Biologia cel·lular Laura Piñero Tema 17.pdf

BLOC D. FORMA I MOBILITAT CEL·LULAR: EL CITOESQUELET 214 TEMA 17. ASPECTES GENERALS DEL CITOESQUELET I FILAMENTS INTERMEDIS Definició: El citoesquelet és una xarxa de filaments proteics que s’estén per tot el citoplasma de les cèl·lules eucariotes. Es troba en el citosol. Està composat per tres...

BLOC D. FORMA I MOBILITAT CEL·LULAR: EL CITOESQUELET 214 TEMA 17. ASPECTES GENERALS DEL CITOESQUELET I FILAMENTS INTERMEDIS Definició: El citoesquelet és una xarxa de filaments proteics que s’estén per tot el citoplasma de les cèl·lules eucariotes. Es troba en el citosol. Està composat per tres tipus de filaments: microtúbuls, filaments intermedis i els filaments d’actina. Permeten organitzar la cèl·lula i els diferents compartiments, així com el moviment dels mitocondris, manté la forma de la cèl·lula... Funcions: • • • • Mantenir l’estructura de la cèl·lula. Determinar la forma i l'organització general del citoplasma. Responsable dels moviments cel·lulars. Permet el moviment de vesícules i, a la divisió cel·lular, dels cromosomes. Amb comassi blue es tenyeixen les proteïnes de blau i, per tant, podem veure el citoesquelet de la cèl·lula. Estructura dels components del citoesquelet 215 17.1 ESTRUCTURA DELS COMPONENTS DEL CITOESQUELET És una estructura molt dinàmica. Això és degut a que el citoesquelet són filaments formats per subunitats proteiques solubles. La polimerització de les subunitats proteiques formen els filaments. Aquestes es poden polimeritzar i despolimeritzar. Quan arriba un senyal a la cèl·lula, els filaments d’actina es despolimeritzen ràpidament i es reassemblen/reorganitzen els filaments a un nou lloc, per exemple per a captar un nutrient. Com que són solubles i petites es poden difondre ràpidament les subunitats proteiques i es pot reorganitzar el citoesquelet ràpidament. 17.2 MIGRACIÓ DE NEUTRÒFIL DARRERA UN BACTERI El neutròfil pot capturar el bacteri perquè aquest activa un estímul (senyal quimoatraients) a la cèl·lula que farà que es reorganitzi el citoesquelet/filaments d’actina. Un altre exemple: 216 17.3 FRAP (FLUORESCENCE RECOVERY AFTER PHOTOBLEACHING) ACTIN DYNAMICS IN DENDRITIC SPINES FRAP permet veure la dinàmica de les proteïnes d’una cèl·lula. Es marca una proteïna amb una molècula fluorescent. S’agafa una regió d’interès i s’incideix molta estona amb el làser amb la longitud d’ona de la molècula fluorescent. Fins que la molècula deixa de ser fluorescent (bleaching). Amb el pas del temps, veurem que si la proteïna és dinàmica, la seva posició inicial serà ocupada per altres proteïnes fluorescents. Si tornem a veure aquella zona fluorescent, és senyal que la proteïna és dinàmica. 217 Al llarg del temps podem veure com la fluorescència es va recuperant, o no (en funció de la seva dinàmica). Half time of equilibration ens permet saber com de dinàmica és, atès que indica el temps que triga a moure’s. Fracció immòbil: hi ha proteïnes que són poc mòbils. Gràfic: paràmetres per determinar la dinàmica de la proteÏna. Els filaments d’actina no només es poden despolimeritzar i polimeritzar, sinó que també es poden reunir en llocs concrets de la cèl·lula. Un exemple clar és en la divisió cel·lular. L’actina separa les cèl·lules, els filaments intermedis també es desorganitzen per permetre la divisió del nucli, els microtúbuls formen el fus mitòtic per a separar els cromosomes. L’actina polimeritza, després, a la part entre les dues cèl·lules filles, per a escanyar-les i separar-les. Altres tècniques per a estudiar-lo són la immunofluorescència, la microscòpia electrònica (deepetching), microscopia confocal de fluorescència. 