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Antiguo 17 April 2005   #1
protomedicos
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Fecha de Alta: Sep 2004
Mensajes: 174
Mensaje BCH: Biología celular y molecular del centrosoma


Título: “Biología celular y molecular del centrosoma”
Autores: Carreres Ortega, Ainoa; Cigüenza Sancho, Mónica; Cigüenza Sancho, Sonia
Tipo de trabajo: Trabajo (01)
Asignatura: (BCH) Biología Celular e Histología
Fecha: Mayo de 2004
Profesor: Joaquín Rueda
Universidad: Universidad Miguel Hernández (UMH)
Curso: 1º de Medicina
Extensión: 31 páginas (9.405 palabras)
Código de publicación en Protomedicos.com: 050200301

Resumen del contenido:
Trabajo descriptivo sobre el Centrosoma, una organela de las células, desde el punto de vista de la Biología Celular e Histología.

Esquema del contenido:
1.- INTRODUCCIÓN

2.- DESARROLLO
2.1.- BIOLOGÍA MOLECULAR
2.1.1.- ESTRUCTURA: Microtúbulos y tripletes
2.1.2.- ESTRUCTURAS ASOCIADAS: Diplosoma y satélites pericentriolares
2.1.3.- PROTEÍNAS: Estabilizadoras o inestabilizadoras
2.1.4.-PROTEÍNAS DE LA MATRIZ CENTROSOMAL
2.1.5.- PROTEÍNAS MOTORAS: Quinesinas y dineínas
2.1.6.- FÁRMACOS QUE AFECTAN A LOS MICROTÚBULOS

2.2.- BIOLOGÍA CELULAR
2.2.1.- EL CENTROSOMA
2.2.2.- CICLO DEL CENTRIOLO
2.2.3.- FUNCIONES
2.2.4.- MICROTÚBULOS COMO DERIVADOS CENTRIOLARES
2.2.5.- ANORMALIDADES


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Úlima edición por protomedicos fecha: 29 May 2005 a las 21:10.
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Antiguo 1 May 2005   #2
Noel Rojas
Redactor/a Protomedicos.com
 
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Fecha de Alta: Oct 2004
Localidad: Playa de San Juan - Alicante
Mensajes: 161
Trabajo completo en modo texto

He aquí el trabajo BCH: Biología celular y molecular del centrosoma publicado completo en modo texto por si alguien necesita consultar algún aspecto directamente sin bajarse el archivo.

BIOLOGÍA CELULAR E HISTOLOGÍA GENERAL 1º MEDICINA, Universidad Miguel Hernández curso 2003- 2004 BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR DEL CENTROSOMA Nº exp. - Carreres Ortega, Ainoa 1523 - Cigüenza Sancho, Mónica 1428 - Cigüenza Sancho, Sonia 1429
ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN 2.- DESARROLLO 2.1.- BIOLOGÍA MOLECULAR 2.1.1.- ESTRUCTURA: Microtúbulos y tripletes 2.1.2.- ESTRUCTURAS ASOCIADAS: Diplosoma y satélites pericentriolares 2.1.3.- PROTEÍNAS: Estabilizadoras o inestabilizadoras 2.1.4.-PROTEÍNAS DE LA MATRIZ CENTROSOMAL 2.1.5.- PROTEÍNAS MOTORAS: Quinesinas y dineínas 2.1.6.- FÁRMACOS QUE AFECTAN A LOS MICROTÚBULOS 2.2.- BIOLOGÍA CELULAR 2.2.1.- EL CENTROSOMA 2.2.2.- CICLO DEL CENTRIOLO 2.2.3.- FUNCIONES 2.2.4.- MICROTÚBULOS COMO DERIVADOS CENTRIOLARES 2.2.5.- ANORMALIDADES 3.- BIBLIOGRAFÍA
1.- INTRODUCCIÓN Todas las células tienen una polaridad. Esto es particularmente evidente en las células eucariotas, donde un citoesqueleto organizado diferencia las partes de la célula. Por ejemplo las células epiteliales la posición del centrosoma en relación con el núcleo define un eje estructural que indica la polaridad funcional de la célula. Los microtúbulos (MTs), a causa de su polaridad intrínseca, están bien cualificados para tomar parte en la polaridad celular. Y el centrosoma, la organela que organiza los MTs en haces útiles, es por lo tanto fundamental para el establecimiento de la polaridad en la célula. En efecto, esta polaridad funcional es mantenida en parte por la organización de los MTs que se originan en los centrosomas y por tráfico de vesículas que ocurre a lo largo de estos microtúbulos. El término de centrosoma data del siglo XIX, cuando los biólogos celulares Boveri y van Beneden descubrieron que las células que estudiaban tenían una estructura en el centro de la que emanaban fibras. No estaba presente en las angiospermas. Esta estructura se duplicaba antes de la mitosis y formaba los polos del huso mitótico. Como el centrosoma fue definido por primera vez por su morfología más que por su función, las organelas que cumplen la misma función en otros organismos, pero que tienen un aspecto diferente, reciben nombres distintos (en la levadura se habla de corpúsculo polar del huso). El término centro organizador de microtúbulos se emplea para referirse a estas organelas. El centrosoma es el mayor centro organizador de microtúbulos presente en todas las células animales. A partir de él, los nuevos microtúbulos crecen hacia la periferia formando una pequeña estructura con forma de estrella conocida como áster. Se localiza al lado del núcleo, y está formado por dos estructuras cilíndricas, los centriolos, dispuestos perpendicularmente entre sí y rodeados, tanto en interfase como en metafase, por un material amorfo, el material pericentriolar o matriz centrosomal, región del citoplasma que se tiñe oscuro cuando se observa con un microscopio electrónico. Aparece como una red de pequeñas fibras cuando se observa en las mejores micrografías. Es la parte del centrosoma encargada de la nucleación y polimerización de microtúbulos. La extensión del material pericentriolar, y por lo tanto la del centrosoma, es difícil de determinar. La cantidad de material pericentriolar cambia durante el ciclo celular alcanzando un pico en la transición de la metafase a la anafase y el punto más bajo en la telofase. Muchas de las proteínas del material pericentriolar tienen un lado tanto citoplasmático como centrosomal y los cambios en las cantidades de material pericentriolar ocurren seguramente por reclutamiento de material citoplasmático durante la mitosis. Esta matriz contiene anillos de γ-tubulina, a partir de los cuales se produce el crecimiento de los MTs. Se trata de una nucleación polarizada, ya que nos encontramos dos extremos diferentes, opuestos: el (-) está fijado en el centrosoma, creciendo a partir del anillo de la γ- tubulina, mientras que el extremo (+) está libre en el citoplasma. El centrosoma interviene en la formación y regulación del aparato mitótico, y es responsable del reparto cromosómico equitativo. La división celular tiene lugar gracias al huso mitótico, de origen centriolar. Pero no todos los centros organizadores constan de centriolos:
