EL CITOESQUELETO

Algo ms que el esqueleto de la clula Dr. Hugo Solana FCV-UNICEN

Desde que el hombre pudo empezar a realizar las primeras observaciones de la clula y su

contenido, le fueron surgiendo inquietudes que fue resolviendo a medida que avanzaban sus

progresos cientficos. Cuando los cientficos de la poca pudieron

ver que en el interior celular existan otras estructuras les empez

a surgir una inquietud que empez a resolverse mucho tiempo

despus Esas estructuras internas (organelas) aparentemente estn

ubicadas dentro de la clula de una forma aparentemente

organizada. El ncleo en la mayora de las clulas se lo observa

generalmente ubicado en el centro del citoplasma y las dems

organelas distribuidas mas perifricamente no parecen estar

ubicadas de forma azarosa. Sumado a esto el hecho que, las

clulas, a pesar de estar envueltas en una membrana flexible (membrana plasmtica) no son esferas

perfectas como una pompa de jabn sino que dependiendo del origen del tejido en donde dicha

clula se incluye, van a tener diferentes formas (cbicas, cilndricas, con largas extensiones,

ahusadas, etc.).

La idea de un esqueleto celular empez a rondar en la cabeza de ciertos cientficos de la

poca. En los orgenes de los estudios de la clula existan dos grandes tendencias, los

microscopistas con hallazgos puramente observacionales en donde a travs

de tcnicas colorimtricas lograban discernir las diferentes formas y

estructuras de las organelas intracitoplasmticas. Sus progresos eran

absolutamente dependientes de los progresos

de la fsica y de los hallazgos de mejoras en

la ptica de los modestos microscopios de la

poca. Por otro lado existan los qumicos

que basaban sus experiencias en fenmenos

qumicos de estudio in vitro. As,

recopilando e integrando hallazgos, se lograron grandes avances de

las diferentes funciones de los principales componentes celulares.

En esa poca, un modesto bilogo microscopista present en una

reunin cientfica, ciertas imgenes de clulas (hechas de su puo y letra) en donde se observaba

que bajo ciertas condiciones colorimtricas de su creacin, en el

citoplasma de la clula se observaba una trama fibrosa que

transcurra a lo largo del mismo. Esa trama la consider como una

estructura fibrosa rgida que podra explicar no solo la distribucin

particular de las organelas en el

citoplasma sino que adems sera la

responsable del mantenimiento de la

forma celular. Esto, gener muchas

controversias dado que muchos de los cientficos de la poca lo

consideraron un artificio de la tcnica, negando la presencia de dicha

nueva estructura celular.

A mediados del siglo pasado (siglo XX), una nueva herramienta

irrumpe en las ciencias, el microscopio electrnico. Un nuevo campo observacional se abre a los

ojos del mundo y todos los cientficos quieren por fin, ver de cerca su organela favorita. Como

era obvio suponer, los continuadores de la escuela de nuestro modesto bilogo microscopista

http://bp2.blogger.com/_Ze5VOSDGmQI/SAjqVtjObNI/AAAAAAAAABY/1U7ByamI90Y/s1600-h/celula+eucariota.jpg

tomaron ciertas clulas y se pusieron a observar sus citoplasmas. Si lo observado por el bilogo era

un artificio veran un citoplasma limpio, pero si lo que haba dicho su maestro era verdadero, esos

filamentos descriptos por el cientfico se veran, y habran triunfado honrando la memoria de su

maestro. Y el modesto bilogo microscopista tena razn ya que desde las primeras observaciones

en el microscopio electrnico observaron que una trama fibrosa aparentemente irregular e

indefinida atravesaba el citoplasma de la clula. As, surge el citoesqueleto como una nueva

organela no membranosa.

El Citoesqueleto, algo ms que el esqueleto de la clula

Hasta hoy se conocen por lo menos tres componentes principales del citoesqueleto.

1) Los Filamentos Intermedios (FI) formados por la unin de diferentes protenas filamentosas

dependiendo del tejido en donde se presenten. Son de distribucin intracitoplasmtica e intranuclear

2) Los Microtbulos (MT) de distribucin solamente intracitoplasmtica y formados

fundamentalmente por la unin de dmeros de alfa y beta Tubulina

3) Los Microfilamentos (MF) de distribucin intracitoplasmtica y formados por la unin de

monmeros de Actina

LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS (FI)

Son los ms rgidos de los tres componentes del citoesqueleto. Algunos autores dicen que

en realidad estos son el verdadero esqueleto de la clula y que los otros dos deberan

llamarse la citomusculatura.

Ubicacin: Son en su mayora intracitoplasmticos y se

ubican principalmente en zonas de la clula

sometidas a tensin mecnica

Principales funciones:

Mantienen la Banda Z de la Sarcmera

Arman los desmosomas puntuales

Le dan estructura al citoplasma del Msculo Liso

Le dan resistencia a las prolongaciones nerviosas

Tipos:

NEUROFILAMENTOS en neuronas (Axn)

Filamentos de QUERATINA (Tonofilamentos) en epitelios

Filamentos de DESMINA en msculo

Filamentos de VIMENTINA en conjuntivo, sangre y linftico

Filamentos GLIALES en clulas de la Gla

LAMININAS NUCLEARES

Como se arma un Filamento Intermedio

UBICACIN Y FUNCIN DE ALGUNOS FILAMENTOS INTERMEDIOS

La Lmina Nuclear (Laminina) Las lamininas forman un entramado proteico que se ubica en la cara interna de la membrana nuclear

y que provee rigidez a la membrana y adhesin a la cromatina. Son los nicos componentes del

citoesqueleto de ubicacin intranuclear

(A) Esquema de la ubicacin de las lamininas nucleares y su relacin con la cromatina

(B) Microfotografa electrnica del entramado formado por las lamininas por debajo de la membrana nuclear

Los Tonofilamentos de los epitelios (Queratina) Los filamentos de queratina se entrelazan a lo largo del citoplasma de principalmente las clulas

epiteliales dndole rigidez y estructura al tejido epitelial.

