De las imágenes a los modelos: formas y propiedades mecánicas de las mitocondrias

AGUSTINA FERNÁNDEZ CASAFUZ; M. CECILIA DE ROSSI; AZUL BRIGANTE; ALEJANDRO MONASTRA; VALERIA LEVI; LUCIANA BRUNO

Jornada; V Jornadas de Jóvenes Bionanocientificxs (JoBIoN); 2023

Las mitocondrias son organelas dinámicas que experimentan cambios de tamaño y forma debidas a distintos eventos de fusión/fisión, transporte, fuerzas mecánicas y cascadas de señalización, entre otros procesos que, en conjunto, afectan a su funcionalidad. Los motores moleculares y el citoesqueleto desempeñan papeles claves en la estructura, organización y función de la red mitocondrial. Utilizando imágenes de microscopía confocal de mitocondrias en células melánoforas vivas de Xenopus laevis analizamos y caracterizamos estos diferentes aspectos del condrioma para luego construir modelos biofísicos de estas organelas que puedan explicar su comportamiento.En primer lugar, estudiamos el transporte de mitocondrias a lo largo de microtúbulos para explorar el rendimiento de los diferentes equipos motores encargados del transporte retrógrado y anterógrado. Para esto, recuperamos trayectorias de mitocondrias elongadas individuales. Calculando el tamaño de la organela a lo largo de la trayectoria verificamos que éstas se retraen durante el transporte retrógrado, mientras que conservan su tamaño en el anterógrado. Esto indica que los equipos de motores moleculares tienen un mecanismo de acción diferente.En segundo lugar, exploramos cómo la integridad del citoesqueleto afecta a la organización celular, la morfología y la movilidad de las mitocondrias. Realizamos diferentes tratamientos que afectan selectivamente las distintas redes del citoesqueleto (microtúbulos, filamentos de actina y vimentina). Observamos que la distribución y orientación de las mitocondrias dependen principalmente de los microtúbulos, que también favorecen organelas más alargadas. Por otro lado, los filamentos de vimentina y actina tienen un mayor efecto en su curvatura. Además vimos que los microtúbulos transmiten sus movimientos a las organelas, mientras que la actina restringe su movilidad . Estos resultados sugieren una interacción mecánica entre el citoesqueleto y las mitocondrias que afecta su forma y movimiento.Finalmente, utilizamos un modelo numérico (worm-like chain model) para simular el comportamiento de una mitocondria filamentosa asumiendo que ésta se encuentra inmersa en un medio viscoso y en presencia de ruido térmico. Con el objetivo de comprender cómo las fuerzas afectan la evolución de las formas de las organelas, se aplican fuerzas externas en diferentes puntos del filamento, con dirección y duración aleatoria. Los análisis preliminares muestran que las mitocondrias simuladas requieren la acción de fuerzas activas para desplegar comportamientos similares a los observados en las mitocondrias de células vivas.