Por ejemplo, los ovocitos de ratón carecen de ellos durante las primeras 5 divisiones mitóticas del desarrollo embrionario. Las células mitóticas de plantas superiores tampoco los tienen. En hongos y diatomeas, el centro organizador es una placa llamada corpúsculo polar del huso, situada en la envoltura nuclear. Los centriolos son estructuralmente similares a los corpúsculos basales, que se encuentran en la base de los cilios y flagelos eucarióticos. En algunos organismos (Chlamydomonas, por ejemplo) la misma estructura actúa como corpúsculo basal en la interfase y centrosoma en la mitosis Los corpúsculos basales también actúan como centros organizadores, ya que intervienen en la formación del axonema de los cilios y flagelos. Así, en la regeneración o formación de cilios, los microtúbulos del axonema crecen a partir de los del corpúsculo basal. Durante la fertilización, en la mayoría de animales, los corpúsculos basales del espermatozoide se convierten en el primer centrosoma del huevo. Sin embargo, todos los centros organizadores poseen una matriz que nuclea la polimerización de los microtúbulos, formada por γ- tubulina y otras proteínas. 2.- DESARROLLO 2.1.- BIOLOGÍA MOLECULAR: 2.1.1.- ESTRUCTURA: Microtúbulos y tripletes El centriolo está formado por nueve tripletes de microtúbulos, los cuales se orientan adoptando una forma en espiral. Tiene forma cilíndrica, de 0'15 a 0'25 µ de ancho y de 0'3 a 7 µ de longitud. La pared tiene 0'04 o 0'05 µ de espesor, y es densa a los electrones. La parte proximal es la más cercana al núcleo y la distal va hacia la periferia. Las técnicas de tinción negativa afirman la existencia en los túbulos de microfilamentos paralelos al eje del túbulo. El nº de protofibrillas es fijo para microtúbulos con el mismo origen, pero cambia de una especie a otra (de 9 a 14). 2.1.1.1.- Microtúbulos: Su descubrimiento se debe al microscopio electrónico. Son formaciones alargadas, de 250 Å de diámetro, y constituyen una parte del citoesqueleto. El microtúbulo es un cilindro hueco, rígido, formado por 13 protofilamentos alineados en paralelo. Los MTs centriolares son ensamblados a partir de α- y β-tubulina y también requieren γ-tubulina. La γ-tubulina es cuantitativamente menor que las tubulinas α y β. Además tiene una localización diferente ya que sólo está presente en los COMTs, sin embargo, tiene una gran importancia funcional ya que juega un papel central en la nucleación de los MTs al interaccionar con se extremos (-). Los MTs centriolares son muy estables, a diferencia de los MTs citoplasmáticos, cuya principal característica es la inestabilidad dinámica. La estabilidad de los centriolos deriva de las modificaciones post traduccionales que sufren los microtúbulos centriolares como la acetilación y la glutamilación de la tubulina. La centrosfera que representa la extensión de la matriz centrosomal corresponde a la existencia de varias redes de proteínas diferentes.
- Las subunidades de tubulina están creando filamentos que son polares: Los microtúbulos están formados de subunidades de una proteína llamada tubulina. La subunidad de tubulina es un heterodímero formado de dos proteínas globulares, α- tubulina y β- tubulina cada una con una masa molecular de unos 50kDa.. Las dos tienen una estructura muy similar: un centro de dos hojas beta rodeado de hélices alfa. Cada subunidad está formada por 450 aminoácidos y organizada en tres dominios estructurales separados por un sitio sensible a las proteasas. Las dos subunidades están unidas por un por un enlace no covalente muy fuerte. La tubulina es una proteína muy conservada. Cada monómero α ó β tiene un sitio de unión para una molécula GTP. La GTP unida al monómero de α- tubulina está físicamente atrapada en el dímero y nunca podrá ser hidrolizada o cambiada, por lo que puede considerarse parte integral de la estructura del heterodímero (tiene un papel estructural). El nucleótido de β- tubulina, sin embargo, puede tener tanto GTP como GDP, y es intercambiable. La hidrólisis de este GTP, situado en la región N-terminal, está asociada a la polimerización del siguiente heterodímero. El GTP se hidroliza cuando la tubulina se oligomeriza. Los últimos heterodímeros en polimerizarse, los del extremo (+), contienen todavía GTP, mientras que este GTP permanezca unido, el MT es estable y no se despolimeriza. Cuando el GTP es hidrolizado la estructura se desestabiliza y el MT se despolimeriza. La unión y la hidrólisis de GTP tiene como efecto la heterogeneidad entre los MTs, puesto que la alteración reversible de la molécula de tubulina conduce a un ensamblaje y a una estabilidad diferenciales de los MTs. Modelo molecular de un dímero de α-β-tubulina A lo largo del eje longitudinal de un microtúbulo, una β- tubulina forma una interfase con la unidad α del dímero adyacente. Perpendicular a estas interacciones, los contactos laterales, están formados entre protofilamentos vecinos. En esta dimensión, los contactos principales son entre monómeros del mismo tipo (α-α y β-&#946. Cada protofilamento en un microtúbulo está ensamblado con las subunidades en la misma dirección, y ellos mismos están alineados en paralelo. Por lo tanto el microtúbulo tiene una polaridad estructural, con α-tubulinas en un extremo y β- tubulinas expuestas en el otro extremo.