Una de sus principales funciones es la generacin de los desmosomas tal como puede observarse

en el siguiente esquema de una clula intestinal y sus diferentes tipos de uniones intercelulares

(A) Microfotografa electrnica de una inmunofluorescencia de clulas epiteliales en cultivo utilizando como

marcador un anticuerpo monoclonal antiqueratina. Las flechas marcan las zonas de unin entre clulas

(desmosomas)

(B) Esquema de la interaccin intercelular entre clulas epiteliales

Los FI soportan los fenmenos de traccin mecnica que muchos tipos celulares deben sufrir al integrar cierto tipo de

tejidos. Son imprescindibles en el mantenimiento de la forma y funcin de las clulas musculares, de las epiteliales y de

ciertas prolongaciones de membrana como los axones y dendritas de las clulas nerviosas (neuronas)

Para explicar dicho fenmeno se dise el sig. experimento

Si uno desarrolla una monocapa de clulas epiteliales en dos placas de petri y a una de ellas se la trata con un reactivo que

desarme sus FI y luego tracciona a ambas monocapas sucede lo siguiente

MONOCAPA SIN TRATAMIENTO MONOCAPA CON TRATAMIENTO

(intacta) TRACCIN (flechas) (Sin FI)

Las clulas se mantienen intactas y juntas Desprendimiento de las uniones intercelulares y ruptura del tejido

RESULTADO

Este simple experimento verifica la importancia de los FI en no solo en el mantenimiento de la forma sino adems en la

integracin de clulas en tejidos.

INVOLUCRAMIENTO DE LOS FI EN LA CLNICA MDICA

Aunque parezca increble, pequeas variaciones en estos minsculos

habitantes del fondo de la clula pueden provocar graves enfermedades.

Por ejemplo

Existe una enfermedad hereditaria en donde los individuos portadores de

dicha enfermedad son extremadamente sensibles a la injuria mecnica

generndosele ampollas por el ms ligero contacto de algo rgido con su piel.

Se la conoce como Epidermolysis Bullosa Simplex (EBS) y es un defecto

gentico en la molcula de queratina siendo transmisible de padres a hijos. El

individuo nace con una queratina mutada y sin capacidad de funcin. La foto muestra dos grandes ampollas en el brazo de un individuo que padece dicha

enfermedad

Con similares caractersticas se pueden manifestar otras enfermedades

dependiendo de qu tipo de queratina es la afectada.

As, por ejemplo, cuando se ve afectada la Queratina 9 se producen alteraciones a nivel de la capa cornificada

y granular de la epidermis provocndose la Queratodermia epidermoltica plantopalmar restringindose las

lesiones a solo la porcin palmar de manos y pies.

Cuando la mutacin ocurre sobre la Queratina 1 y 10, se produce una excesiva queratinizacin con

resquebrajamiento y heridas ms profundas en las zonas de mayor contacto. Se ve afectada no solo la capa

granular sino tambin la capa espinosa. Esta enfermedad es conocida como Hiperqueratosis epidermoltica

Si la mutacin afecta la expresin de la Queratina 5 y la Queratina 14, las lesiones son ms profundas

afectando fundamentalmente la capa basal que se encuentra apoyada sobre la lmina o membrana basal. En

este caso las ampollas (blisters) se manifiestan prontamente desde el nacimiento y se generan ante el mnimo

contacto, roce o presin.

LOS MICROTBULOS (MT)

Son uno de los principales componentes del citoesqueleto y a diferencia de los FI en donde

dependiendo del tejido sern diferentes protenas las encargadas de armar el polmero, en este caso

TODOS los microtbulos de TODOS los tejidos estn formados por la polimerizacin de una

molcula proteica globular de 55Kd conocida como TUBULINA. Dicha

protena con ligeras diferencias entre si se encuentra fundamentalmente

bajo dos formas ( y tubulina) las cuales se asocian entre s formando

un dmero. La estructura polimerizada denominada microtbulo tiene

forma tubular hueca con un dimetro externo de 25 nm y un dimetro

interno de 14 nm. Dmeros de y tubulina se ensamblan

(polimerizan) formando un MT compuesto de 13 protofilamentos

ensamblados alrededor de un tubo hueco

Estos MTs a su vez pueden asociarse entre s para generar nuevas estructuras ms complejas.

