Células renales caninas de Madin-Darby

Las células de riñón canino Madin-Darby ( MDCK ) son una línea celular de mamíferos modelo utilizada en la investigación biomédica. Las células MDCK se utilizan para una amplia variedad de estudios de biología celular, incluyendo la polaridad celular , las adhesiones célula-célula (denominadas uniones adherentes ), la motilidad celular colectiva, estudios de toxicidad ^{[ 1 ]} , así como respuestas a factores de crecimiento. Es uno de los pocos modelos de cultivo celular adecuados para el cultivo celular en 3D y reordenamientos multicelulares conocidos como morfogénesis ramificada ^{[ 2 ]} .

Tras el aislamiento inicial en 1958 de células epiteliales del túbulo renal de un perro Cocker Spaniel adulto por Stewart H. Madin y Norman B. Darby Jr., ^{[ 3 ]} la línea celular que lleva su nombre se empleó principalmente como modelo para la infección viral de células de mamíferos. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} De hecho, eligieron aislar túbulos renales precisamente con este objetivo en mente, ya que previamente habían tenido éxito con la infección viral de células derivadas de túbulos renales de otros mamíferos. ^{[ 7 ]} Por lo tanto, el objetivo inicial al aislar y cultivar células de este tejido no era generar un nuevo sistema modelo para la biología de las células epiteliales. No fue hasta 1970 que el laboratorio de Zbynek Brada publicó un trabajo que describía las células MDCK como una línea celular representativa que presentaba características distintivas de las células epiteliales del túbulo renal. ^{[ 8 ]} Basaron esta conclusión en las actividades de transporte de fluidos de monocapas formadas por células MDCK, la presencia de microvellosidades en su superficie apical (superior) y su capacidad de autoorganizarse, al crecer en 3D, en esferas huecas. En su informe, los autores especularon que la "expresión histotípica" mediante la cual las células MDCK formaban estructuras que recordaban a su tejido de origen podría aplicarse provechosamente al estudio de otros tejidos. Las décadas siguientes les han dado la razón en gran medida, aunque el repertorio para estudiar la organización y el comportamiento de las células dentro de los tejidos se ha expandido enormemente. ^{[ 9 ]}

Durante la década de 1970, la línea celular MDCK encontró un nuevo uso como modelo para el tejido epitelial de mamíferos. En 1982, Mina Bissell y sus colegas demostraron que las monocapas de MDCK respondían a la adición de una capa de colágeno (denominada "cultivo sándwich") proliferando y formando túbulos huecos. ^{[ 10 ]} Esto sugirió por primera vez que la línea celular respondería a entornos 3D autoorganizándose en la estructura 3D apropiada que recuerda a los túbulos renales. En los años siguientes, se demostró que el cultivo de células MDCK completamente incrustadas en colágeno producía esferas huecas, o acinos . ^{[ 11 ]} Estas eran monocapas epiteliales simples con un interior y un exterior definidos. Sin embargo, el hecho de que las células MDCK no formaran túbulos en estas condiciones permaneció sin explicación hasta más tarde.

Durante el mismo período en la década de 1980, los biólogos que estudiaban la motilidad celular descubrieron un comportamiento interesante y reproducible de las células en cultivo: la respuesta de dispersión. Las células epiteliales en cultivo crecen normalmente como grupos compactos. Sin embargo, se les podía inducir a romper los contactos célula-célula y volverse alargadas y móviles después de la exposición a un "factor de dispersión" secretado por células mesenquimales como los fibroblastos Swiss 3T3 . ^{[ 12 ]} Esto fue descrito mejor por el grupo de Julia Gray en 1987. ^{[ 13 ]} Durante el mismo período a mediados de la década de 1980, el grupo de Walter Birchmeier informó sobre un anticuerpo monoclonal que interrumpía los contactos célula-célula y alteraba la polaridad anteroposterior de las células en cultivo. ^{[ 14 ] [ 15 ]} El objetivo de este anticuerpo fue identificado posteriormente como un componente de las uniones célula-célula, la E-cadherina . ^{[ 16 ]} Estas observaciones dispares finalmente se unieron en un paradigma sólido para la motilidad y la polaridad celular. Las células epiteliales suelen ser inmóviles, pero pueden volverse móviles al inhibir las uniones intercelulares o al añadir factores de crecimiento que inducen la dispersión. ^{[ 17 ]} Ambos procesos son reversibles y ambos implican la ruptura de las uniones intercelulares.

