Dinámica y mecánica de mitocondrias : interacción con el citoesqueleto y transporte activo - Fernández Casafuz, Agustina Belén (2025)
Las mitocondrias son capaces de experimentar diversos procesos que pueden modificar su morfología, tamaño y distribución, en respuesta a distintos estímulos, ya sean de naturaleza química o física. Estudios recientes han demostrado que la interacción entre las mitocondrias y el citoesqueleto puede alterar la función mitocondrial; sin embargo, todavía se desconocen en gran medida los mecanismos subyacentes a este fenómeno. El objetivo general de esta Tesis es comprender las propiedades biomecánicas de estas organelas, y para ello nos propusimos caracterizar su organización y explorar en detalle sus cambios morfológicos a nivel celular desde una perspectiva biofísica. Empleando imágenes adquiridas por microscopía confocal y de superresolución Airyscan de las mitocondrias presentes en células melanóforas vivas de Xenopus laevis, en primer lugar caracterizamos su organización celular y propiedades mecánicas. Por ejemplo, estimamos la longitud de persistencia aparente de estas organelas, cuantificando por primera vez su plasticidad en el entorno celular, y también implementamos un método automático para clasificar las formas que adoptan. Además, exploramos cómo la integridad del citoesqueleto afecta la organización, morfología y movilidad de las mitocondrias, afectando selectivamente la red de microtúbulos, los filamentos de actina y los filamentos intermedios de vimentina. Con el objetivo de evaluar cómo dichas redes interactúan de manera mecánica con las organelas, desarrollamos una nueva herramienta cuantitativa que detecta impulsos mecánicos localizados actuando sobre las mismas. Nuestros resultados sugieren que las distintas redes del citoesqueleto interactúan con las mitocondrias de forma física, transmitiéndoles o "protegiéndolas" de impulsos mecánicos que moldean su morfología y movilidad. En una última instancia, estudiamos el transporte bidireccional de mitocondrias conducido por motores moleculares a lo largo de los microtúbulos, tanto a nivel de modelado numérico como experimental. Por un lado, desarrollamos un modelo unidimensional aplicable al trans-porte de organelas extensas y flexibles como las mitocondrias. Este modelo permite ampliar el conocimiento actual sobre la organización de los motores en su superficie, y podemos utilizar-lo para obtener una interpretación preliminar de las deformaciones experimentadas por estas organelas en células vivas. Finalmente, nos propusimos evaluar el rol de las fuerzas ejercidas por los motores moleculares en la dinámica de las mitocondrias mediante la utilización de técnicas optogenéticas que permiten reclutar selectivamente motores a la membrana externa de las organelas. La interacción entre las mitocondrias y el citoesqueleto es fundamental en la mecano-transducción de señales intracelulares y esta Tesis pretende contribuir a este campo emergente.