Citoesqueleto PDF

TEMA 4. CITOESQUELETO 1. INTRODUCCIÓN El citoesqueleto es un complejo sistema de proteínas fibrilares que se une a las membranas celulares y entre sí mediante proteínas de unión formando un armazón tridimensional dinámico interno en la célula. Muy desarrollado en neuronas: formado por gran ca...

TEMA 4. CITOESQUELETO 1. INTRODUCCIÓN El citoesqueleto es un complejo sistema de proteínas fibrilares que se une a las membranas celulares y entre sí mediante proteínas de unión formando un armazón tridimensional dinámico interno en la célula. Muy desarrollado en neuronas: formado por gran cantidad de neurofibrillas. Mantienen la forma celular e intervienen en el transporte de vesículas y orgánulos citoplásmicos. 1.1. Clasificación 1. Microtúbulos a. Proteínas relacionadas (MAPs) Estabilizadoras: - Polimerizador1as - Reguladoras de tubulina - De corte - Despolimerizantes - Motoras b. Transporte intracelular: - Tipos - Proteínas de transporte 2. FI o Neurofilamentos a. Tipos y dinámica 3. Microfilamentos de actina a. Proteínas relacionadas (ARPs) Factores de nucleación - Proteínas de tapado (capping) Proteínas anti-capping - Proteínas de corte - Proteínas estabilizadoras (asociación) b. Redes de actina en la neurona. 1) Los microtúbulos (24 nm. diámetro) están formados por tubulina, proteínas asociadas (MAPs) que proporcionan estabilidad y favorecen el ensamblaje de microtúbulos. 2) Los FI o Neurofilamentos (10 nm. diámetro) → filamentos intermedios formados por diversas proteínas. 3) Microfilamentos (6 nm. diámetro) de Actina y proteínas relacionadas (ARPs). 2. MICROTÚBULOS Están formados por dímeros de tubulina α y β. Tienen una estabilidad dinámica y polarización. Los protofilamentos tienen una polaridad estructural: ○ la α tubulina siempre formará un extremo del protofilamento (extremo -). ○ la β el otro (extremo +). Estabilidad dinámica: ○ En los microtúbulos, hay periodos de adición, y periodos de eliminación, lo que se conoce como polimerización y despolimerización. ○ El extremo +, es el lugar preferente del crecimiento de microtúbulos. 1  ○ En el extremo -, predominan los periodos de despolimerización. 2.1. Distribución en la neurona No asociados a MTOC (centro organizador de microtúbulos). Axón: todos la misma orientación: ○ Extremo (-) cerca del núcleo. ○ Extremo (+) hacia el terminal. Dendritas: es variable aprox 50% Isoformas de tubulina más abundantes en neuronas: Protein Expression pattern and distribution α-Tubulin (multigene family) In all cells but some isoforms preferentially expressed in brain α1 y α8 β-Tubulin (multigene family) In all cells but some isoforms preferentially expressed in brain βII y βIII γ-Tubulin In all cells, pericentriolar region/MTOC 2.2. Proteínas asociadas a microtúbulos en las neuronas Hay: Estabilizadoras, Polimerizadoras, Reguladoras de tubulina, De corte, Despolimerizantes y Motoras. Proteínas estabilizadoras de microtúbulos Se unen al microtúbulo ya formado y estabilizan la estructura impidiendo la despolarización. Son las TAU, MAP1 y MAP2. tau: 6 isoformas, estabilizan el axón e impiden la ramificación axonal. No se despolimeriza pero tampoco se ramifica. ○ Papel crucial tanto en la iniciación, estabilización y el mantenimiento del axón. ○ Regulan (inhiben) ramificación axonal. 2  MAP clásicas: (proteína asociada a los microtúbulos) llamadas MAPs estructurales y regulan la polimerización de microtúbulos y la estabilización. Están: MAP1 y MAP2. ○ MAP1: regulan la estabilización y fasciculación mediante formación de puentes cruzados entre ellos. + imp → MAP1B q aparece también en axones pero durante el desarrollo es altamente expresada en los conos de crecimiento y regula crec. axónico). Primera MAP estructural que se expresa en las neuronas. ○ MAP2: impide la polarización. Promueven la nucleación y estabilización de los microtúbulos, aumentan su rigidez. Tienen funciones esenciales en la morfogénesis. Las de alto peso molecular (HMWMAP2) → incluye a MAP2A y MAP2B, expresadas