EL CITOESQUELETODr. Salvador Hernndez MartnezCISEI-INSP

ResumenFunciones del citoesqueletoMicrofilamentosMicrotbulosFilamentos intermediosMotores moleculares

1. Funciones del citoesqueletoComo su nombre lo indica, el citoesqueleto ayuda a mantener la forma celular. Sin embargo la mayor importancia del citoesqueleto radica en la movilidad. El movimiento interno de orgnelos, as como la locomocin y la contraccin de fibras musculares, no tendra lugar sin el citoesqueleto.Establece la forma celularProvee rigidez mecnicaLocomocinSeparacin de cromosomasTransporte intracelular de orgnelos

FILAMENTOS CELULARESEpitelios: tonofilamentosNeuronas: neurofilamentosClulas gliales: gliofilamentosPorter y Buckely, 1970. M.E. de alto voltaje. Retculo microtrabecularEstructura dinmica que responde a cambios morfolgicos y fisiolgicos.Confiere movilidad a los organelos de acuerdo a vas determinadas.

El citoesqueleto esta formado por tres tipos de protenas filamentosasLos 3 componentes tienen comportamiento diferente y responden distinto a determinados agentes.

Clasificacin de los filamentos celularesMicrofilamentos: Fibras de protena de 3-6nm (y protenas asociadas), predomina la actina (contrctil) que es la protena celular ms abundante. En asociacin con la Miosina produce la contraccin muscular. Responsables del movimiento celular (desplazamiento, contraccin, citocinesis).

Filamentos intermedios: Citoarquitectura y tensin celular (8-10 nm), 6 variedades + lamininas nucleares.

Microtbulos: 22-24 nm. Formados por anillos de 13 subunidades globulares (tubulina y ) que forman 13 protofilamentos que se arreglan helicoidalmente. Acta como andamio para dar forma y para el trafico intercelular. Se arregla geomtricamente dentro de cilios y flagelos para locomocin. (Quinesinas, dineinas)

Yes, several dyneins and many families of kinesins Yes, 20 families of myosinsNo Electron microgrphs of polymers Fluorescence micrographs of cells with polymersPolymer Actin filament Microtubule Intermediate filament .Track for motorsPollard, 2003. Nature 422

Los tres componentes del citoesqueleto de un fibroblasto, vistos por fluorescencia despus de la fijacin y marcaje con sondas especificas. A, acina, marcada con phaloidina fluorescente; B, microtbulos, marcados con un anticuerpo para tubulina; y C, filamentos intermedios, marcados con anticuerpos para el filamento intermedio, vimentina (Herzog et al., 1994).

2. Microfilamentos

Miofilamentos delgados.

Constituidos principalmente por actina. Cada molcula es un doble elicoide de molculas globulares de actina G, al polimerizarse forma actina F (filamentosa). Tres tipos de actina (, y ).

Protenas asociadas.Tropomiosina. Doble helicoide de cadenas y no globulares.Troponina. Comprende 3 complejos: Troponina C que se une a Ca++; T que se une a tropomiosina y I que inhibe la interaccin actina-miosina y la actividad de ATPasa de la miosina. El complejo C es de forma alargada, los otros dos globulares

Miofilamentos gruesos.

Constituidos por miosina. Cada molcula comprende dos cadenas pesadas y cuatro ligeras, estas ultimas forman estructuras globulares que dan su forma de bastn.Meromiosina ligera (subunidad globular S1 con actividad de ATPasa que se une a la actina, y subunidad helicoidal S2) y pesada.

MICROFILAMENTOS DE CELULAS NO MUSCULARESMicrofilamentos de actina:10% del total de las protenas en fibroblastos, 5% en amebas y plaquetas, 2% en hepatocitos.Evidentes por tcnicas inmunohistoqumicas.No es de variedad , exclusivo de clulas musculares, presentan variedades y .Otra diferencia con la actina muscular es que no son estructuras permanentes, se polimerizan y despolimerizan.Dos formas: Redes o haces de microfilamentos.

Microfilamentos de Miosina:2.5% del total de protenas en fibroblastos, acompaan a los filamentos de actina.No forman filamentos gruesos.Existen dos tipos de miosina en clulas no musculares: Miosina I (minimiosina). No polimeriza en filamentos. Cabeza globular que une filamentos de actina y una cola se une a fosfolpidos.Miosina II (no muscular). Muy similar a la muscular, dos cadenas pesadas y 4 ligeras. Puede o no formar filamentos. Participa en el mecanismo contrctil. Es fosfrilada por la miosina quinasa en presencia de ATP y Ca++.

OTRAS PROTEINAS RELACIONADAS CON LOS MICROFILAMENTOS (no musculares)Que impiden la polimerizacin de actina en filamentos:Profilina. Impide la polimerizacin de los monmeros de actina G. Forma complejos de profilina-actina G (profilactina).

Que favorecen la polimerizacin de la actina en redes: Filamina. Se dispone peridicamente a lo largo de los filamentos de actina. Inhibe la formacin de haces, pero es responsable de su agregacin entrecruzada formando redes o mallas, lo que origina una consistencia tipo gel.

Que favorecen la polimerizacin en haces de filamentos de actina:Tropomiosina. Ligeramente diferente a la de msculo estriado. Promueve la agregacin de filamentos de actina formado haces. Inhibe la formacin de redes.Actina . Idntica a la de msculo estriado. Une microfilamentos formando puentes transversales permitiendo la interaccin con la miosina y dando lugar a haces contrctiles.Fimbrina. Es casi globular. Se une a la actina formando haces filamentosos (similar a la actina ) muy juntos entre si no permitiendo la interaccin de miosina (haces no contrctiles). La polaridad de estos filamentos es igual en todos y no se desplazan pero crecen por polimerizacin de la actina en su extremo positivo. Al crecer pueden empujar la membrana (proyecciones citoplasmticas. La minimiosina puede ayudar a estos movimientos.