A B

A B C

CENTROLO Los centrolos son unas estructuras intracitoplasmticas formadas por MTs. Su funcin es

coordinar desde el Centrosoma o Centro Organizador de MTs (COMTs) la divisin celular

controlando la creacin y funcin del Huso Mittico dirigido a

traccionar los cromosomas que recien duplicados deben migrar

organizadamente hacia polos opuestos de la clula en divisin. En

clulas en reposo (no mitticas) coordinan el COMT que en una

ubicacin perinuclear organiza el armado, crecimiento y desarmado

de los MTs citoplasmticos . Son estructuras cilindricas,

usualmente establecidas de a pares orientados en ngulo recto uno con

el otro. La pared de cada centrolo esta construida con nueve tripletes

de microtubulos interconectados

El interior de cada centrolo aparece vaco, excepto por la estructura en rueda de carro en un

extremo. Con microscopa electrnica (ME) pueden verse estructuras fibrosas que interconectan los

dos centrolos

El Centrosoma:

Es el Centro Organizador de MTs (COMTs) Se ubica en cercana al extremo negativo del MT y cercano al ncleo en clulas en interfase Tiene un importante rol en la organizacin de los MT Sirve como iniciador del ensamblamiento de los MT En Mitosis se duplica y comanda el Huso mittico

Se conoce otra molcula de tubulina con funcin especfica

Relativamente hace poco tiempo (menos de 15 aos) se conoci otra molcula de tubulina con una

importante funcin en la generacin de los nuevos MTs. A esta molcula se la denomin Gamma

Tubulina y con una ubicacin intracitoplasmtica y solo circunscripta a la zona del centrosoma.

Esta Gamma-Tubulina, es homloga a las y tubulinas, inicia el ensamblamiento de los MT

desde el centrosoma hacia la perifera de la clula. Para ello, varias copias (12-14) de Gamma-

tubulina se asocian en un complejo llamado grips (gamma ring proteins).

Este grips se ve al ME como una estructura de anillo abierto. El grips

evita que se intercambien dmeros en el extremo negativo del MT (lo

bloquea) y sirve de molde para que los dmeros cargados con GTP

(Tub-GTP) empiezen a polimerizar el nuevo MT .

Adems y mas recientemente, se han sido localizadas otras protenas en el centrosoma y asociadas

con los centrolos pero an no se conocen con certeza sus funciones especficas aunque

seguramente participen tambin en la creacin de los MTs crecientes. (Entre ellas se incluyen

centrina, pericentrina y nineina).

Centrosoma

Cada anillo de gamma tubulinas se apoya en la nube electroqumica que envuelve al par de

centrolos y en esas condiciones los dmeros de y utilizando el molde de las gamma tubulinas

comienzan a formar los nuevos MTs crecientes

POLIMERIZACIN DE TUBULINA (DMEROS) EN MICROTBULOS (POLMEROS)

Normalmente por una afinidad qumica, las molculas de y tubulina se encuentras asociadas

entre si formando un dmero soluble que se encuentra en el citosol (citoplasma soluble) de todas las

clulas eucariotas aunque son en el SNC donde se las encuentra en mayor cantidad ( mas del 20%

del total de protenas citoslicas de las neuronas son molculas de tubulina).

Como se inicia la polimerizacin?

En la molcula de Tubulina hay dos sitios de unin a GTP.

Cuando el dmero (Tubulina) recibe las molculas de GTP recien en esas condiciones est

capacitado para pasar a integrar el polmero (MT). Consumiendo uno de los GTPs consigue la

energia para unirse al MT y asi la estructura tubular comienza a crecer mientras los diferentes

dmeros solubles se van integrando.

Por su parte el MT tiene actividad GTPasa, o sea por el otro extremo se comienza a consumir el

segundo GTP

(ver animacin en la presentacin power point)

En estas condiciones se lo conoce como estado de crecimiento y mientras se dispongan de

dmeros solubles con GTP estos van a ir integrndose haciendo crecer el MT. Cuando no hay mas

dmeros o GTP disponibles, la actividad GTPasa del MT sigue avanzando (GTP TubGDP Tub)

Cuando la ltima molcula de GTP es consumida el sistema entra en estado de catstrofe

desarmndose totalmente el polmero liberndose todos los dmeros de GDP Tub. Cuando esas

molculas incorporar nuevo GTP (GDP TubGTP Tub) dichas molculas ya estn capacitadas

para armar un nuevo MT. Este sistema tan dinmico de armado y desarmado de MT se logra

simplemente regulando la presencia/ausencia de GTP y la disponibilidad de nuevos dmeros de

tubulina.

BIOMOTORES

Siempre fue una preocupacin de los investigadores de antao, el poder explicar el desplazamiento

de vesculas dentro del citoplasma. Nadie poda explicar cmo se provocaban esos desplazamientos

que para nada son errticos.

Cmo hacen las vesculas para desplazarse a lo largo de

los axones en las neuronas teniendo siempre un flujo

unidireccional?

Cmo hacen las vesculas citoplasmticas para desplazarse en forma sincronizada en el

movimiento de los lisosomas, en la secrecin de protenas de exportacin o simplemente en sus

viajes entre organelas (por ejemplo del RER al Golgi)?

Todo se fue aclarando cuando se lograron identificar ciertas protenas que son capaces de realizar

dichas funciones utilizando la trama del citoesqueleto como verdaderas vas de comunicacin.

A estas protenas se las conoce como BIOMOTORES y tiene funciones especficas dependiendo

de qu desplazamiento es el que se quiere llevar a cabo.

