La división celular asimétrica suele explicarse por una polarización previa establecida por señales moleculares, como las proteínas PAR. Sin embargo, las células embrionarias se dividen dentro de una cubierta rígida y entre vecinas, y su tamaño disminuye continuamente. La influencia de estos factores geométricos en la asimetría ha permanecido durante mucho tiempo a la sombra de los modelos bioquímicos. Este trabajo se sitúa junto a investigaciones sobre mecánica celular y autoorganización que estudian cómo la forma y el entorno dictan el comportamiento celular sin instrucciones externas.
La corteza celular se modeló como una superficie viscosa cerrada dentro de una envoltura elipsoidal. En las ecuaciones se incluyeron tensiones activas que dependen linealmente de la curvatura, lo cual es admisible debido a la simetría rota 'arriba-abajo' de la corteza. Se resolvieron numéricamente la dinámica de la forma y el flujo, variando el tamaño celular y el grado de confinamiento. Para la verificación se utilizaron datos tridimensionales publicados de la embriogénesis de C. elegans: ocho embriones sin comprimir y diecisiete comprimidos.
Se encontraron tres modos de división: simétrico, asimétrico y detención de la división. La transición entre ellos está gobernada por una bifurcación de tipo horquilla: al disminuir el tamaño celular o aumentar el confinamiento, el umbral de inestabilidad crece, y por encima del umbral la asimetría se intensifica. En los experimentos, la asimetría de la división aumentó de manera estadísticamente significativa con la disminución del volumen de la célula madre (p < 0.001 para las divisiones tardías de la línea germinal). La compresión mecánica del embrión aumentó la asimetría en promedio un 15% (pendiente de regresión 1.151, R² = 0.917).
Este trabajo se distingue de investigaciones afines porque explica la asimetría de la división sin polarización molecular, mediante mecánica pura de una superficie activa. Es la primera verificación cuantitativa de cómo el tamaño y el confinamiento externo desencadenan conjuntamente la inestabilidad cortical. El resultado vincula la geometría celular con el destino de las células hijas y propone un mecanismo físico unificado para diferentes linajes embrionarios.
El modelo puede ampliarse incluyendo la dinámica de las proteínas PAR y contactos explícitos entre células en lugar de una envoltura idealizada. La transición a una descripción de campo de fases de la morfogénesis multicelular permitiría obtener de manera autoconsistente el tiempo, el eje y la asimetría de la división. Esto abriría el camino para predecir el destino celular en tejidos en desarrollo.
Los resultados son importantes para la biología del desarrollo, la biología celular y la biofísica. Pueden ayudar a comprender cómo las condiciones mecánicas en tumores o nichos de células madre influyen en la asimetría de la división y la diferenciación celular.
El siguiente paso es incorporar al modelo la dinámica de las proteínas PAR y probar las predicciones en otros organismos. También convendría investigar cómo las variaciones en la distribución transversal de la miosina en la corteza modulan el grado de asimetría.
Este trabajo aborda directamente la cuestión no resuelta de cómo las células de diferentes tamaños y en distintos entornos eligen entre división simétrica y asimétrica. Muestra que la geometría puede actuar como un regulador independiente que complementa las señales bioquímicas.
En C. elegans, la línea germinal se divide asimétricamente desde el principio, mientras que las células somáticas inicialmente se dividen casi por igual, pero a medida que su tamaño disminuye también se vuelven asimétricas. Esto se logró reproducir con un solo modelo sin ajustes específicos para cada linaje.