Tema 3: Citoesqueleto y Uniones Celulares

• Tema 3 abarca el citoesqueleto y las uniones celulares.

Introducción al Citoesqueleto

• En 1970, investigadores observaron un retículo de finas trabéculas mediante microscopía electrónica, denominándolo retículo microtrabecular, conocido actualmente como citoesqueleto.
• Es un sistema de fibras citoplasmáticas con monómeros de proteínas unidos de forma no covalente.
• Se organiza en entramados que regulan los movimientos de orgánulos, flujos internos y movimientos celulares, siendo crucial para la función, crecimiento y diferenciación celular.
• Mantiene anclados los orgánulos celulares.
• Proporciona soporte mecánico que mantiene el volumen citoplasmático, relevante en células animales.
• Actúa como vía de transporte conectando distintas regiones celulares.
• No es estático, sino que responde a cambios fisiológicos en forma dinámica.

Microtúbulos

• Irradian desde el centro organizador o centrosoma.
• Su tamaño es de 22-25 nm.
• Tienen estructuras huecas similares a tubos.
• Las células poseen microtúbulos estables, que forman cilios, flagelos y centriolos.
• Microtúbulos inestables median el huso mitótico, cambios de forma celular y movilidad de orgánulos.
• Están formados por 13 subunidades circulares en sección transversal y 13 protofilamentos que forman la pared del microtúbulo.
• La subunidad es la tubulina dimérica (α y β tubulina).
• Contienen otras proteínas y tubulinas.
• Las proteínas MAP regulan la estabilidad, unen elementos y controlan el ensamblaje.
• Las quinesinas y dineínas son proteínas motoras que transportan macromoléculas y orgánulos.
• El microtúbulo es una estructura dinámica en continuo ensamblado y desensamblado, lo que le permite responder a los cambios celulares.
• Tiene un extremo (+) y otro (-) dependiendo de la capacidad de crecimiento.
• En la célula, los extremos (-) se localizan cerca de los centros organizadores (centrosoma) y los extremos (+) hacia la periferia celular.
• Los microtúbulos se ensamblan por polimerización de heterodímeros αβ-tubulina en tres pasos: formación de protofilamentos, asociación de protofilamentos para formar la pared, y elongación por agregado de unidades a los extremos.
• Los dímeros experimentan un ensamblaje longitudinal con extremo (+) y lateral, formando un microtúbulo con 13 protofilamentos.
• Tienen distintos ritmos de polimerización. La velocidad es 2-3 veces mayor en el extremo (+).
• Están estabilizados por GTP-tubulina o despolimerizados por GDP-tubulina.
• Solo los microtúbulos con extremos (+) asociados con GTP-tubulina son estables.
• Los microtúbulos con tubulina GDP se despolimerizan.
• La concentración de dímeros citoplasmáticos regula la estabilidad; alta concentración favorece la polimerización y baja concentración la despolimerización.
• La vida media de la tubulina es de 20 horas.
• Funcionan para la movilidad (celular o del medio) y mantenimiento de la forma celular.
• Sirven para el transporte celular axónico.
• Participan en la formación del huso mitótico para el reparto de cromosomas durante la mitosis.

Cilios y Flagelos

• Son prolongaciones celulares delgadas.
• Tienen funciones de movilidad, transporte y división celular.
• Desplazan células o fluidos en la superficie celular.
• Su estructura consta de dos partes: el cuerpo basal y el axonema.

Cilios vs. Flagelos

• Los cilios son muchos y cortos, mientras que los flagelos son pocos y largos.
• Los cilios tienen un movimiento pendular, mientras que los flagelos ondulan.