específicamente en las neuronas, se limita al soma neuronal y las dendritas. De bajo peso molecular (LMWMAP2) incluye MAP2C y MAP2D presente en neuronas y células gliales. Se distribuyen en todos los compartimentos con patrones de expresión temporal. En cuanto a la distribución celular: MAP2 → principalmente en dendritas, donde contribuye a la estabilización de los microtúbulos que mantienen la estructura dendrítica. Tau: localizada principalmente en los axones neuronales, donde ayuda a estabilizar los microtúbulos del citoesqueleto axonal, fundamentales para el transporte de vesículas y otros componentes. Las MAP2 tienen una zona de unión al microtub y una cola que da la distancia del microtub al otro microtub. TAU tiene un segmento más corto de distanciación → Los microtúbulos en las dendritas van a estar más separados entre sí (MAP2 tienen cola más larga) que los microtúbulos a lo largo del axón. Los microtúbulos son más estables y geométricos, en Tau hay menor separación. Continuando con las proteínas estabilizadoras de microtúbulos, también tenemos: Doblecortina (DCX) se une en el cruce de cuatro monómeros de tubulina, fortaleciendo así interacciones laterales y longitudinales entre protofilamentos. ○ Estimula la agrupación de microtúbulos y la nucleación, y los estabiliza mediante la inhibición de su despolimerización. ○ ↑ expresado en cerebro en desarrollo → papel en migración neuronal cortical. ○ Parece regular la morfogénesis neuronal más tardíamente. La DCX se une a cada túnel entre 4 monómeros y fortalece las interacciones entre los diferentes unidades de filamentos. La DCX se expresa en el desarrollo y es muy importante en procesos migración, específicamente en migración de células corticales, tiene papel importante en morfogénesis neuronal y se usa como marcador de células en migración durante desarrollo. 3  STOPs (for Stable-Tubule-Only-Peptide) se expresan fuertemente durante la diferenciación neuronal y parecen preferentemente asociadas a los microtúbulos estables, lo que sugiere un papel en la inducción de la diferenciación neuronal. ○ Se unen a microtub estables y están implicadas en la diferenciación neuronal. ○ Son un subtipo de proteínas estabilizadoras, no dentro de DCX. +TIPs (Microtubule plus-end tracking proteins) se acumulan en los extremos + de los microtúbulos en crecimiento, donde controlan su dinámica y asociación con orgánulos intracelulares y actina. ○ Se incorporan al extremo plus (+) del microtub impidiendo su polimerización y les permite anclarse a otros organelos. ○ Son un subtipo de proteínas estabilizadoras, no dentro de DCX. Proteínas poli y despolimerizadoras de microtúbulos en las neuronas En paralelo a la estabilización de los microtúbulos, la polimerización es un proceso esencial para la elongación de neuritas. CRMPs (Collapsin-Response-Mediator Protein) son las principales proteínas identificadas como factores de polimerización de microtúbulos en las neuronas en desarrollo. Ayudan a la polimerización. Solo se han descubierto las CRMPs y son esenciales para elongación de las neuritas y si no están no se alargan ni axón ni dendritas. Aparecen en neuronas en desarrollo. Por otro lado, la despolimerización es necesaria para mantener el dinamismo de los microtúbulos en procesos como la retracción de las neuritas o reorganización de las ramificaciones. KIFs (Kinesinas). Ciertos tipos de Kinesinas constituyen los principales factores despolimerizantes en las neuronas. Son ATPasas dependientes de microtúbulos, actúan principalmente como proteínas motoras de transporte. ○ KIF2 se expresa transitoriamente en las neuronas en desarrollo y se acumulan en los conos de crecimiento, lo que sugiere posibles funciones en la morfogénesis neuronal. Las KIFs son subclases kinesinas, dependientes de ATPasa. Imp en procesos de plasticidad porque están implicadas en la retracción neuritas. Proteínas reguladoras de tubulina Son la familia de fosfoproteínas estatminas y las TBTC. Controlan la cantidad de tubulina libre disponible para el ensamblaje, con lo que modulan indirectamente la dinámica de microtúbulos. Junto a las CRMPs que promueven el ensamblaje de los microtúbulos, la familia de fosfoproteínas estatminas son las principales proteínas de unión a tubulina soluble identificados hasta ahora en las neuronas. Capaces de secuestrar o liberar la tubulina en función de su estado de fosforilación. Se localizan a lo largo de neuritas y acumulado en los conos de crecimiento (donde probablemente controlan tubulina libre localmente). Su expresión varía durante el desarrollo. 