Los nucleótidos se marcan en rojo la figura siguiente: - Los dos extremos de un microtúbulo crecen en diferentes proporciones: La polaridad estructural viene dada por la orientación regular y paralela de todas sus subunidades. En un filamento polar, la proporción cinética de las constantes de asociación y disociación son mucho más grandes para un extremo que para el otro. El más dinámico de los dos extremos de un filamento, donde crecimiento y desensamblaje son rápidos, se llama extremo (+), y el otro se llama extremo (-). En los microtúbulos, las subunidades α están expuestas en el extremo (-), y las β en el extremo (+). La elongación de los filamentos sucede espontáneamente cuando el cambio de energía libre para la adición de subunidades solubles es menor de 0. Este es el caso cuando la concentración de subunidades en solución excede la concentración crítica. Del mismo modo la despolimerización sucede espontáneamente cuando la energía libre es mayor de 0. Una célula puede acoplar procesos energéticamente desfavorables con estos procesos espontáneos, así, la energía libre producida en procesos espontáneos puede ser utilizada para hacer trabajo mecánico. Por ejemplo, la elongación de microtúbulos puede empujar la membrana, y la rotura de microtúbulos ayuda a la separación de los cromosomas mitóticos de sus hermanos durante la anafase.
- Inestabilidad: Además de su capacidad para formar polímeros no covalentes las subunidades de tubulina también son enzimas que catalizan la hidrólisis de GTP. Para las subunidades libres esta hidrólisis ocurre muy despacio, sin embargo, se aceleran cuando las subunidades se incorporan a los filamentos. Justo después de la incorporación de la subunidad, el grupo fosfato libre se libera de cada subunidad, pero el nucleósido difosfato permanece en la estructura del filamento entre dos subunidades vecinas. Así, pueden existir dos tipos diferentes de estructuras, una con la “forma T” con GTP unido, y otra con “forma D” con GDP unido. En células vivas, la mayoría de subunidades libres están en la forma T. Si la proporción de la adición de subunidades es baja, la hidrólisis del nucleótido puede ocurrir antes de que la siguiente subunidad sea añadida, y el tipo de filamento será entonces de la forma D. La rápida interconversión entre un estado de crecimiento y otro de rotura, con una concentración uniforme de subunidades libres, se denomina inestabilidad dinámica. El cambio a una rotura rápida se llama catástrofe, mientras que el cambio hacia el crecimiento se llama rescate. Para los microtúbulos, la diferencia estructural entre el extremo con forma T y el extremo en forma D es dramática. Las subunidades con GTP unidas al monómero β producen protofilamentos derechos que fortalecen los contactos laterales. Pero la hidrólisis de GTP a GDP se asocia con un cambio conformacional sutil en la proteína, que curva a los filamentos. En un rápido crecimiento del MT, el casquete de GTP fuerza la curvatura de los protofilamentos, y los extremos se muestran derechos. Pero cuando las subunidades terminales hidrolizan sus nucleótidos, esta constricción desaparece y los protofilamentos se curvan.
- La inestabilidad dinámica requiere energía pero es útil: A primera vista, este comportamiento dinámico de los filamentos parece un gasto de energía. Para mantener una concentración constante de MT, la célula debe hidrolizar grandes cantidades de nucleósidos trifosfato. Las subunidades individuales son pequeñas y pueden difundir muy rápidamente atravesando el diámetro de una célula eucariota típica en un segundo o dos. El paso limitante en la formación de un nuevo filamento es la nucleación, así que estas subunidades difundidas tienden a ensamblarse en uno de los extremos de filamentos preexistentes o en sitios especiales donde la nucleación es catalizada por proteínas especiales. En ese caso los nuevos filamentos son altamente dinámicos, y menos estables. 2.1.1.2.- Tripletes Cada túbulo se designa con A, el más interno, B, el intermedio y C el más externo. A y B tienen una pared común y B y C también. Cada uno de estos túbulos tiene un diámetro de 200 a 260 Å. A y B comparten 3 o 4 microfilamentos, lo mismo que B y C. A es de sección circular y B y C son semilunares. Las uniones entre tripletes adyacentes se producen gracias a los puentes densos de una proteína entre los túbulos A y C. El centro de la parte distal de un centriolo lo ocupa un cilindro de material opaco hacia el que se dirigen líneas densas que se insertan en los túbulos A. Esta estructura se denomina "rueda de carreta".