Centriolos

• Son dos cilindros exclusivos de células animales localizados en el centrosoma, dispuestos perpendicularmente.
• Están formados por 9 tripletes de microtúbulos inclinados y unidos por nexina.
• Las células en mitosis generan nuevos centriolos por duplicación.
• Intervienen pero no son indispensables en la formación del huso mitótico.
• Su función está ligada a la organización celular y división celular.
• El centrosoma organiza los microtúbulos.
• Contiene centriolos inmersos en PCM.
• Las funciones incluyen la organización de microtúbulos, el transporte vesicular a través de quinesina y dineína, y la regulación mediante MAP.
• Los microtúbulos se distribuyen por citoplasma de las células.
• Estructura crucial en el reparto cromosómico durante la mitosis.
• La duplicación ocurre en células animales que van a sufrir mitosis.
• Al final de la mitosis, cada célula hija posee un diplosoma
• Utilizan quinesina, dineína y microtúbulos

Proteínas Asociadas a los Microtúbulos (MAP)

• Interactúan de manera específica con los microtúbulos y regulan su estabilidad.
• MAP de ensamblaje o estabilizadoras promueven enlaces cruzados entre microtúbulos citosólicos.
• Las cargas de repulsión entre subunidades de tubulina de un mismo MT son neutralizadas con (MAP1A, MAP1B, MAP2, MAP4 y TAU).
• MAP4 es responsable de la estabilidad del MT durante la mitosis.
• Existen MAP desestabilizadoras, como catanina y Op18 (estarmina), que desensamblan o unen dímeros impidiendo la polimerización.
• Las MAP fosforiladas se separan de los MTs y favorecen su disociación.
• Las taupatías como el Alzheimer están asociadas a proteínas MAP hiperfosforiladas que conllevan a ovillos neurofibrilares.
• La catanina y la catastrofina tienen actividad GTPasa para la liberación de los microtúbulos.

Agentes que Afectan la Polimerización de Microtúbulos

• Colchicina actúa impidiendo el ensamblaje al unirse a cada dímero.
• Taxol estabiliza la estructura lineal del microtúbulo al unirse a la cara interna e impide su despolimerización.

Microfilamentos (Actina)

• Son los más delgados, midiendo 7-9 nm.
• Están compuestos por la proteína actina, formando una doble hélice.
• Las estructuras son polares con extremo (+) y (-).
• Los monómeros de actina-G se ensamblan en polímeros helicoidales largos de actina-F que polimerizan y despolimerizan rápidamente.
• Abundante en células eucariontes.
• Existe como monómero globular (actina G-ATP) o polímero fibroso (actina F-ADP).
• Su polimerización conlleva a la hidrólisis de ATP.
• La molécula de actina está constituida por dos lóbulos separados por una hendidura, conformando el pliegue ATPasa donde se une el ATP.
• Sigue tres fases: nucleación, agregación de subunidades e hidrólisis de ATP para la estabilidad.
• Los extremos contienen la subunidad terminal de actina.
• En el extremo (-), la hendidura de unión a ATP está expuesta, mientras que en el (+), la hendidura tiene contacto con la subunidad vecina.
• El ensamblaje de actina G en actina F va acompañado de la hidrólisis del ATP a ADP, lo cual afecta a la cinética de polimerización, pero no es necesario para que se realice.

Proteínas Reguladoras de la Polimerización de Actina

• Las células mantienen la concentración iónica del citosol estable para evitar la nucleación descontrolada.
• Se emplean mecanismos diferentes para iniciar la polimerización, con proteínas fijadoras de actina que favorecen o inhiben.
• La profilina favorece la polimerización, se une a la actina.
• La timosina inhibe el ensamblaje.
• La gelsolina y la cofilina interfieren (seccionadoras), cortan y favorecen la despolimerización.
• Las proteínas que recubren y estabilizan los filamentos de actina.
• Otros elementos también intervienen en la regulación de la actina: CapZ y tropomodulina.

Ensamblaje de Filamentos de Actina

• Filamina, fimbrina y α-actinina ensamblan los filamentos de actina en redes y haces.
• La espectrina proporciona soporte en los eritrocitos.
• Las funciones de los microfilamentos son el mantenimiento de la forma celular, los movimientos celulares (contracción muscular, desplazamiento) y la división celular (citocinesis).
• Hay diferentes tipos de movimiento celular.

Asociaciones Estables de Microfilamentos

• Microvellosidades: extensiones de la membrana plasmática que aumentan la superficie celular (intestino) o detectan estímulos externos (esterocilios).
• Contienen actina, miosina I, vilina, fimbrina y fodrina.