218 17.4 TIPUS DE FILAMENTS DEL CITOESQUELET 17.4.1 MICROTÚBULS Cilindres buits per dins, de 25nm diàmetre. Funcions: • Posicionament dels orgànuls. • Dirigir el transport vesicular. • Formar el fus mitòtic. • Estructura del cilis i flagels. • Formen part dels centriols i corpuscles basals. Polimeritzen, estan formats de tubulina. 17.4.2 FILAMENTS D’ACTINA O MICROFILAMENTS Format per subunitats d’actina globular. Poden produir feixos d’actina, contribueixen a formar els sarcòmers, les fibres d’estrès (s’uneixen a la membrana de la cèl·lula i els permet mantenir una forma concreta). Funcions: • Moviment cel·lular. • Manté la forma cel·lular. Diàmetre: 5-9 nm. 219 17.4.3 FILAMENTS INTERMEDIS Només estan presents en organismes animals pluricel·lulars. Tenen un diàmetre de 10nm. Funció: • Resistència mecànica. Per tant, seran molt importants pels músculs, pels epitelis, que han de resistir pressions mecàniques molt fortes, i les neurones. Els filaments intermedis de les neurones s’anomenen neurofilaments, mentre que en els les cèl·lules epitelials s’anomenen queratines. 220 És molt important la seva organització entre els diferents tipus de filaments. Per exemple, en les cèl·lules epitelials mantenen la seva polaritat. Han de mantenir la forma correcta per fer una mena de barrera perquè passin els nutrients d’una part a l’altra de forma correcta. Les tight junctions permeten mantenir les cèl·lules unides i els filaments impedeixen que es barregin les parts apicals i basals. 17.5 PROTEÏNES ACCESSÒRIES DEL CITOESQUELET Per ells sols, els filaments no poden actuar. Neccesiten les proteïnes accessòries, les quals: • Possibiliten diferents funcions dels filaments a diferents llocs de la cèl·lula. 221 • Regulen la polimerització i despolimerització dels filaments. • Proteïnes motores (moviments). • Permeten la unió dels filaments amb ells mateixos i amb altres tipus de filaments amb altres estructures cel·lulars (organizació 3D, cross-link). Hi ha les MAPs (microtubule-associated proteins), que són les proteïnes associades als microtúbuls; les ABPs (actin-binding proteins), unides als filaments d’actina; i les IFAPs (Intermediate FilamentAssociated Proteins), dels filaments intermedis. 222 17.6 FILAMENTS INTERMEDIS Són filaments molt forts i persistents. Funció: resistència mecànica (no implicats en el moviment de la cèl·lula). Diàmetre: 10nm. Formen una xarxa al voltant del nucli i s’estenen cap a la perifèria de la cèl·lula, on arriben a interactuar amb la membrana plasmàtica. Formen la làmina nuclear, que es desorganitza durant la mitosi. La làmina nuclear protegeix el nucli, el material genètic hereditari. Fins i tot està present en cèl·lules vegetals (tot i que no tenen filaments intermedis citoplasmàtics, només a la làmina nuclear). Són importants en cèl·lules sotmeses a tensions mecàniques: cèl·lules musculars, nervioses i epitelials. Permet la morfologia de l’epiteli, per exemple, que sigui una barrera efectiva. Perquè es mantingui la unió entre cèl·lules hi ha els desmosomes, amb queratina. Així mateix, les tight junctions mantenen la polaritat de les proteïnes de cada zona de la cèl·lula epitelial. 