En el caso de los biomotores que involucran a los MTs se conocen al menos dos protenas

especficas, la Kinesina y la Dineina

Sabemos que en funcin de su construccin los MTs tiene una manifiesta polaridad conocindose

como extremo negativo (-) al extremo en ntimo contacto con el ring de gamma tubulinas en el

centrosoma perinuclear. El otro extremo del MT (el que crece a travs del citoplasma y con

direccin hacia la membrana plasmtica) es el extremo positvo (+).

Las kinesinas con un PM de 380 Da son la ms pequea de las protenas motoras que actan sobre los MTs. Son

protenas fibrosas de 80 nm de largo con una cabeza cuello

y cola y con una zona flexible que le da movilidad.

En su cola tiene una zona de afinidad que puede

interactuar con protenas integrantes de la membrana de la

vescula (Kinectina) y con su cabeza y con gasto de ATP

puede unirse a las tubulinas integrantes del MT.

De esta forma, las kinesinas caminan por encima de los

MTs pisando las tubulinas. Cada paso es de 16 nanmetros o sea 16 billonsimas

de metro!

Las Dinenas por su parte son otras protenas biomotoras que actan sobre los MTs. Son de mayor

tamao (2000 Da) y poseen 2 o 3 cadenas pesadas asociadas a varias cadenas livianas y pptidos

intermediarios. Su cabeza globular es el motor y a ella se une el ATP. Su porcin basal es la que se

une a otras estructuras o molculas.

Las Dinenas se encuentra de diferentes formas pero

TODAS a diferencia de las kinesinas se mueven hacia el

extremo negativo del MT viajando desde la periferia del

citoplasma hacia la zona perinuclear.

Para transportar una vescula desde la zona cercana a la membrana plasmtica hasta la zona cercana

al ncleo, dicha vescula debe tener ciertas protenas insertas en su membrana, esas protenas se las

conoce como Dinactinas.

En resumen en el siguiente esquema se ejemplifican los dos diferentes desplazamientos

involucrando a Kinesinas y Dineinas que interactuando con sus correspondientes protenas de

membrana de la vescula (kinectina y dinactina) se desplazan sobre el mismo MT en ambas

direcciones

(ver animaciones en el archivo power point)

CILIAS Y FLAGELOS

Existen en diferentes tipos celulares ciertas diferenciaciones de

membrana con una complejidad particular y que se involucran

en gran parte de los fenmenos que involucran el desplazamiento

de ciertas clulas o de ciertas molculas extracelulares.

Estas estructuras se las conoce como cilias y flagelos y ambas

poseen como biomotor una sociedad particular generada por la

asociacin de MTs con varias protenas asociadas formando la

estructura conocida como AXONEMA.

En esta estructura tan particular siempre por debajo de la

membrana plasmtica se encuentra un Corpsculo Basal que no

es otra cosa que un centriolo similar al descripto para la

coordinacin de los COMTs y el Huso mittico

A) Foto de un Paramecium donde se observan sus cilias encargadas de su

desplazamiento en medios acuosos

B) Foto del epitelio ciliado de la superficie externa del epitelio traqueal

C) Secuencia fotogrfica de la secuencia de movimiento de desplazamiento

de un espermatozoide de Erizo de Mar

Mientras que la disposicin del corpsculo basal es igual a la de los centriolos (9 tripletes de MTs

con un MT completo el A y dos incompletos, el B y el C)

El Axonema por su parte, posee una disposicin muy particular conocida como 9 ms 2 en donde

se ubican 9 pares de MTs perifricos incompletos (el MT A es completo pero se le asocia el MT B

incompleto) y un par central completo

Y como se genera el movimiento ondulatorio tan caracterstico de estas estructuras celulares?

Observes que las dineinas estn ancladas por sus colas en el MT completo de un par externo

(MT A) mientras que sus cabezas se acercan al MT incompleto del par adyacente (MT B). Entre

pares de MTs perifricos adems existen otras protenas conocidas como Nexinas que mantienen la

forma circular y fijan la estructura.

Cuando las Dinenas captan ATP, la cabeza de la misma se acerca

al MT adyacente y se une a tubulina comenzando a intentar

desplazarse de la misma forma que lo hace en el transporte

intracitoplasmtico (desde el extremo positivo hacia el negativo del

MT) pero como toda la estructura esta rgidamente sostenida por

las nexinas, el nico movimiento posible es la inclinacin del

flagelo

Al estar los MT inmovilizados por la nexina se produce el desplazamiento e inclinacin (Flexin).

Cuando se consume el ATP la dineina se suelta del MT B volviendo todo a la posicin inicial

INVOLUCRAMIENTO DE LOS MICROTBULOS EN LA CLNICA MDICA

Al igual que lo que ocurre con los FI, solo pequeas modificaciones de las molculas intervinientes

en su construccin, mantenimiento y funcin provocan grandes modificaciones que impactan a

nivel somtico.