Estereocilios

• Similares a las microvellosidades localizadas en el oído interno para la detección de vibraciones.

Cilios del Epitelio Nasal

• Están compuestos por tubulina, se ubican en el epitelio nasal.

Filamentos intermedios

• Los filamentos intermedios de 10 nm se extienden por todo el citoplasma.
• Ayudan a la célula a soportar tensiones.
• Los tipos son: queratinas, vimetina, neurofilamentos y láminas nucleares.
• Los polímeros de proteínas son muy estables.
• Tienen distintos grupos de las células.
• Las taupatias están asociadas a proteínas tau hiperfosforiladas.
• dan rigidez a la célula y reparten las tensiones que pudieran romper.
• Se unen a la superficie a membrana nuclear.

Estructura de filamentos Intermedios

• Los filamentos de Tipo I-IV están compuestos por proteínas con estructura α-hélice organizada jerárquicamente.
• Las proteínas se asocian en dímeros paralelos (dímero), los dímeros en tetrámeros antiparalelos (tetrámero), y los tetrámeros se agregan extremo a extremo formando protofilamentos que se asocian lateralmente (protofibrillas) para originar filamentos intermedios.

Lamina nuclear

• La lamina nuclear también está compuesta por filamentos intermedios y de la cromatina.
• En la mitosis, la lámina nuclear se rompe y se desensambla, pero posteriormente se vuelve a ensamblar para reconstruir la envoltura nuclear.

Función de filamentos intermedios y patologías relacionadas

• Dan estabilidad mecánica a las células epiteliales y determinan su capacidad de unión a otros componentes.
• Algunas patologías asociadas al mal funcionamiento son: esclerosis lateral amiotrófica, neurodegeneración y laminopatías (progeria).

Plectina

• La plectina es una proteína que forma puentes de unión entrelazados entre haces de filamentos intermedios confiriéndolos resistencia, y conecta con otras proteínas citoesqueléticas.

Funciones

• Mapa 2 estabiliza inactibva por la fosfiloración
• Gamma TuRC Estabiliza el extremo
• Nexina y proteína del radio Estabilizan extructuras estables
• Dineina Confieren movilidad Microfilamentos
• CapZ Estabiliza extremo +
• Filamina y fimbina Estabilizan filopodios y lamelipodios
• Espectrina y ankirina Estabilizan membrana
• eritrocito Miosina 1 Estabiliza microvellosidad y esterocilios A
• Actínina se entrecruzan con actina y
• Colchicina impide plimerización.
• Las proteínas de las uniones afectan a la célula.

Uniones celulares

• Las uniones permiten el interambios de molécula y los interacciones entre célula.
• Uniones oclusoras
• Uniones adherentes y desmosomas y uniones en otros partes.
• En la función de Union, la Caudina y ocludina son estancas.
• Además para la célula estables la integrinas constan de cadenas en inmunoglobulinas que permite el interacción celular.

Unión celular y funciones

• En Estables la unión y membranas tiene la participación de conexina, cadherina, integrina y inmunoglobulina.
• Para los tipos de interacciones intercelulares
• Union estrechan las adyaciones entre células.
• Además a los membranas proteoglucan

Uniones Estrechas (Zonula Occludens)

• Las uniones estrechas sellan el espacio intercelulares.
• Regiulan el movimiento entre la células que unen.
• Las proteínas transmembrana como ocludina y claudina constituyen las uniones estrechas.

Polaridad Celular

• Las uniones permite una lado latero-basal
• Las proteínas trans de membrana (E-cadherinas), están encargadas de contactos de célula a la célula en su dominio intraceluar.

Desmosomas (Macula Ahderens)

• Realización de conexiones de comunicación directas entres célular mediante filamentos intermedio atravesando por proteína.

Uniones comunicantes

• Las conexiones directas entre células que son adyacentas para el formación a sus respuesta metabólicas.
• Están formadas por proteínas las conexinas el cual permite el paso entre las dos células
• En esencial se encuentran uniones célula-c y celular matriz.
• Los comunicaciones GJIC con polatrifad de c epiteliales cadherinas .