4 Las proteínas CRMPs (Collapsin Response Mediator Proteins) y las estatminas son dos tipos de proteínas diferentes, aunque ambas están involucradas en la regulación de los microtúbulos. Cofactor B de tubulina (TBCB): disocia dímeros αβ-tubulina Implicados en la diferenciación neuronal. Promueve la degradación de tubulina libre mediante la unión al heterodímero αβ, y promueve su disociación. Las estatminas se unen a tubulina soluble y promueven el ensamblaje de microtúbulos. El cofactor B de tubulina se une a los dímeros de tubulina y los separa, impidiendo la polimerización, aumenta la cantidad de tubulina soluble. Proteínas de escisión Cortan microtub, dependientes de ATPasa. Katalina: corta los microtub de manera lineal. ○ ATPasa que requiere la hidrólisis de ATP para cortar los microtúbulos. ○ Se expresa de forma ubicua (todas partes), pero especialmente durante períodos de crecimiento axonal. Espasitina: corta microtub en ramificaciones, tiene mayor efectividad de corte. ○ ATPasa que se ensambla en un hexámero para interactuar y cortar los microtúbulos. ○ Participa en el control de ramificación axonal, una función no observada para katanina. Ambas se conforman en hexámeros, se unen a microtub y van soltando las subunidades. Proteínas motoras asociadas a citoesqueleto Todas son proteínas con capacidad ATPasa implicadas en el transporte intracelular. Necesitan ATP y se unen, por un lado a los filamentos y por otro lado a la molécula que transporta (cargo se llama, pueden ser vesículas de transporte u otros que mueven a través de los microtúbulos). Las dineínas y kinesinas se asocian a microtúbulos. Las miosinas se asocian a los microfilamentos. A) KINESINAS Transporte anterógrado vs. retrógrado Las proteínas motoras pueden generar transporte anterógrado (extremo - al +) y hay otras especializadas en el retrógrado (+ a -). En transporte anterógrado están las kinesinas formadas por subunidades también llamadas kinesinas. Las proteínas motoras tienen zona motora (cabeza o dominio motor), cola (zona intermedia) y luego zona donde se asocia el cargo. La estructura de la unidad es de una zona N- terminal donde reside el dominio motor, a este dominio motor le sigue una alfa hélice y luego hay una cola variable. Otras kinesinas pueden tener el dominio motor no en la N-termina, sino en zonas intermedias. 5 Kinesin superfamily Las kinesinas 1, 1A y 2 son las más abundantes. Todas con dominio motor y zona de cola donde se une el cargo. Kinesin 1 consists of two KIF5s and two KLCs. Tetrámetro de dos KIF 5 y cadenas. KIF1A is a unique monomeric motor. Sólo una cadena 1A. Kinesin 2: KIF3A, KIF3B, and KAP3 form a heterotrimer. Es heterotrímero. Existen 45 genes asociados en 14 familias. Clasificación según la localización del dominio motor Kinesinas C-terminales → dominio motor en el extremo C-terminal. ○ Movimiento hacia el extremo negativo de los microtúbulos. ○ Movimiento retrógrado. Kinesinas N-terminales → dominio motor en el extremo N-terminal. ○ Movimiento hacia el extremo positivo de los microtúbulos llevando cargos desde soma a la terminal axónica. ○ Se mueven hacia extremos + de los microtúbulos (anterógrada). Kinesinas de dominio intermedio → dominio motor en la zona intermedia de la proteína. ○ Movimiento y función varían. ○ Pueden ir en ambos sentidos (direccionales). La KIF2A y KIF C2 son KIF que pueden ir hacia el soma (movimiento retrógrado) y además pueden despolarizar los microtub. Son