Una enfermedad producida por la alteracin de los MTs es la conocida

como Sndrome del cilio inmvil que se manifiesta por Bronquiestasia,

Sinusitis e Infertilidad y que se produce porque fallan los brazos de la

Dineina por falta de Nexina

Una de las enfermedades ms caracteristicas y que se producen por una alteracin de los MTs se la

conoce como Sndrome de Kartagener. Los sntomas incluyen infecciones bronquiales supurativas

de carcter crnico y recurrente, acompaadas por sinusitis. El cuadro respiratorio se completa con

infertilidad en ambos sexos, mareos y aturdimiento general. La

corroboracin patognomnica se realiza cuando se practica una

Rx de torax y el individuo presenta Situs Inversus total o

parcial. Esta alteracin (el situs inversus) es de origen

embriolgico y a veces es hallazgo fortuito ya que cursa sin

sntomas aparentes. Se manifiesta por una disposicin anatmica

en espejo en donde todos o parte de los rganos asimtricos

(corazn, hgado, estmago etc.) se encuentran situados en el

lado contrario al que se encuentran en un individuo sano.

En el Sndrome de Kartagener estn alteradas todas las

estructuras donde existen cilios o flagelos. Estn involucrados el

epitelio de las vas respiratorias, los senos paranasales y las

trompas de Eustaquio (Cuadro respiratorio) y las trompas de

Falopio, oviductos y espermatozoides. (Cuadro de Infertilidad).

Las causas de dicha enfermedad se encuentran cuando se

descubre que existe una falla ciliar primaria debido a alteraciones

estructurales o funcionales en los microtbulos.

Faltan o fallan los brazos de la Dineina

Observese en la foto de ME un corte de un axonema de un

espermatozoide en donde se visualiza la falta de algunos

brazos de dineina

Otra enfermedad que tambin involucra a los MTs es el sndrome congnito de Chdiak Higashi , Los nios que han heredado este trastorno tienen entre otros sntomas un incremento de infecciones

en pulmones, piel y membranas mucosas con pronstico

reservado. Los adultos que sobreviven desarrollan alteraciones

nerviosas en las extremidades con cambios motores y sensoriales y

debilidad. En cuanto a sus causas,

los leucocitos no poseen la

capacidad de fagocitar bacterias.

Hay una alteracin de los MTs no

pudiendo realizarse con precisin el

desplazamiento de los grnulos.

Hay presencia de grnulos lisosomales gigantes en los GB. La

principal causa de este sndrome es la disfuncin de los lisosomas

primarios debido a anormalidades en los MT

Existe otra enfermedad que se manifiesta por lenta prdida

de la actividad motora principalmente de la musculatura

estriada con deterioro neuronal progresivo y muerte. Se la

conoce como Enfermedad de Alzheimer y se produce por

exceso de quinasas o falta de fosfatasas que provocan que la

Protena Tau (una de las protenas neuronales asociadas a

los MTs) est excesivamente fosforilada no pudiendo evitar

la despolimerizacion de los MTs en el extremo positivo del

axon .

Dentro de otras patologas de origen nervioso se encuentra la Demencia Frontotemporal, en donde

el paciente presenta alteraciones de la memoria y el lenguaje con incapacidad de realizar funciones

ejecutivas siendo la falla de la memoria la caracterstica ms importante. En este caso, existe

degeneracin de los lbulos frontales y temporales asociados a inclusiones intraneuronales (Pick

bodies) conteniendo protena TAU en exceso e hiperfosforilada. Las causas son generadas por una

mutacin en el gen que codifica para dicha protena generndose

una protena Tau anmala, incapaz de asociarse a los MT e

inactiva.

Demencia frontotemporal "sin cambios" con afectacin de

motoneurona: Desmielinizacin de la sustancia blanca.

Coloracin Luxol-fast-blue.

CONOCIENDO A LOS MICROTBULOS Y LAS MOLCULAS QUE SE LE ASOCIAN

PODEMOS CURAR ENFERMEDADES

El estudio y conocimiento de la Biologa Celular no solo capacita para el entendimiento de las

funciones especficas de las organelas que componen a las clulas sino que adems permite utilizar

dichos conocimientos para el desarrollo de estrategias de ataque a casi todas las enfermedades que

cursen con alguna alteracin a nivel celular. Se incluyen a continuacin algunas estrategias que ya

se aplican para al menos dos manifestaciones patolgicas muy distanciadas entre s de acuerdo a su

etiologa y cuadro.

Cmo podramos atacar al Cncer?

El cncer es una patologa conocida por todos. Se sabe que una clula cancerosa ha perdido

su capacidad de interactuar fisiolgicamente con sus pares. Adems, dicha clula maligna, antes de

llegar a su estado adulto se vuelve a duplicar descontroladamente no ejerciendo su funcin

especfica en el organismo enfermo. Debido a su malignidad, solo se dedica a reproducirse

compitiendo el espacio fsico con las clulas normales. Sus demandas energticas son enormes

comprometiendo primero la sobrevida del rgano y al final todo el organismo.

Si de alguna forma paramos la mitosis eso no frenara el desarrollo del tumor? Sabiendo el amplio involucramiento de los MTs en lo que es la divisin celular (mitosis) se

desarrollaron muchas drogas (conocidas como quimioterpicas) dirigidas a

controlar la divisin celular. Como las clulas malignas estn

continuamente en divisin son el blanco preferido de dichas drogas aunque

dichas drogas no pueden discriminar entre clulas enfermas y sanas

paralizando adems la mitosis de las clulas sanas. As se desarrollaron drogas como el Taxol y la Vinblastina que actan

inmovilizando o despolimerizando los MTs de dichas clulas.

Actualmente estas drogas estn indicadas para cncer de tero y tumor

venreo de Sticker respectivamente.

Se pueden crear drogas que ataquen a los parsitos?