2.1.2.- ESTRUCTURAS ASOCIADAS: Diplosomas y satélites pericentriolares: - DIPLOSOMA: el centriolo se asocia a otro centriolo situado muy cerca de él, en la vecindad del núcleo o cerca de la superficie de algunas células. Suelen tener una disposición perpendicular. - SÁTELITES PERIOCENTRIOLARES: son opacos a los electrones, y pueden ser de dos tipos: A) Mazas, 9 esferas de 400 a 700 Å de diámetro, vecinas al centriolo y unidas a los microtúbulos. B) Apéndices estriados, 4 brazos densos se extienden radialmente a partir de la pared de cada centriolo, cuando éstos se separan 0'8 µ. Es donde penetran los microtúbulos. 2.1.3.- PROTEÍNAS: Estabilizadoras o inestabilizadoras:
- Las proteínas que se unen a los filamentos pueden estabilizarlos o
desesta
e el filamento está formado por nucleación y elongado a partir de las
subuni
Ts se llaman colectivamente
MAPs
se
bilizarlos: Una vez qudades, su estabilidad y propiedades mecánicas se ven a veces alteradas por un grupo de proteínas que se unen a los lados del polímero. Las proteínas que se unen a ambos lados de los M (proteínas asociadas a microtúbulos). Como la droga Taxol, las MAPs pueden estabilizar la estructura. También pueden mediar en la interacción con otros componentes celulares. Este grupo de proteínas se encuentra sobre todo en neuronas. Estas MAPs tienen al menos un dominio que se une a la superficie del MT y otra que proyecta al exterior. La longitud del dominio que se proyecta determina cómo de compactados están los MTs con las MAPs. Las células en las que predominan las MAP2, con un dominio que se proyecta largo, forman un ramillete de MTs estables ampliamente espaciados, mientras que las células con proteínas TAU, con un dominio mas corto, forman ramilletes de MTs muy compactados. Cuando cualquier MAP es añadida a una solución de tubulina pura no
polime
ras que MAP2 y TAU están confinadas a unos tipos de células en
vertebr
XMAP215 se une a los MTs, pero tiene una
capacid
nas, conocida como catastrofinas, induce las
catástro
ta acción hay MAPs que se unen preferentemente a los
extremos para favorecer el crecimiento del MT.
rizada, acelera enormemente la nucleación, presumiblemente porque estabiliza los pequeños oligómeros de tubulina que se forman en la polimerización temprana. Las MAPs son dianas de varias proteínas quinasas, y la fosforilación resultante de una MAP puede tener un papel primario en el control de la actividad y la localización dentro de la célula. Mientados, hay otras MAPs que parecen tener un papel principal en la dinámica de MTs en casi todas las células eucarióticas. En particular una proteína llamada ad especial para estabilizar los extremos e inhibir su cambio de un estado de crecimiento a otro de desensamblaje. La fosforilación de esta proteína durante la mitosis inhibe esta actividad, contribuyendo sustancialmente a incrementar diez veces la inestabilidad de los MTs durante esta fase. Una familia de las proteínas quinesifes. Se unen específicamente a los extremos separando los protofilamentos, bajando la energía normal de activación que previene al MT de curvarse, propio del estado de desensamblaje. Opuestamente a es
- Proteínas que regulan la longitud y el comportamiento cinético de los MTs:
por cada
rotofilamento. La proteína katanina cumple esta función. La katanina se localiza en la
región
delo que muestra cómo puede actuar la katanina durante el flujo de tubulina
hacia el polo en el huso mitótico. La katanina y una proteína similar a una kinesina se
muestr
Para separar un MT, han de romperse 13 uniones longitudinales, unap que rodea la zona que contiene la γ-tubulina pericentriolar. Está formada por dos subunidades, es un heterodímero compuesto por una subunidad de 60 KDa y otra subunidad de 80 KD, La subunidad de 60 kDa pertenece a la familia AAA de ATPasas. Además está subunidad contiene la actividad de desensamblaje de MT dependiente de ATP y la actividad ATPasa estimulada por MTs a en ausencia de la subunidad de 80 kDa y lleva a cabo la rotura general. La otra más grande, de 80kDa dirige la katanina al centrosoma. La katanina libera MTs de su adhesión al centrosoma, y tiene un papel crucial en la rápida despolarización observada en los polos del huso mitótico durante la mitosis. También se encuentra en células en interfase y postmitóticas, como las neuronas. Moan en relación con una hipotética matriz dentro del centrosoma. El desensamblaje del microtúbulo en el cinetocoro libera un pequeño fragmento de MT y permite a la kinesina arrastrar el MT hacia la matriz centrosomal. La polimerización simultánea de tubulina en el extremo del MT en relación con el cinetocoro tiene como resultado el movimiento de las subunidades marcadas de tubulina hacia el centrosoma. El MT generado de este modo puede ser desensamblado a dímeros de tubulina por la acción de la katanina o puede nuclear el crecimiento de un nuevo MT.
Se han aislado otras dos proteínas que también desensamblan microtúbulos, la EF1 alfa y la p56; pero a diferencia de la katanina no dependen de ATP. Sin embargo como todas las actividades de desensamblaje de los MT ocurren en presencia de ATP, se cree que la katanina es de estas tres la proteína predominante. Por otra parte es la única proteína que se sabe que desensambla los MT estables en subunidades de tubulina que conservan la capacidad de polimerizarse más tarde. Un estudio de GONCZY: “Un estudio reciente ha mostrado que la proteína de enganche ZYG-12 de "Caenorhabiditis elegans" es esencial para la fijación del centrosoma al núcleo. Los resultados sugieren un nuevo mecanismo para la estrecha conexión entre estas dos organelas, y arroja luz nueva a su significación biológica.” 2.1.4.- PROTEÍNAS DE LA MATRIZ CENTROSOMAL El centrosoma es una organela compleja que contiene alrededor de unas cien proteínas además del complejo γ-tubulina. Generalmente las proteínas se definen como centrosomales sobre la base de su localización gracias a técnicas de inmunofluorescencia. La resolución de estos experimentos es sólo suficiente para revelar que una proteína está en la región general del centrosoma. Algunas proteínas se localizan en el centrosoma independientemente de los microtúbulos mientras que otras requieren MTs. Se considera que sólo las que su localización es microtúbulo dependiente son verdaderamente componentes del centrosoma. Algunas proteínas están presentes durante todo el ciclo celular, mientras que otras sólo aparecen en un determinado momento y luego abandonan el centrosoma o son degradadas. Por otra parte hay evidencias crecientes de que el centrosoma contiene proteínas que no tienen nada que ver con la función centrosomal y puede que usen la asociación con el centrosoma como medio para asegurar la segregación durante la mitosis o como un medio para incrementar la concentración local de proteína. Además la función e interacciones de muchas de las proteínas identificadas no se conocen.