motoras pero además despolimerizan. *Buscarlo bien pq no me entero mucho de esta parte final. Creo que KIF2A es una kinesina N-terminal y KIF C2 es C-terminal, pero no entiendo pq ambas se mueven de manera retrógrada. B) DINEÍNA/DINACTINA Es un enorme complejo multimérico de aprox 1,5 megadaltons (daltons → unidad de medida de masa molecular, como cuando usábamos kDa en bioq). Dineína Transporte retrógrado. Consiste en 2 cadenas pesadas con actividad ATPasa que generan movimiento a lo largo del microtúbulo + 2 cadenas intermedias + 4 cadenas ligero-intermedias cadenas ligeras (variable) (Tctex1, Roadblock, and LC8 subfamilies) Dinactina Para unirse a los cargo y regular su capacidad de unión a los mismos tiene una serie de proteínas asociadas formando el complejo dinactina, que contiene p150Glued, p62, dynamitin, actin-related protein (Arp) 1, CAPZα and CAPZβ, p27 y p24. 6  p150 ≈ como pegamento. Proteínas motoras asociadas a actina MIOSINAS Proteínas motoras de unión a actina. Suelen estar formadas por dímeros. Estructura: 3 dominios. ○ Cabeza (Dominio globular) → Sitio de fijación e hidrólisis del ATP. Región más conservada. Actividad ATPasa aumenta en presencia de F-Act. ○ Cuello: donde se asocian las cadenas ligeras. Función reguladora. ○ Cola: contiene las zonas de unión específicas de cada tipo de miosina. Las presentes en neuronas son las tipo I, II, V, VI, VII, y X. Funciones: ○ Implicadas en la contractilidad. ○ Organización de los filamentos de actina. ○ El transporte. ○ Anclaje de orgánulos. La miosina V es la más abundante. Siempre hay cabeza motora (dominio globular, donde se fija e hidroliza el ATP) luego la cola (zona más variable) donde se une el cargo? y luego está el cuello donde se unen cadenas ligeras, que son cadenas reguladoras. La parte más conservadora que siempre está es la motora. 2.3. Transporte intracelular Transp. axónico dentro de la neurona: los microtub tienen orientación siempre uniforme, con extremo - cerca del soma y el + hacia la terminal axónica, en cambio, en las dendritas la disposición es variable. El flujo axoplásmico o transporte axonal es el proceso responsable del movimiento de moléculas y orgánulos desde el soma hacia el citoplasma axonal. Es un proceso que está altamente regulado. Al principio parecía que podría deberse a la difusión de un sitio a otro, pero eso no es así pq los axones de las neuronas son muy largos. ➔ Ya que algunos axones tienen una longitud enorme este proceso no puede realizarse únicamente por difusión y es necesaria una regulación controlada del flujo de las diferentes moléculas. ➔ Se vio que había 2 tipos de mov de las moléculas desde el soma a la terminal axónica de neuronas: existe mov rápido donde la molécula viaja de manera uniforme y rápida, hay otro mov. más lento. Esto ocurre porque ambos mecanismos se realizan a través de las proteínas asociadas a microtub. El transporte rápido está más especializado en el transporte de orgánulos membranosos de vesículas y receptores. Es un transporte uniforme, lineal, directo y continuo y se produce a través de los microtúbulos. Puede ser anterógrado, retrógrado, o bidireccional: 7  ○ Anterógrado: de por ejemplo vesículas sinápticas y está mediado de kinesinas específicas (KIF1A, KIF1B, KINESINA 1 y 2). ○ Retrógrado: mediado por dineína y dinactina. ○ Bidireccional: de ribosomas y RNA. También mediado por kinesinas. Esto pq son moléculas que se necesitan rápido en el terminal axónico y se tienen que reciclar hacia el soma y entre medias no son necesarias para nada. Cada transporte depende de la finalidad de la molécula. El transporte lento está realizado en proteínas citosólicas, vesículas sinápticas, y otras proteínas citoesqueléticas. Se produce mediante Stop-Go a través de microtúbulos y microfilamentos. Este tipo de transporte se produce a la misma velocidad de mov de la proteína motora que en el transporte rápido pero hay puntos que para (tren exprés directo vs. tren que va parando). En este tipo de transp, se transportan