Una enfermedad de amplio inters veterinario son las endoparasitosis ya que los endoparsitos

provocan grandes prdidas en los animales de compaa y en rodeos bovinos y ovinos entre otros.

Sabiendo que los MTs se encuentran en todas

las clulas eucariotas se desarrollaron en la

dcada del 50 ciertas drogas que que poseen

mayor afinidad por la tubulina del parsito que

por la tubulina del hospedador.

Hoy son una de las herramientas

fundamentales para la lucha antiparasitaria. Dentro de estas drogas los

benzimidazoles antihelmnticos son un claro ejemplo.

LOS MICROFILAMENTOS (MF)

El tercer componente del citoesqueleto (de los conocidos hasta hoy) se lo conoce como

Microfilamentos (MF) o Filamentos de Actina. Al igual que los MTs, los MF estn formados por

una nica unidad proteica que en este caso se la conoce como ACTINA.

Los monmeros de Actina en presencia de ATP adquieren la capacidad de incorporarse en el

polmero (MF). De esta forma la Actina G (globular) se transforma en Actina F (filamentosa)

(Ver animacin en el archivo power point)

Los MFs se asemejan a dos collares de perlas retorcidos en donde cada perla se corresponde con

una molcula de Actina

Su disposicin al igual que los MTs son exclusivamente intracitoplasmticos y realizan varias

funciones celulares especficas entre las cuales se destacan su participacin en las Miofibrillas de la

contraccin muscular, en la Reaccin Acrosomal del espermatozoide en su ingreso al vulo para

realizar la fecundacin, en la Citocinesis o estrangulamiento de la membrana plasmtica en una

clula en divisin, en los Microvilli o microvellosidades de la membrana de ciertas clulas de

absorcin, en los Estereocilios del odo interno, en los Desmosomas en Banda, en las Fibras de

Stress en clulas sometidas a presin o roce mecnico y en la Locomocin Ameboidea de ciertos

tipos celulares

Esta diversidad de funciones se explica por la participacin de diferentes protenas asociadas a los

MF tal como se desprende en el siguiente esquema

La mayora de las protenas asociadas a los MF actan armando diferentes estructuras en donde

los MF actan como material base. As las Tropomiosinas cofilamentan con los MF dndoles mas

rgidez para la realizacin de determinadas funciones, las Profilinas y la Gelsolina se unen a ciertas

molculas de Actina despolimerizando al MF, las Filaminas y Alfa actininas se enlazan entre MF

generando una estructura entramada ms laxa y capaz de retener agua (gelificacin). Las Fimbrinas

y Villinas son protenas enlazantes que generan estructuras ms rgidas y estables al unirse a varios

MFs a la vez en una disposicin conocida como atado de caas.

Los MF al igual que los MTs poseen protenas asociadas que actan como biomotores. En este caso

se las conoce como Miosinas que de igual manera que otros biomotores se desplazan sobre el

filamento en una direccin determinada. De esta forma interactuando entre dos MFs, la Miosina

puede generar desplazamientos anclndose en un MF y apoyando su cabeza en otro

O transportar una vescula especfica interactuando con un MF y una protena de membrana de la

vescula

FUNCIONES DE LOS MFs

Una de las partes ms interesantes del desarrollo de un embrin es la organizacin distribucin y

relocalizacin de ciertos tipos celulares que posteriormente sern los encargados de generar los

diferentes rganos y sistemas que integran un ser vivo al

nacer. Todo este fenmeno de desplazamientos de clulas

debe tener una precisin extrema dado que cualquier

modificacin en lo previsto terminar generando alguna

malformacin que seguramente llevar a la muerte fetal

Uno de los fenmenos ms difciles de entender en estos

estadios tempranos del desarrollo es la generacin de

estructuras huecas tridimensionales (tubos) a partir de un

tejido dispuesto en dos planos. Un claro ejemplo de ello es la

generacin del tubo neural que posteriormente dar cabida a

la columna vertebral

Y ac es donde trabajan los desmosomas en banda

Pero. qu es un desmosoma en banda?

Ciertos tipos celulares poseen en determinado lugar del citoplasma y adosado a la membrana

plasmtica una estructura filamentosa formada ntegramente por MF alineados

interactuando con miosina citoplasmtica.

Este cinturn no solo se ubica en una clula sino

que adems puede interactuar con las clulas

vecinas generndose una estructura ms compleja que integra

varias clulas adyacentes. Si este entramado de MFs se asocia con miosina, consumiendo ATP, las

miosinas realizan el desplazamiento de MFs cercanos acortando el largo final de la trama.

Las clulas sometidas a dicha traccin pierden su forma

cbica para tomar forma trapezoidal con una base ms ancha

que su porcin apical. Como resultado, el grupo de clulas en

donde se produjo la traccin son desplazadas del plano medio. Si la presin contina, el

acercamiento de los extremos desde donde comenz la traccin se hace tal que llegado un momento

puede desprenderse la fraccin tensionada y unirse los dos extremos que entraron en contacto

Como resultado final un tubo hueco se desprende de la parte inferior de la superficie plana que le

dio origen

Otro fenmeno particular que se desarrolla gracias a la participacin de los MFs es el conocido

como Citocinesis. Cuando una clula decide entrar en divisin una serie de pasos sincronizados

deben realizarse paulatinamente. Luego que los cromosomas ya duplicados son traccionados hacia

los polos a travs del huso mittico (via MTs), la clula debe dividirse en las dos clulas hijas

idnticas y es aqu donde nuevamente los MFs asociados a Miosina citoplasmtica cumplen su

funcin consumiendo ATP en dicho proceso.