El material pericentriolar permanece pues en gran parte todavía desconocido. El problema a la hora de identificar proteínas centrosomales es que esta pequeña organela es difícil de purificar y sólo comprende una pequeña fracción del total de proteínas celulares. La espectrometría por masa tiene la sensibilidad suficiente para superar este problema, pero todavía queda el problema de la pureza. Los métodos de análisis han permitido establecer que muchas proteínas tienen una estructura coil-coiled. Algunas de las proteínas del material pericentriolar son: Pericentrina: Esta proteína de 220 kDa fue identificada en 1983 por técnicas de inmunofluorescencia que la localizaron en el centrosoma. Más tarde también se encontró en centros organizadores de microtúbulos no centriolares. A partir de la secuencia de aminoácidos se predice la estructura tripartita de la pericentrina: un dominio central alfa helicoidal, flanqueado por un dominio C-terminal y un dominio N- terminal no helicoidales. Esta estructura es similar a la de los filamentos intermedios, lo que sugiere que la proteína adopta una estructura coiled-coil que deja los extremos C y N- terminales interaccionando con proteínas asociadas. Estos dominios contienen secuencias de reconocimiento de proteínas quinasas. Utilizando diferentes modelos se puede prever que la proteína se envuelve varias veces alrededor de los centriolos. Una estructura como esta permite el acoplamiento al centrosoma de múltiples proteínas. La estructura tridimensional de la pericentrina aparece como un entramado reticular cuya complejidad y tamaño aumentan a medida que el ciclo celular avanza de la fase G1 a la mitosis. Así, estructuralmente, la proteína une múltiples proteínas y forma un complejo que sirve como andamio para la nucleación de los MTs. Pericentrina y Γ-tubulina: La γ-tubulina es un componente esencial del centrosoma que une el centrosoma con los MTs. La γ-tubulina fue localizada formando una estructura en anillo en el material pericentriolar. Forma un complejo llamado γ-TuRC que puede nuclear MTs in vitro al unirse al extremo (-) y estabilizarlo. Además, esta proteína forma un complejo con la pericentrina en el centrosoma e influye en la nucleación de los MTs. La pericentrina es necesaria para que complejos de γ-tubulina se asocien al centrosoma: la unión correcta de la pericentrina y γ-TuRC regulan el ordenamiento de la formación de MTs; o bien otras proteínas que también se unen a la pericentrina ayudan a regular la actividad de nucleación del complejo γ-TuRC. AKAP (protein kinase A-anchoring protein: proteína que une la proteína quinasa A): La familia de proteínas centrosomales AKAP tienen un papel en el ensamblaje de los MTs: reclutan la PKA (prot. kinasa A), una holoenzima formada por dos subunidades reguladoras y dos subunidades catalíticas (R2C2), y cuya actividad está regulada por AMP cíclico. Se ha demostrado que la PKA afecta la organización de los MTs. En efecto, mutaciones en la PKA causan localizaciones incorrectas de RNAs, ya que se perturba el desarrollo de los MTs. La PKA también está relacionada con la dinámica de los MTs por su interacción con Op18 (oncoproteína 18). Esta última proteína interacciona preferentemente con subunidades no polimerizadas de MTs, aumentando la tasa de catástrofe (despolimerización) y regulando de este modo la dinámica de los MTs como respuesta a señales externas. La PKA fosforila dos sitios de la oncoproteína 18 (la
serina 16 y la serina 63); esta fosforilación inhibe la actividad desestabilizadora de la Op 18. Las AKAPs permiten el anclaje mutuo de los centriolos, de los MTs y de ciertos compartimentos de membrana del aparato de Golgi. Por otra parte estas proteínas tienen como diana un gran número de quinasas y fosfatasas cerca del centrosoma o de los compartimentos del aparato de Golgi. Se han identificado diferentes dominios de estas proteínas. Al igual que la pericentrina, las proteínas AKAP tienen dominios coil-coiled, característicos de las proteínas estructurales. Estas proteínas se localizan en el centrosoma y se unen a la subunidad reguladora RII de la PKA. Se han identificado diferentes proteínas pertenecientes a esta familia. AKAP450. Esta proteína de gran tamaño, codificada por un gen de estructura compleja, tiene 50 exones. Tiene un dominio de 96 aminoácidos muy conservado durante la evolución y es compartido por la pericentrina, cuya estructura es por otra parte muy diferente. Este dominio es el dominio de unión a los centriolos (dominio PACT). El extremo C-terminal se asocia a los centriolos; esta asociación parece ser la responsable de la unión de los centriolos en pares. Además es resistente a los fármacos antimitóticos y al aislamiento del centrosoma. La sobreexpresión de esta zona tiene como consecuencia la disociación de la matriz centrosomal de los centriolos, aunque los MTs estén presentes, demostrando la importancia de la asociación de esta proteína a los centriolos. La parte N-terminal está implicada en la oligomerización de esta proteína, oligomerización que se cree necesaria para el mantenimiento del material pericentriolar del aparato de Golgi. AKAP350: está relacionada con la regulación centrosomal y no centrosomal de sistemas citoesqueléticos al unir PKA. Durante el ciclo celular se encuentra en el centrosoma. La localización de las AKAPs y su habilidad para reclutar PKA de compartimentos subcelulares implica una regulación de la PKA de muchas fases del ciclo celular.