moléculas q tiene q ver con citoesqueleto. Mediado por Kinesina 1 y 5 y en algunos casos por Dineína/dinactina. Con el mov lento llevan cargos que van parando a lo largo del axón para ir haciendo otras funciones, la kinesina va polimerizando los microtúbulos y los neurofilamentos se van polimerizando a lo largo de su avance en el axón, así se van transportando los monómeros y en las paradas se van ensamblando. En las dendritas: Transporte anterógrado se realiza por diferentes Kinesinas → KIF 5, 17. Retrógrado: Dinectina/dinactina 1 y KIFC2. Dentro de las dendritas existen todos los orgánulos y también hay transporte de orgánulos y compuestos de la misma forma que en el soma, pero en el axón el transporte siempre es direccional. En los axones: Transporte anterógrado se realiza por diferentes Kinesinas → KIF1 A 1B, 3, 5, 17. El transporte retrógrado está mediado por Dineína/dinactina. Hay KIFs especiales en el monocilio de la cel, y en el cono de crecimiento por ejemplo hay diferentes proteínas motoras. El monocilio es una estructura ciliar en todas las cels que percibe estímulos externos, químicos y mecánicos y aporta info del medio ambiente. Este monocilio tiene un transporte. ➔ En los monocilios de las neuronas el transp anterogrado se realiza por KIF3 y KIF17. ➔ El transporte retrógrado está mediado por Dineína 2. En las zonas sinápticas y filopodios de los conos de crecimiento, las miosinas son las que actúan principalmente como proteínas motoras. 2.4. Regulación y liberación de las moléculas transportadas Cada cargo tiene unas proteínas intermedias de anclaje a la proteína motora correspondiente, de manera que hay muchas proteínas intermedias y de anclaje para cada cargo. Los cargos transportados se unen a las proteínas motoras a través de proteínas 8 adaptadoras específicas de cada cargo que suelen estar ancladas a la membrana de la vesícula y tb pueden regular la actividad motora: Rab, sintaxina, hungtintina, de andamiaje… Los cargos se liberan por diferentes módulos: fosforilación/desfosforilación. Las proteínas adaptadoras pueden regular la actividad ATPasa del motor molecular, y están implicadas en la liberación del cargo. La liberación de las vesículas NR2 de la KIF17 está regulada por fosforilación por la CaMKII. La fosforilación impide la unión del dominio globular al complejo de andamiaje. La mint-1 es la proteína mediadora y se fosforila perdiendo afinidad por la proteína motora y se libera con la vesícula correspondiente. La regulación por calcio depende de la proteína motora y la de anclaje. Un alto nivel de Ca 2+ modifica los motivos EF-hand de Miro e inhibe la actividad motora de KIF5. En otro modelo, las mitocondrias son liberadas de KIF5 por Ca 2+. En la regulación de Miro, con alto calcio libera el cargo (que es la mitocondria) y hay dos modelos para esto: cuando se une el calcio al miro inhibe la acción motora de la KIF5 y se une al miro liberando la mitocondria con la proteína de anclaje y la KIF unida a ella. Otro modelo: alto calcio produce separación del complejo de unión de la mitocondria. En otras proteínas motoras como la miosina es al revés, el alto calcio es necesario para activar la miosina y unir la lactina, con bajo calcio se libera el cargo, para ESTE CASO. Es necesario un alto nivel de Ca 2+ para pasar al estado activo de la miosina y tenga la capacidad de unirse a los filamentos de actina y ejercer su función motora. 3. FILAMENTOS INTERMEDIOS O NEUROFILAMENTOS (cuando son en neuronas) Los FI o neurofilamentos se incluyen en diferentes tipos dependiendo de su estructura y dentro del SN: proteínas tipo III, IV y V y VI. Son polímeros de más de 50 proteínas diferentes y característicos de tipos celulares. No están implicados en el movimiento celular. Constituyen soporte mecánico. Las V son lamininas que están en núcleo en todos tipos cels. Las propias de las neuronas las tipo III y IV. ○ III → periferina. 