Este proceso, al igual que el que ocurre en los desmosomas en bandas no es un fenmeno por

acortamiento de los MFs sino por el contrario es un fenmeno de desplazamiento entre MFs

cercanos.

En este proceso en particular fue demostrada la necesaria participacin de la Miosina. Para ello se

disearon experimentos in vitro de clulas en divisin pero en presencia de determinadas enzimas

hidrolticas que anularon la presencia de las miosinas. El resultado fue que las clulas iniciaron la

divisin normalmente pero al querer dividirse en 2 clulas hijas y no poder desarrollar la citocinesis

terminan en clulas binucleadas de citoplasmas grandes que no pueden continuar futuras divisiones.

Otro de los fenmenos mas interesntes que ocurren en ciertos tipos celulares es el conocido como

Movimiento Ameboide en donde a traves de este mecanismo, la clula puede desplazarse entre otras

clulas con un destino determinado para

lo cual emite prolongaciones

citoplasmticas conocidas como

pseudpodos (pseudo podo: similar a un

pie). Este medio de desplazamiento es el

utilizado por ciertos tipos de Globulos

Blancos (GB) que detectan por

quimiotaxismo la presencia de material

exgeno extrao (bacterias, virus,

partculas de tierra etc.). Debido a su

capacidad de emitir pseudpodos salen

de los vasos sanguineos y se dirigen al

encuentro del material extrao el cual

intentarn fagocitar. En esa lucha

siempre uno sale victorioso. Si el

ganador es el GB retornar a sangre con

el material fagocitado, pero si gana el material extrao, el GB no sobrevive a la lucha y se

transforma en Piocito siendo el principal componente de los que todos conocemos como Pus.

Por ello, siempre una herida infectada con pus habla de una lucha donde los GB van perdiendo.

La emisin de un pseudpodo se realiza gracias a la intervencin de varias proteinas asociadas a

MFs (Filamina, Villina y Gelsolina) que hacen variar la densidad del ectoplasma (region mas

periferica del citoplasma). Debido a diferentes presiones entre el medio interno celular y el

extracelular la clula en reposo mantiene su ectoplasma en forma de Actina Gel gracias a la

intervencin de la Filamina. Cuando la clula decide emitir un pseudopodo en esa zona deja de

actuar Filamina y actuan Villina y Gelsolina que en presencia de Ca+ desarman los MFs licundose

esa zona y pasando a los MFs al estado de Actina Sol.

Dado que la presin interna es mayor que la externa y debido a

la elasticidad de la membrana citoplasmtica, la membrana

comienza a estirarse hacia afuera siendo acompaada por

todo el contenido citoplasmtico. Una vez llegada a la distancia

adecuada, interviene nuevamente la Filamina gelificando esa

porcin, el extremo mas externo de la membrana se apoya en el

sustrato y la membrana se retrae traccionando toda la clula en

esa direccin.

Otra estructura celular que se incluye dentro de las diferenciaciones de membrana y en donde estn

involucrados los MFs son las Microvellosidades (Microvillis). Estas diferenciaciones son rgidas

prolongaciones de membrana que protruyen hacia la luz del rgano. Son por ejemplo, las

caractersticas prolongaciones que el epitelio intestinal emite hacia la luz del intestino para

aumentar la superficie de absorcin de la clula del epitelio intestinal.

Microvellosidades

A la izquierda se observa un clsico esquema de una clula epitelial del

intestino en donde se observan las microvellosidades las cuales incluyen

en su interior un entramado de fibras que actan de relleno para el

mantenimiento de la estructura en forma de dedo de guante. Ese

entramado a su vez interacta mas adentro del citoplasma con otras

fibras (los FI) generndose as una estructura muy rgida y estable.

Esa estructura en dedo de guante se consigue gracias a la coparticipacin de MFs asociados a

Villina y Fimbrina

Otro fenmeno biolgico en donde los MFs son los protagonistas es el conocido como Reaccin

Acrosomal. En el momento clmine de la generacin de un nuevo ser, millones de espermatozoides

pugnan por ingresar al interior del vulo, si esto no fuera finamente controlado miles de ellos

ingresaran aportando su batera cromosmica y por ende la necesidad de generar un nuevo ser 2n

formado por un n materno y un n paterno no se lograra. Para ello existen diferentes controles de

acceso que permiten el ingreso de un solo espermatozoide al interior del vulo. El vulo debido a

ello est envuelto en una triple pared que dificulta sobremanera el ingreso de cualquier elemento

externo.

Cubierta gelatinosa

Membrana Vitelina

Membrana Citoplasmtica

Los espermatozoides deben poder vencer dicha barrera pero de una manera controlada. Para ello

poseen en su cabeza un casquete (vescula) que contiene enzimas hidrolticas especficas, ese

casquete es conocido como Acrosoma o Vescula acrosmica. El espermatozoide adems posee por

debajo de la vescula acrosmica un pool de Actina G (Actina globular soluble). Cuando el primer

espermatozoide llega al vulo, al entrar en contacto con la cubierta gelatinosa, unos receptores

especficos insertos en la membrana dan una seal que desencadena lo que se conoce como

Reaccin Acrosomal.