El centrosoma y proteínas de ensamblaje (la pericentrina y las AKAPs) sirven como andamios para secuestrar PKA en el centrosoma. A su vez, la PKA afecta a la organización de los MTs al regular proteínas como la Op18 (Oncoproteína 18), un desestabilizador de MTs. Las AKAPs están presentes en regiones con gran actividad nucleadora de MTs. La PKA es reclutada por las AKAPs para influir en la dinámica de los microtúbulos mediante la regulación de factores desestabilizadores de microtúbulos. La centrofilina es un componente importante del material pericentriolar durante la metafase. Interviene en la nucleación del huso de MTs durante la mitosis. La centrina se localiza dentro de lo propios centriolos y al igual que la γ-tubulina, en el material pericentriolar. Esta proteína interviene en la duplicación y en la separación del centrosoma. En las células donde se bloquea la síntesis de centrina los centriolos son incapaces de duplicarse durante el ciclo celular y los husos tienen un solo centriolo en cada polo. Las células se pueden dividir pero sin centriolo no se separan por citocinesis, y en los siguientes ciclos de división son células multinucleadas y mueren. La proteína CAP350 ha sido identificada recientemente. Se localiza al nivel de los centriolos y también existe como una red en el material pericentriolar. Está compuesta por 3117 residuos y contiene un dominio conservado CAP-Gly situado en la parte C-terminal, que ha sido caracterizado como un domino de unión de los MTs, por lo que se piensa que CAP350 es una proteína que une los MTs. Además de las tubulinas α, β y γ también se han identificado otras dos tubulinas presentes en los centrosomas: son la δ-tubulina y la ε-tubulina, en una localización distinta a la de γ-tubulina. La δ-tubulina es más visible entre los centriolos mientras que la ε-tubulin se localiza cerca de la γ-tubulina .El centrosoma único de las células en G1 posee ε-tubulina. El nuevo centrosoma la adquiere más tarde un proceso de maduración. 2.1.5.- PROTEÍNAS MOTORAS: Quinesinas y dineínas: - Motores Moleculares: Las proteínas motoras se unen a los filamentos del citoesqueleto polarizados y usan la energía derivada de hidrólisis repetidas de ATP para moverse por ellos. Docenas de proteínas motoras diferentes coexisten en todas las células eucariotas, y difieren en el tipo de filamentos al que se unen, la dirección que llevan a lo largo de ellos, y la carga que llevan. Muchas proteínas motoras llevan orgánulos membranosos, como mitocondrias, sacos de Golgi o vesículas secretoras, a sus localizaciones específicas en la célula. Otras proteínas motoras provocan el acoplamiento de filamentos contra otros, generando una fuerza como la contracción muscular, el batido ciliar y la división celular. Las proteínas motoras que se mueven unidireccionalmente a lo largo de un polímero orientado son reminiscencias de algunas otras proteínas y complejos proteicos como DNA y RNA polimerasas, helicasas y rigosomas. Todas ellas tienen la capacidad de utilizar energía química para propulsarse, y generar movimiento acoplando la hidrólisis de nucleósidos trifosfato a un cambio conformacional a gran escala de la proteína. - Hay dos tipos de proteínas motoras para los MTs: quinesinas y dineínas: La quinesina es una proteína motora que se mueve a lo largo de los MTs. Su descubrimiento fue en axón gigante de calamar, donde llevaba los orgánulos
membranosos desde el soma neuronal hasta el terminal axónico yendo hacia el extremo (+) de los MTs. La quinesina es estructuralmente similar a la miosina II en cuanto que tiene dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras, dos dominios globulares en los extremos y una espiral elongada responsable de la dimerización de las cadenas pesadas. Como la miosina, la quinesina es un miembro de una gran superfamilia de proteínas en las que el dominio motor es el único elemento común. Los humanos tienen alrededor de 40 quinesinas distintas. Hay al menos diez familias de proteínas emparentadas con la quinesina, o KRPs, dentro de la superfamilia. La mayoría de ellas tienen el dominio motor en el término N de la cadena pesada y van hacia el extremo (+) del MT. Algunas cadenas pesadas de KRP no tienen una secuencia enrollada y parecen funcionar como monómeros. Algunas otras son homodímeros y otras son heterodímeros. Muchas proteínas quinesinas tienen papeles específicos en la formación de los husos mitóticos y meióticos y la separación cromosómica durante la división celular. Las dineínas son una familia de proteínas motoras que se dirigen hacia el extremo (-), pero no están relacionadas con las quinesinas. Están compuestas de dos o tres cadenas pesadas (que incluye el dominio motor) y un gran número variable de cadenas ligeras asociadas. La familia de la dineína tiene dos ramas principales. La rama más antigua contiene las dineínas citoplasmáticas, que son homodímeros de cadena pesada, con dos grandes dominios motores como cabecera. Probablemente se encuentren en todas las células eucariotas, y son importantes para el tráfico de vesículas, la localización del Aparato de Golgi cerca del centro celular... Las dineínas axonémicas, la otra gran rama, incluye heterodímeros y heterotrímeros, con dos o tres dominios motores como cabecera, respectivamente. Están altamente especializadas para el desplazamiento rápido y eficiente de MTs que conducen el batido de cilios y flagelos. Una tercera rama, secundaria, comparte gran similitud en su secuencia con las dos ramas anteriores pero parece estar involucrada en el batido del cilio. Las dineínas son las más grandes de los motores moleculares conocidos, y también están entre las más rápidas: las dineínas axonémicas pueden mover MTs en un tubo de ensayo en la estimable proporción de 14 µm/s. En comparación, las quinesinas más rápidas pueden mover sus MTs alrededor de 2-3 µm/s.