9  ○ IV → NEFH, NEFM, NEFL (las que salen en la tabla en morado se llaman neurofilamentos), luego la otra es α-Internexin. Los IF de las neuronas son heteropolímeros que se componen de cuatro subunidades, de neurofilamento pesados, medios y ligeros (NFH, NFM y NFL, respectivamente; también conocidos como NEFH, NEFM y NEFL), así como α- internexina (Int), o periferina (SNP). También pueden expresar otras proteínas de filamentos intermedios, como nestina, sinemina, sincoilina y vimentina. 3.1. Estructura de los FI Tienen dominio cabeza que depende de las secuencias de intrones. Aquí está el N terminal (en cabeza). Luego está la zona central o núcleo con 3 α-hélices (subdividido en “SUPERHELICES” 1a, 1b y 2a / b). Con un dominio conservado de unos 300 aa por donde interaccionan los neurofilamentos para formar la estructura completa, para ensamblarse. 10  La zona siguiente es la cola C terminal que es variable y con diferentes tipos de residuos. Cada subunidad contiene un dominio central conservado de 310 aa importante para el ensamblaje con otras subunidades de NF para formar filamentos. El dominio de cabeza contiene una secuencia de inhibición de polimerización de microtúbulos que regula el número de MTs en el axón. Neurofilamentos Los neurofilamentos más abundantes son los NF: ligeros, intermedios y pesados. Los nombres dados a las tres subunidades principales de neurofilamentos se basan en la masa molecular aparente de las subunidades de mamíferos. Ligero o más bajo (NF-L) a 68-70 kDa. Medio (NF-M) alrededor de 145-160 kDa. Pesado o más alto (NF-H) 200-220 kDa. Estas tres proteínas a menudo se denominan "triplete de neurofilamentos" y aparecen siempre en el neurofilamento ensamblado (estos 3 son del tipo III). Alpha-internexin La alfa internexina (NF66) es una subunidad de tipo IV y se parece mucho a los anteriores, pero se expresa previamente en el desarrollo antes que los NF L,M y H y se puede encontrar en algunas neuronas en la aparente ausencia del triplete de neurofilamentos. Se descubrió más tarde que NF-L, NF-M y NF-H. 3.3. Ensamblaje de neurofilamentos 1. Cada subunidad se junta con otra subunidad formando dímeros (unión de dos monómeros), donde hay zona N-terminal y C-terminal. 2. Este dímero es polimerizado, una zona mas + y otra -. 3. Los dímeros se ensamblan formando tetrámeros de forma antiparalela → aquí se pierde la polaridad. 4. Los tetrámeros se asocian formando subfilamentos y los subfilamentos se unen formando fibras largas y más gruesas llamadas protofibrillas (filamento intermedio). Estas protofibrillas se agrupan y se entrelazan para formar la estructura final del neurofilamento, que es un filamento intermedio. Estos filamentos intermedios proporcionan estabilidad estructural y soporte mecánico a las neuronas, especialmente en los axones, ayudando a mantener su forma y facilitando el transporte intracelular. Entonces: cada dos subunidades individuales forman dímeros paralelos de α-hélice, enrollados en las zonas básicas de las “ super hélices” → Dos dímeros anti paralelos escalonados forman tetrámeros a través de interacciones entre los dominios en hélice 1a, 1b y 2a. Como resultado de esta disposición antiparalela, los NF carecen de polaridad → Dos tetrámeros asociados forman un subfilamento. Unidad del filamento: A través de una variedad de grados de ensamblaje intermedio, se procede a formar filamentos de Ocho tetrámeros de ~60 nm que se apilan de extremo a extremo para formar el filamento. 11 En el filamento: Los dominios C-terminal de NF-M y NF-H irradian hacia fuera debido a las extensas cargas negativas. Los heteropolímeros contienen NF-L + NF- M + NF-H. La alfa-internexina, Periferina y vimentina se pueden incorporar en neurofilamentos El ensamblaje de neurofilamentos se produce a lo largo del axón simultáneamente a su transporte y va ensamblando progresivamente, luego se une la plectina para asegurar las uniones en los ensamblajes. Las colas de los filamentos medianos y pesados se proyectan hacia fuera para unirse con otros filamentos. Esto ocurre por el grado de fosforilación, que se produce por unas kinasas y