Para ello su casquete se abre

desprendiendo las enzimas al medio

externo. Mientras las enzimas

liberadas comienzan a degradar la

cubierta gelatinosa del vulo, las

molculas de Actina G

(consumiendo ATP) comienzan a

asociarse rpidamente formando

MFs que alineados comienzan a

crecer en forma de estilete

La degradacin de la cubierta es tal

que el espermatozoide finalmente

entra en contacto con la membrana plasmtica fusionando ambas membranas en una sola (la M.

plasmtica del vulo y la del espermatozoide), en ese mismo momento los MFs polimerizados a

partir de la Actina G rpidamente se despolimerizan a Actina G soluble que se dispersa por el

citoplasma quedando el camino libre para el ingreso del ncleo del espermatozoide al citoplasma

del vulo.

Como hemos visto hasta ahora, los MFs asociados con diferentes protenas especficas pueden

realizar variadas funciones, pero todava no hemos visto todo. Una de las funciones ms

interesantes y complejas la realizan (con resultados visibles a nivel macroscpico) a nivel de un

tejido especialmente diseado, permitiendo que un ser vivo (mamfero, peces o anfibios) pueda

desplazarse en su medio. Son piezas fundamentales en la estructuracin del aparato locomotor al

ser parte primordial de la unidad contrctil del tejido muscular conocida como Sarcmera

LA SARCMERA

Como ya sabemos la miofibrilla (clula muscular) es una clula multinucleada alargada que est en

ntimo contacto con la adyacente y alineada en la misma direccin. Estas clulas consumiendo ATP

se contraen en forma independiente pero si

este fenmeno ocurre en forma sincronizada,

el resultado final es la contraccin de varios

cms. de extensin que ocurre finalmente en el

msculo

La unidad contrctil del tejido muscular se la

conoce como sarcmera y est formada

fundamentalmente por la asociacin de dos

componentes del citoesqueleto (MFs y FIs)

asociados con Miosina.

La asociacin de los MFs entre s genera un

filamento que se dispone a lo largo de la

sarcmera asociado a Tropomiosina y

Troponinas que

le dan rigidez a

la estructura

formada. Este filamento se lo conoce como Filamento Delgado y

est firmemente anclado a Filamentos Intermedios de Desmina

dispuestos en forma perpendicular a la direccin de la contraccin

(Banda Z). Por su parte las Miosinas se agrupan en forma alineada FILAMENTO DELGADO

generando los Filamentos Gruesos que se disponen paralelos a los Filamentos Delgados estando en

ntimo contacto con ellos.

Dichas Miosinas son protenas filamentosas que en un extremo tienen una

porcin globular (cabeza) con actividad ATPasa. Por debajo de ella existe

una porcin flexible que le permite a la molcula tridimensionalmente tomar

MIOSINA diferente posicin (flexionar el cuello).

El Filamento Grueso est formado por varias Miosinas

alineadas dejando las cabezas expuestas hacia el exterior del

filamento. Cuando la cabeza de la miosina recibe ATP se

produce una relajacin del cuello de la misma molcula

dndole afinidad para unirse a una molcula de Actina del FILAMENTO GRUESO

Filamento Delgado adyacente.

Una vez firmemente unida la cabeza de las miosinas a las actinas consumiendo el ATP incorporado

la miosina flexiona el cuello traccionando a todo el MF. (ver animacin en el archivo power point)

INVOLUCRAMIENTO DE LOS MICROFILAMENTOS EN LA CLNICA MDICA

Muchas de las patologas que involucran a los MFs estn dirigidas fundamentalmente al tejido

sanguneo y al muscular. Asi se conocen las Anemias Hemolticas Esferocitarias que se

manifiestan por anormalidades a nivel de los Glbulos Rojos (GR) con prdida de la forma y de la resistencia de los mismos. La causa que genera dicha

patologa es la presencia de mutantes de Espectrina,

(protena asociada a MFs en el GR responsable del

mantenimiento del entramado que por debajo de la

membrana plasmtica del GR mantiene la forma tan

particular de sta clula anucleada) Dicha mutacin de la

Espectrina provoca desde el nacimiento deficiencias de

la misma con alteraciones de la asociacin espectrina-

actina y deformaciones esferocitarias con prdida de la

capacidad de transporte de O2

A nivel de los msculos las deficiencias o alteraciones a nivel de

los MFs provocan Miopatas que afectan a la musculatura estriada

voluntaria y Cardiomiopatas con afeccin directa al msculo

cardaco

En las miopatas en general la alteracin se produce generalmente

porque aumenta la Alfa Actinina cercana a discos Z (FIs) y

asociada a protenas extracelulares como Vinculina y/o

Fibronectina . En cambio en las cardiomiopatas hay acumulacin

excesiva de Desmina (FI).

RESUMEN FINAL

Cada componente del citoesqueleto tiene una funcin determinada y a su vez puede

compartir funciones interactuando con algn otro componente

Todo lo que incluya movimiento o cambio de forma en la clula tiene involucrado

seguramente algn componente del citoesqueleto

Sus diferentes funciones van a depender de las diferentes asociaciones que realice con sus

protenas asociadas

Autor : Dr. Hugo D. Solana

Mayo 2011