- Las proteínas motoras generan fuerzas acoplando hidrólisis de ATP a cambios conformacionales: Para una movilidad unidireccional, una proteína motora debe usar la energía derivada de la unión e hidrólisis de ATP para forzar un gran movimiento en parte de la proteína. Cuando la cabecera de la quinesina se une al MT, antes de chocar, su región de unión está relativamente desestructurada. Desde la unión de ATP hasta la de la cabeza, esta región se acorta a los lados de la cabecera, que lanza a la segunda cabeza hacia la posición donde será capaz de unirse a un nuevo lugar de ligamiento en el protofilamento, 8 nm del extremo (+) de MT más cerca que el sitio de unión de la primera cabeza. Los ciclos de hidrólisis del nucleótido están estrechamente coordinados. Hay que decir que, mientras que la mayoría de miembros de la superfamilia de las quinesinas se mueven hacia el extremo (+) del MT y tienen sus dominios motores en el término N, un par de miembros de esta familia tienen sus dominios en el término C y se mueven hacia el extremo (-). Si los dominios motores de estos dos tipos de quinesinas son esencialmente iguales, hay que explicar cómo pueden moverse en direcciones opuestas. La respuesta parece estar en el modo en que las cabeceras están conectadas. Las imágenes de alta resolución muestran que las cabezas que están ligadas al MT son prácticamente indistinguibles, pero las cabezas no ligadas están orientadas de modo muy diferente. Esta diferencia en la inclinación influye en el siguiente sitio de unión para la segunda cabeza y por lo tanto determina la direccionalidad del movimiento motor. - La cinética de la proteína motora está adaptada a las funciones celulares: Un pequeño número de moléculas de quinesina debe ser capaz de transportar una mitocondria en todo el camino del axón nervioso, lo que requiere un gran nivel de procesamiento. Hay dos razones para el alto grado de procesamiento del movimiento de quinesina. La primera es que los ciclos mecanoquímicos de las dos cabezas motoras del dímero están coordinados con los demás, por lo que una cabeza de quinesina no continúa hasta que la otra está en equilibrio para unirse. Esta coordinación permite a la proteína motora operar en un ajuste mano a mano, nunca permitiendo al orgánulo difundirse del sendero del MT.
La segunda razón es que la quinesina gasta una gran fracción de su ciclo de ATPasa en una fuerte unión al MT. El cambio conformacional que produce el trabajo debe ocurrir mientras la proteína motora está muy unida a su polímero. Dentro de las clases de proteínas motoras, la velocidad del movimiento es muy variable. Para las quinesinas es alrededor de 0,02 a 2 µm/s. - Las proteínas motoras median el transporte intracelular de orgánulos membranosos: La función principal en células en interfase es el transporte y posicionamiento de orgánulos membranosos. Aunque en la mayoría de las células los orgánulos no necesitan cubrir largas distancias, su transporte polarizado es muy necesario. Así, movimientos centrípetos de los orgánulos hacia el centro celular requiere la acción de proteínas motoras dirigidas hacia el extremo (-), como la dineína citoplasmática, mientras que los movimientos centrífugos hacia la periferia requieren proteínas motoras dirigidas hacia el extremo (+), como las quinesinas. La red de sacos del Retículo Endoplasmático se asocia con MT y se extiende por la célula, mientras que el Aparato de Golgi está localizada cerca del centrosoma. Cuando las células se tratan con un fármaco que despolimeriza MT, como colquicina o nocodazol, el RE se colapsa al centro celular, mientras que el AG se fragmenta y dispersa por todo el citoplasma. Del mismo modo, el movimiento hacia fuera de los sacos del RE hacia la periferia está asociado con un crecimiento de MT en las células vivas. A la inversa, las dineínas se requieren para situar al AG cerca del centro celular, moviendo las vesículas a lo largo de los MT hacia los extremos (-) en el centrosoma. Por ejemplo, la dineína requiere la presencia de un gran número de proteínas accesorias para asociarse con los orgánulos. La dinactina es un complejo grande que incluye componentes que se unen a los MT, otros que se unen a la propia dineína y otros que forman un pequeño filamento similar a la actina, formado por la proteína ArpI. El filamento del ArpI puede mediar la ligación de este gran complejo a los orgánulos membranosos a través de una red de espectrina y ankirina.
2.1.6.- FÁRMACOS QUE AFECTAN A LOS MICROTÚBULOS A causa de la dependencia de las células eucarióticas de un ensamblaje y desensamblaje equilibrado de los filamentos citoesqueléticos, éstos son frecuentemente la diana de toxinas naturales. Estas toxinas son producidas por plantas, hongos o esponjas para su autodefensa. La toxina se une fuertemente al filamento o a la subunidad libre que forma el polímero, conduciendo la reacción de ensamblaje en la dirección en que la toxina puede unirse. La tubulina tiene muchas aplicaciones como diana de fármacos (como fármacos anticáncer). Los diferentes modos de acción y los sitios de unión a la tubulina de diferentes fármacos siguen investigándose. Fármacos antimicrotubulares (que despolimerizan los MTs): La colquicina y la vinblastina son ejemplos de fármacos que desestabilizan los MTs interrumpiendo de este modo la mitosis. Sin embargo su efecto es apreciable incluso cuando las concentraciones de son demasiado pequeñas para causar un desensamblaje neto de los MTs. Esto puede deberse al importante efecto que tienen estos fármacos sobre los parámetros de inestabilidad dinámica de los MTs, parámetros que están íntimamente relacionados con la unión a GTP y su hidrólisis. La colquicina extraída de semillas de cólquico ( Colchicum autumnale) ,es un alcaloide que ha tenido un importante papel en la identificación de la tubulina y por lo tanto en la comprensión de las propiedades y funciones de los MTs: se utilizó como marcador bioquímico para purificar la tubulina (Weisenberg et al., 1968). La unión de la cochicina a la tubulina es un proceso lento que se hace en dos etapas : primero se forma un complejo tubulina-colchicina reversible y con baja afinidad seguido por la formación de un complejo irrevesible de tubulina-colchicina.cuando la tubulina libre se polimeriza en presencia de complejos tubulina-colchicina, la adición de nuevas subunidades al extremo del MT es inhibida, lo que provoca la despolimerización del MT. Se une a la tubulina libre, cerca del extremo amino terminal de la beta-tubulina, causando la despolimerización del MT; también actúa sobre el huso mitótico, inhibiendo el desarrollo normal de la mitosis bloqueándola en la metafase. Estructura molecular de la colquicina La vinblastina y la vincristina son dos alcaloides que se obtienen de Catharanthus roseus (antes clasificada como Vinca rosea, por lo que estos compuestos fueron llamados vinca-alcaloides). Estos y la vindesina y la vinorelbina, derivados semi
sintéticos de la vinblastina, actúan inhibiendo la mitosis durante la metafase. Estos alcaloides se unen a la tubulina de un modo rápido y reversible e induce de este modo la formación de polímeros cuya estructura es diferente a la de los MTs. Así la polimerización de los MTs es impedida.. Además estos alcaloides también interfieren con la habilidad de las células para sintetizar DNA y RNA. Aunque estos compuestos tienen una estructura muy similar y la misma acción de base tienen diferentes efectos en el organismo. La vinblastina se une al extremo (+) del microtúbulo. La región implicada en la unión de estos alcaloides a la tubulina podría corresponder a un dominio de regulación que controla la polimerización de los MTs, y por consiguiente sería adyacente o taparía el sitio de unión del GTP en la subunidad beta-tubulina. Estructura molecular de la vinblastina La vinblastina se utiliza principalmente para tratar la enfermedad de Hodgkin, linfomas linfocíticos e histiocíticos, cánceres avanzados de pecho y testiculares. Parece que también actúa contra el cáncer interfiriendo con el metabolismo del ácido glutámico (específicamente con las vías que conducen desde el ácido glutámico hasta el ciclo de Krebs y hasta la formación de urea). Estructura molecular de la vincristina Vincristina es usada principalmente para tratar leucemia aguda, neuroblastomas, la enfermedad de Hodgkin y otros linfomas. Vindesina se emplea para tratar melanomas y carcinomas y junto con otros fármacos para tratar cánceres uterinos. Vinorelbina está todavía en la fase II de ensayos clínicos como tratamiento para el cáncer de ovario. Por ahora, la vinorelbina parece tener un mayor rango de actividad anti tumoral que los otros vinca -alcaloides.