de esta forma no se pueden ensamblar. Al avanzar por el axón hay un gradiente de desfosforilación en la cabeza y fosforilación en la cola. Los filamentos son estabilizados por diferentes grados de fosforilación y por plectina 3.4. Formación de la red estabilizada del citoesqueleto Micrografía de inmuno-detección en microscopía electrónica. Los microtúbulos en rojo, los neurofilamentos en azul y las fibras cortas entre ellos en verde. La técnica del immunogold frente a plectina (amarillo) revelan que estas fibras contienen plectina. ➔ La fosforilación temprana en la cabeza (Nt) de los NF ocurre en el soma y previene el ensamblaje. ➔ En el transporte hacia el axón ocurre la defosforilacion de la cabeza Nt por la PP2A protein phosphatase 2A y la fosforilación de la cola (Ct). ➔ La fosforilación de la cola ocurre por MAPKs ,Erks, JNKs y p38 (MAPK14), que constituyen cascadas que respondan a GFs , entrada de Ca , señalización por integrinas y mielinización. Las MAPK (map kinasas) se activan por cascadas de estímulos externos como mielinización. 4. FILAMENTOS DE ACTINA Los microfilamentos de actina son polímeros polarizados implicados en procesos dinámicos como el establecimiento de neuritas (axones), crecimiento axónico, formación y modificación de las espinas dendríticas. La G-actina (actina globular, monomérica) y la F-actina (actina filamentosa, polimérica) son dos formas diferentes de la actina. Cada G-Act contiene un Mg2+ unido a ATP/ADP. 12  Solo es funcional unida a ATP o ADP. Es mas abundante unida a ATP y se adiciona en el extremo (+). 4.1. Dinámica de la actina Su formación, estabilidad y destrucción están regulados cuidadosamente en todas las etapas. Los monómeros de actina se pueden añadir a cualquiera de los extremos pero los cambios en los equilibrios de la dinámica de polimerización dependen de la asociación del ATP o ADP a la actina. El ATP-actina se añade normalmente al extremo (+) luego, en la F-actina el ATP se hidroliza para formar ADP-actina, y ADP-actina se desprende del extremo (-). Los filamentos se organizan en estructuras más complejas con la ayuda de Proteínas de Regulación de la Actina (ARPs). Las proteínas de unión a actina, pueden regular este proceso de distintas maneras y controlar la dinámica de los microfilamentos. 4.2. Proteínas de unión a la actina 1. Factores de nucleación que crean nuevos extremos (+) para el crecimiento. 2. Proteínas de tapado (capping) que bloquean el crecimiento y el desensamblaje. 3. Las antagonistas (anti-capping) de las proteínas de tapado. 4. Proteínas de corte. 5. proteínas estabilizadoras (asociación) de los filamentos, como las que ensamblan F-actina en estructuras de orden superior (por ejemplo, haces y redes) y las que anclan F-actina a regiones específicas de la membrana. Nucleadoras Factores de nucleación que crean nuevos extremos (+) para el crecimiento. FORMINA Proteína dimérica que se va a situar en el extremo (+) del filamento de actina INICIANDO su formación. ARP2 Interviene en la iniciación y la polimerización de los filamentos de actina. Especialmente importante en los puntos de ramificación y formación de redes (requiere activación de Wasp o Vasp) VASP/WASP: Factores para activar Arp de modo que este último inicie la polimerización de las subunidades de activa G en actina F. COMPLEJO ARP2/3: La primera nucleadora de actina que se descubrió. Es un complejo macromolecular compuesto por 7 subunidades y necesitan de VASP/WASP. 13  ○ El complejo imita estructuralmente un dímero de actina lateral y se piensa que requerirá un filamento preexistente (madre) del que se puede iniciar un nuevo filamento. ○ Por este método de crecimiento, Arp2/3 favorece la formación de superestructuras de actina ramificadas. ○ En la migración de células, la Arp2/3 ensambla la superestructura de actina muy ramificada del lamellipodio, en el borde de ataque. Intercambio ADP/ATP: PROFILINA Favorece la unión de monómeros de Actina G. Compite con la timosina. Pasa actina ADP a ATP para polimerizarla. Proteína