223 17.7 FORMACIÓ DELS FILAMENTS INTERMEDIS Hi ha molts tipus de filaments intermedis en funció de la subunitat que els forma. Són proteïnes monomèriques fibroses, helicoïdals. Tenen una regió anomenada coiled-coll, per a reconèixer-se entre elles i formar dímers. Tot i que la únitat bàsica, que realment es polimeritza, és el tetràmer (unió de 2 dímers). Quan s’uneixen dos monòmers per a formar un dímer, s’uneixen de manera paral·lela (COOH amb extrem COOH). Però el tetràmer s’uneix de manera antiparal·lela, a més d’esbiaixada. Els extrems dels dos dímers dels tetràmers queden desplaçats, de manera que els extrems del tetràmer queden iguals: els dos extrems són NH2. Els tetràmers s’associen en grups de 8, que units formen el filament. Pel que hem dit abans, els dos extrems del filament són iguals (NH2); de manera que no estan polaritzats. Per això, els filaments intermedis són dinàmics, però també bastant estables. Les interaccions entre els diferents tetràmers són unions hidrofòbiques, ponts d’hidrogen. Són molt resistents, es poden estirar, flexionar, sense trencar-se. • Filaments no polaritzats • Poques unitats bàsiques lliures a la cèl·lula. Hi ha cinases a l’extrem N terminal que regulen la polimerització i despolimerització, amb fosforilacions. Al fosforilar-los, despolimeritzen. Per exemple, perquè es desorganitzi la làmina nuclear i es puguin separar els cromosomes en la mitosi. Un cop acabada la divisió, actuen fosfatases, que treuen el fosfat perquè tornin a polimeritzar. 224 17.8 PROTEÏNES ASSOCIADES ALS FILAMENTS INTERMEDIS (IFAPS) Per tal que els filaments intermedis facin les seves funcions, s’han de fixar. Calen proteïnes accessòries anomenades IFAPs perquè puguin polimeritzar-se o localitzar-se en un lloc concret de la cèl·lua. Perquè es mantinguin en una geometria determinada. 17.9 CLASSES DE FILAMENTS INTERMEDIS • Filaments de queratina. Hi ha queratines de tipus I (28 tipus) i II (26 tipus). Es troben al citoplasma de les cèl·lules epitelials i els seus derivats, per exemple cabell i ungles. Funció: resistència mecànica. • Filaments de vimentina. Al citoplasma de les cèl·lules mesenquimals. Formen homopolímers. Es pot trobar desmina en músculs, GFAP en les cèl·lules glials (astròcits, Schwann). Protegeix i dona suport estructural. 225 • Neurofilaments. Específics de l’axó de les neurones (NFL, NF-M, NF-H). Perquè els axons puguin recórrer distàncies llargues. Fins i tot tenen prolongacions per quedar més units entre ells. Plectina: proteïna accessòria dels filaments intermedis. En groc a la imatge, és l’anti-pectina, per tant marca on està la plectina. Aquesta permet la unió entre els filaments i la interacció entre ells. • Filaments de làmines. Formen la làmina nuclear a la cara interior de la membrana nuclear i donen resistència al nucli, la qual es desorganitza durant la mitosi. Es creu que la làmina nuclear és l’origen evolutiu de la resta de filaments intermedis citoplasmàtics. Les làmines també intervenen en la transcripció del DNA. 226 Làmina nuclear vista per sota/part interna. SUN1 i SUN2 contacten amb proteïnes transmembrana de la membrana externa de l’embolcall nuclear. A través d’aquestes proteïnes accessòries, els filaments intermedis queden units a la membrana nuclear. En resum: Els filaments intermedis citoplasmàtics només es troben en cèl·lules animals. 227 17.10 MALALTIES ASSOCIADES ALS GENS DE LES QUERATINES Si hi ha mutacions en els gens de les queratines, aquestes no presenten tanta resitència, i l’epidermis, així com els esòfags o epitelis intestinals, es veuran afectats. Com que cada queratina té una composició diferent, si es troba queratina d’una part del cos que no forma part d’aquell teixit, veiem que el tumor prové de la metàstasi d’un tumor primari format en el teixit d’on és pròpia aquella queratina. 228