En 1991, Lelio Orci y sus colegas informaron por primera vez sobre la respuesta de los acinos MDCK en cultivo 3D al factor de dispersión . ^{[ 18 ]} Cultivaron acinos de células MDCK en geles de colágeno con o sin fibroblastos Swiss 3T3, en los que se podía intercambiar el medio, pero los tipos celulares no estaban en contacto directo. Esta estrategia de cultivo celular, denominada cocultivo, indujo a los acinos MDCK a experimentar una morfogénesis ramificada, en la que las células se reorganizan en una red de túbulos interconectados que se asemeja al desarrollo de muchos tejidos. ^{[ 19 ]} Ese mismo año, se demostró que el "factor de dispersión" era una proteína secretada por fibroblastos, el factor de crecimiento de hepatocitos (HGF), descrita previamente. ^{[ 20 ]} Este trabajo resolvió un misterio pendiente del cultivo de MDCK, ya que el tejido del que se derivaron estas células es tubular, pero anteriormente solo se habían desarrollado en acinos esféricos en cultivo 3D. Más allá de esa paradoja inmediata, se estableció una conexión crucial entre la inducción aguda de la motilidad celular en cultivos 2D por el "factor de dispersión" y su impacto en la organización espacial que adoptan los tejidos en 3D. Esta conexión sigue siendo significativa como vínculo entre mecanismos de motilidad celular definidos con precisión en 2D y reordenamientos complejos en 3D cuya regulación aún no se comprende completamente.

En los últimos 20 años, la comprensión de la biología de las células MDCK en cultivos 3D ha avanzado notablemente gracias al laboratorio de Keith Mostov . Este grupo se ha centrado en la regulación de la polaridad celular y sus efectos posteriores en la morfogénesis de ramificación. ^{[ 21 ] [ 2 ]} De hecho, el conjunto de trabajos generados por el grupo de Mostov ha sintetizado con éxito décadas de conocimiento sobre la segregación espacial de las funciones celulares y sus marcadores moleculares, en un modelo notable para la generación y homeostasis de la polaridad celular en los tejidos. ^{[ 22 ] [ 23 ]} En 2003, el grupo de Mostov informó del primer relato completo que vincula la morfogénesis de ramificación con características distintivas de la polaridad apical-basal. ^{[ 24 ]} Este trabajo estableció que las células MDCK no pierden contactos con las vecinas durante el inicio de la morfogénesis de ramificación, pero que los marcadores canónicos de la polaridad celular se pierden transitoriamente. Una consecuencia de este cambio de polaridad es la reorientación de la división celular a lo largo de una nueva rama celular en crecimiento, con el fin de posicionar correctamente las células hijas para que continúen la extensión de la rama. La motilidad celular mediante la cual las células MDCK producen y alargan ramas se relacionó con estos cambios de polaridad.

Estos hallazgos se integraron en un modelo de morfogénesis ramificada centrado en el reordenamiento transitorio de la señalización de polaridad celular. Este modelo se ha denominado informalmente vía de Mostov. Esto permite que células normalmente no móviles generen protrusiones y migren colectivamente, seguido de rediferenciación y formación de túbulos huecos. En apoyo de este modelo, Mostov y sus colegas han identificado los efectos del HGF en los acinos MDCK como la inducción de una transición parcial de fenotipos celulares epiteliales a mesenquimales. ^{[ 25 ]} Este argumento moviliza un programa de señalización establecido denominado transición epitelial-mesenquimal (EMT), mediante el cual las células epiteliales sésiles se vuelven móviles y rompen los contactos célula-célula. ^{[ 17 ]} Se ha propuesto la EMT como la cascada de señalización transcripcional que impulsa la dispersión celular, aunque anteriormente los investigadores no confundían ambos conceptos. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Dada la distinción de que, para los acinos en 3D, las uniones célula-célula no se rompen, no está claro cómo relacionar con precisión el concepto de EMT con la morfogénesis ramificada.

El grupo de Mostov también ha investigado los medios por los cuales HGF activa la motilidad celular durante la morfogénesis de ramificación de MDCK. ^{[ 28 ] [ 29 ]} Sus estudios han demostrado que la morfogénesis de ramificación requiere el factor de transcripción Erk, aguas abajo de la cascada de la proteína quinasa activada por mitógeno , una vía de transducción de señales bien definida implicada en la motilidad y proliferación celular. ^{[ 30 ]} La maquinaria precisa de motilidad celular responsable de la morfogénesis de ramificación de MDCK no ha sido especificada por el grupo de Mostov, más allá del requisito de una proteína de señalización involucrada en la regulación de la pequeña GTPasa Rho . ^{[ 29 ]} Además, el laboratorio de Gardel ha demostrado que la motilidad invasiva de las células MDCK en los acinos requiere Dia1, que regula las adhesiones celulares a las fibrillas de colágeno individuales. ^{[ 31 ]} Mientras tanto, otros grupos han demostrado el requisito de proteínas de adhesión célula-ECM o sus reguladores en la morfogénesis de ramificación de MDCK. ^{[ 32 ] [ 33 ]} Utilizando un protocolo modificado para el cultivo de células MDCK y la morfogénesis de ramificación, Gierke y Wittman establecieron el requisito de la dinámica de los microtúbulos para regular los primeros pasos de la ramificación. ^{[ 34 ]} Observaron un acoplamiento adhesivo celular deficiente a la matriz de colágeno cuando los microtúbulos estaban desregulados. Este fenotipo indicó la importancia del transporte de las proteínas de adhesión y protrusión celular apropiadas hacia el frente celular cuando se iniciaba la morfogénesis de ramificación. Combinado con las observaciones del grupo de Mostov, este trabajo confirmó que la polaridad celular es indispensable para la homeostasis acinar de MDCK, así como para los comportamientos migratorios durante la morfogénesis de ramificación.

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