secuestradora: TIMOSINA Proteína secuestradora de monómeros de Actina G. Permite reservar la Actina G evitando su polimerización para cuando se necesite. Acción complementaria de la profilina y la timosina en la polimerización de la actina: Proteínas de corte COFILINA: Proteína que despolimeriza la actina F uniéndose al extremo (-) liberando monómeros de actina G. GELSOLINA: Provoca la escisión y/o la despolimerización de filamentos de actina. También puede quedar unida al extremo (+) evitando que continúe la polimerización. La gelsolina y colifina rompen filamentos en presencia de iones de calcio.Estas proteínas permiten romper la corteza celular de actina por debajo de la membrana. La corteza permite la resistencia a fuerzas deformantes, pero permite cambios en la forma cuando es preciso. Proteínas de tapado (capping) CAPZ: Forma caperuzas en la actina en el extremo (+). Tropomodulina: Se une a la actina en el extremo (-) impidiendo el desensamblaje. 14 Proteínas estabilizadoras (asociación) TROPOMIOSINA: Estabiliza los filamentos de actina (entre otras funciones). Proteínas de unión a actina formadoras de haces o redes Forman enlaces cruzados entre los filamentos: FILAMINA, FIMBRINA, alfa-ACTININA, FASCINA. La actina puede disponerse en un gel fluido mediante las “proteínas formadoras de geles” – Filamina que establece enlaces cruzados entre los filamentos. La actina puede unirse en series apretadas de filamentos paralelos mediante “proteínas de atado” – Fimbrina, o en haces más separados – alfa-actinina. Proteínas de unión a actina de anclaje y adaptadoras Este grupo incluye la ACTININA, la VINCULINA, TALINA, FODRINA , DISTROFINA Y ESPECTRINA. Se unen a filamentos de actina y otras estructuras del citoesq. Las redes de filamentos de actina son capaces de dar soporte mecánico a la membrana celular y transducir señales gracias a su unión a la misma por medio de estas proteínas de anclaje. ESPECTRINA: Tetrámero mantiene la separación de los anillos de actina manteniendo la forma y diámetro en la región central del axón y en el segmento inicial mantiene la unión a proteínas de membrana a través de la ANKIRINA. Proteínas motoras asociadas a actina = q microtubulos de transporte. 4.3. Haces y redes de actina en la célula nerviosa Forma redes y haces que se concentran en las regiones más dinámicas. Forma zonas estructurales como el cortex, que mantienen la forma. Lo + imp de la actina → redes de actina de las neuronas. La actina está en las zonas más activas de las cels y tiene mayor plasticidad en filopodios, esquinas dendríticas y en la corteza. La corteza forma una estructura en la zona submembranosa y estabiliza la cel pero también permite cambios de forma. Los filopodios permiten cambios de forma. 4.4. La estructura del cono de crecimiento El borde de ataque consiste en filopodios en forma de dedo dinámicos que exploran el camino por delante, separados por láminas de membrana parecidos a velos llamados lamellipodios. En el cono de crecimiento se pueden diferenciar tres dominios según la distribución del citoesqueleto: 1. El dominio periférico (P): Con largos haces de filamentos de actina (F-actina), que forman los filopodios, así como las redes ramificadas de tipo malla de F-actina, que 15  dan la estructura para los lamellipodios. Además, microtúbulos individuales “pioneros” 'dinámicos exploran esta región, por lo general junto a los haces de F-actina. 2. La zona de transición (T) se encuentra en la interfaz entre los dominios P y C, donde las estructuras contráctiles de “actomiosina” (denominado arcos de actina) se encuentran perpendiculares a haces de F-actina y forman una anillo hemicircumferencial. 3. El dominio central (C) contiene haces estables de microtúbulos que entran en el cono de crecimiento axonal, además de numerosos orgánulos, vesículas y haces de actina centrales. La dinámica de estos componentes del citoesqueleto determina la forma del cono de crecimiento y el movimiento en su recorrido durante el desarrollo. 16