Que favorecen la despolimerizacin de los filamentos de actina:Gelsolina. Protena globular en macrfagos y amibas. A [] Ca++ fracciona los filamentos de actina unindose a su extremo + impidiendo su polimerizacin y convirtiendo el gel en sol.Villina. Aspecto similar a la fimbrina. Formadora de haces a [] Ca ++. A [] acta como gelsolina.

Los monmeros de actina forman microfilamentos que pueden unirse a filamina, originando redes de filamentos, o a la tropomiosina, originando haces de filamentos. Estos haces pueden unirse a actina e interaccionar con molculas de miosina activada para formar haces paralelos contrctiles, o pueden unirse a fimbrina y minimiosina para formar haces de filamentos paralelos no contrctiles.Actina (Clulas no musculares)- No son permanentes, se polimerizan y despolimerizan.

Redes de microfilamentos (corteza celular, gel o sol)

- Haces de filamentos (contractiles y no contractiles)

Miosina (clulas no musculares)No forma filamentos gruesos

Miosina no muscular (II). Dos cadenas pesadas y 4 ligeras. Participa en el mecanismo contrctil.

Minimiosina (I). Cabeza globular que une filamentos de actina y una cola que se une a fosfolpidos, participa en movimientos celulares.

FuncionesMovimiento ameboideo:Intervienen la filamina y la gelsolina en un intercambio continuo de gel a sol. Una transicin de gel a sol ocurren en la corteza de clulas fagocticas, bajo la membrana plasmtica de la zona que deber modificarse para permitir la fagocitosis.

FuncionesMovimiento de fibroblastos: Emiten proyecciones citoplsmicas laminares de contorno ondulado denominadas lamelipodios. De la superficie de esta lamina se emiten prolongaciones filiformes denominadas filopodios.

Se considera que este movimiento tambin es una transicin de sol a gel, o un transicin de haces a redes filamentosas.

FuncionesCiclosis de clulas vegetales:El movimiento es producido por actinay minimiosina y es inhibido porcitocalasinas.

Otras funciones de los microfilamentos:Fusin de orgnulos membranosos. Las secreciones celulares viajan en vesculas, desde el complejo de Golgi hasta la membrana plasmtica. La administracin de colchisina tarda algn tiempo en frenar la secrecin , mientras que las citocalasinas, al actuar sobre los microfilamentos, la inhiben de inmediato. Lo mismo ocurre en cualquier proceso de secrecin vesicular, como la liberacin de neurotransmisores. Los microfilamentos de actina y miosina tambin participan en la formacin de vesculas de endocitosis y en la fusin de otros organelos (lisosomas).

3. Microtbulos Estructura constante en todas las clulas. 22-24 nm de dimetro.

Formados por anillos de 13 subunidades globulares de 4-5 nm de dimetro que forman 13 protofilamentos (lnea) que se arreglan helicoidalmente.

Cada glbulo es un protena denominada tubulina. y que forman heterodmeros*.

Junto con las hstonas, los microtbulos son los componentes celulares que menos han evolucionado. **

Protenas asociadas Protenas MAP, algunas son enzimas implicadas en el ensamblaje de los dmeros.

Tres tipos de MAP: MAP-1, MAP-2 y la protena = TAU. Cada protena presenta un dominio que se une al microtbulo y otro que se une a otro componente.

MAP-1 comprende 3 protenas diferentes (A, B y C). C es especialmente importante en el transporte retrogrado.

MAP-2 no se conoce su posicin y funcin, pero tambin se asocia con filamentos intermedios.

TAU es la protena mas pequea, recubre la superficie del los microtbulos.

Funciones de los microtbulos Los microtbulos no se distribuyen al azar, sino agrupados en formaciones de acuerdo con su funcin. Las funciones ms conocidas estn relacionadas con la forma, el transporte y la divisin celular. Para realizar estas funciones suelen asociarse a los microfilamentos y filamentos intermedios. Transporte axnico

La colchicina previene la polimerizacin de tubulina a microtbulos, y el Taxol previene el desensamble de microtbulos a unidades de tubulina.

Debido a que las fibras que mueven los cromosomas estn compuestas de microtbulos que se ensamblan y luego desensamblan conforme los cromosomas se mueven, estas drogas son inhibidores mitticos y llegan a ser utilizadas en tratamientos de cncer.La citocalasina previene la polimerizacin de actina.

4. Filamentos intermediosSon filamentos de protena fibrosa de unos 12 nm de dimetro (intermedios entre micrifilamentos y microtubulos.Son los componentes del citoesqueleto ms estables, heterogneos y durables, dando soporte a los orgnulos (por sus fuertes enlaces). Son la parte ms insoluble de la clula.Las protenas que conforman estos filamentos varan dependiendo del tejido en el que se hallen. Su funcin principal es la organizacin de la estructura tridimensional interna de la clula (por ejemplo, forman parte de la envoltura nuclear y de los sarcmeros). Participan en algunas uniones intercelulares (desmosomas).

Los filamentos intermedios como las queratinas se observan en el citoplasma prximos al ncleo (flechas en Figura izda.), otros como GFAP se localizan las prolongaciones celulares formando haces paralelos (derecha). Solo un tipo, las lminas se encuentran en el ncleo.