciales para la identidad celular y la reubicación celular. De manera similar, los gradientes producidos por las células pueden influir en el destino celular por sus características temporales y espaciales. En ciertos organismos, la elección del destino celular puede estar determinada por un gradiente, una elección binaria o a través de una cadena de moléculas liberadas por una célula. ^{[ 1 ]} Si el destino celular es binario, la identidad de la célula está influenciada por la presencia o ausencia de una molécula de señalización; en consecuencia, estas señales también pueden inducir el destino celular actuando en cadena. ^{[ 1 ]} La cadena funciona mediante la liberación de una molécula de señalización al entorno por parte de la célula fuente. Las células adyacentes que poseen identidades celulares similares responden a estas señales y pueden liberar diferentes moléculas de señalización a las células de su área circundante, promoviendo nuevos destinos celulares adicionales. Este proceso continúa en todas las células del organismo en desarrollo. Por el contrario, una señal puede actuar en un gradiente, que induce un destino celular específico en función de la concentración de la molécula en el gradiente. Este tipo de moléculas se conocen como morfógenos .

Un ejemplo de este fenómeno se observa en el tubo neural con concentraciones variables de la proteína Sonic Hedgehog ( Shh ) . ^{[ 1 ]} Shh se caracteriza como un morfógeno y posee características espaciales y temporales que lo hacen muy adecuado para el estudio.

Se ha demostrado que los gradientes biomoleculares facilitan la invasión de células cancerosas en diferentes tipos de tejidos del cuerpo. Se cree que la metástasis del cáncer está directamente relacionada con los gradientes de factores de crecimiento que facilitan la quimiotaxis de factores promotores del cáncer. Estos quimioatrayentes promueven la angiogénesis tumoral , es decir, un mayor flujo sanguíneo a los tejidos, lo que permite que el cáncer prospere en diferentes áreas del cuerpo. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, esta vía permite el movimiento de moléculas promotoras de tumores hacia tejidos sanos del cuerpo. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Se requiere un estudio más profundo para cuantificar las vías involucradas en la respuesta anterior y podría proporcionar información sobre tratamientos más efectivos para pacientes con cáncer.

De manera similar, los gradientes biomoleculares pueden funcionar como antagonistas de señales con el potencial de afectar drásticamente las características de la célula y, a su vez, la respuesta del organismo. Esto incluye permitir que la célula distinga su orientación o modifique la barrera de diferenciación celular en un grupo de células. Por ejemplo, estos mecanismos pueden utilizarse para ayudar al cuerpo a defenderse de una infección. Específicamente, el área afectada del cuerpo actúa como un atrayente mediante la unión ligando-receptor. Esto puede ocurrir a través de la polaridad establecida por los antagonistas de señales. Además, este tipo de interacción ligando-receptor puede desencadenar una cascada de señales que activa la mitosis . Un tipo de molécula de gradiente que lleva a cabo el mecanismo mencionado es Pom1 . ^{[ 4 ]}