Modelamiento matemático del movimiento de transportadores de hierro en células caco-2

Abstract

El hierro es un elemento fundamental para muchos organismos por las reacciones en las que se encuentra involucrado, y su absorción está altamente regulada por mecanismos a diferentes niveles. El transporte de hierro se realiza en el duodeno a través de proteínas transportadoras que se encuentran en la membrana apical de los enterocitos (DMT1, Divalent Metal Transporter 1). Uno de los mecanismos de regulación involucra la traslocación de estas proteínas hacia el interior de las células cuando éstas son expuestas a una cierta concentración de hierro en la cara apical. Mediante este mecanismo se disminuye la absorción del mineral minutos después de dicha exposición. En el presente trabajo se busca proponer un modelo fenomenológico que permita representar cualitativamente los perfiles de distribución espacial de DMT1 en el interior célular. Estos perfiles han sido observados experimentalmente en la línea celular Caco-2, la cual es comúnmente utilizada para estudios de transporte de hierro debido a sus características similares con los enterocitos del intestino delgado. El modelo propuesto consiste en un sistema de ecuaciones diferenciales parciales cuya simulación permite obtener la distribución de DMT1 en el tiempo y espacio. Se realizaron simulaciones para obtener la distribución estacionaria inicial, y la evolución del sistema desde dicho estado hasta alcanzar una nueva distribución estacionaria producto de perturbar el sistema mediante la introducción de un pulso de hierro. Como resultado se observó que el modelo es capaz de reproducir cualitativamente el comportamiento observado experimentalmente. A través de un estudio de variación de parámetros, se verificó que el comportamiento del sistema corresponde a lo esperado biológicamente. A partir de dicho estudio se encontró un set de parámetros que permiten simular el comportamiento en el estado previo a la exposición de hierro y uno que simula el estado posterior a dicha exposición. Se concluye que este modelo propuesto representa una primera aproximación para la simulación del movimiento de DMT1 en células Caco-2. El modelo desarrollado en este trabajo es adecuado también para la representación de otros sistemas que involucren movimiento de vesículas o elementos desde un sitio a otro de la célula, debido a que sus ecuaciones son generales y sus parámetros pueden ser variados para la simulación de diferentes escenarios tales como distintas concentraciones de proteínas motoras o distintas velocidades de transporte. Ejemplos de estos sistemas son el movimiento vesículas de las proteínas transportadoras de glucosa GLUT-4, o la transistosis de diversos elementos en células epiteliales.