El nocodazol (o metil [5-(2-tienil-carbonil)-1H-benzimidazol-2-yl]-carbamato) es un fármaco anti-mitótico ya que inhibe la polimerización de unidades libres de tubulina al unirse al residuo de arginina de la subunidad beta-tubulina. Se utiliza como fármaco anti-tumor. Estructura molecular del nocodazol Fármacos antimicrotubulares que estabilizan los MTs: Al contrario, el taxol®, extraído del tronco del Taxus brevifolia, estabiliza los MTs, interrumpiendo también la mitosis. Se demostró utilizando derivados foto-activables del taxol, que éste se une predominantemente a la región amino terminal de la beta tubulina. La estequiometría de la unión del taxol es una molécula por dímero de tubulina. Los dímeros estabilizados por taxol son capaces de ensamblarse con GDP, sin necesitar el GTP para la hidrólisis como ocurre normalmente. Inhibe el crecimiento de células cancerígenas, siendo un fármaco de notable éxito en el tratamiento del cáncer ovárico. Fármacos como éstos tienen un profundo y rápido efecto en la organización del citoesqueleto de células vivas. Han sido y son muy útiles para los biólogos celulares en
su intento de demostrar el papel de los microtúbulos en varios procesos celulares. Algunas de ellas matan eficientemente algunos tipos de tumores celulares. La acrilamida, elemento muy utilizado en el laboratorio como precursor de geles de poliacrilamida para la separación de proteínas y ácidos nucleicos, es también una toxina para el citoesqueleto. Un estudio: SLUDER Y NORDBERG: “La amplificación del centrosoma (la presencia de más de dos centrosomas en la mitosis) es característica de algunos cánceres humanos. Los centrosomas extra pueden causar la formación de husos multipolares, los cuales distribuyen cromosomas irregularmente a las células hijas; los desequilibrios genéticos resultantes pueden contribuir a la transformación celular. Sin embargo, esto formula la pregunta de cómo una población de células con amplificación del centrosoma puede sobrevivir con caóticas mitosis sin convertirse pronto en no viables como resultado de la pérdida de cromosomas. Observaciones recientes indican que una variedad de mecanismos mutan parcialmente las consecuencias prácticas de la amplificación del cromosoma. Como consecuencia, las poblaciones de células se propagan con buena eficiencia, a pesar de la amplificación del cromosoma, todavía tienen un elevado error mitótico, considerado que puede alimentar la evolución del estado transformado.” 2.2.- BIOLOGÍA CELULAR 2.2.1.- EL CENTROSOMA Los MT se nuclean por un complejo proteínico que contiene γ-tubulina: Presente en bastante menos cantidad que α y β tubulinas, esta proteína está involucrada en la nucleación del crecimiento de MT. Los microtúbulos en las células vivas se nuclean de un orgánulo intracelular específico, el centro organizador de microtúbulos, o COMT. Anticuerpos contra la γ-tubulina tiñen el COMT. Los centrosomas sirven de plantilla a partir de los cuales los MT crecen en número y en una dirección definidos; determinan pues la correcta geometría, la polaridad y la estructura de los MTs. La capacidad de polimerización de los centrosomas se debe a la matriz pericentriolar. Los MT son nucleados en sus extremos (-), con el extremo (+) creciendo hacia el exterior del centrosoma. El complejo de γ tubulina γ-TuRC es un eficiente nucleador de MT. Dos proteínas se unen directamente a la γ tubulina junto con otras proteínas que ayudan a formar el anillo que se ve en los extremos (-) de los MT nucleados a partir del complejo. Los complejos γ-TuRCs son los centros de polimerización que determinan la polaridad de los MTs y el número de protofilamentos.
La γ-Tubulina está presente en un complejo de alto peso molecular. Este complejo ha sido aislado y se ha demostrado que acelera la polimerización. También se sabe el complejo adopta una estructura abierta de anillo helicoidal que corresponde al ancho de los MTs. El complejo γ-TuRC (γ –Tubline Ring Complex) tiene como mínimo siete polipéptidos dos de los cuales son α y β tubulina. Se estima que hay entre 10 y13 moléculas de γ-tubulina por complejo y de uno a dos α y β tubulinas. En este modelo las proteínas que no son tubulinas están representados por un andamio helicoidal sobre el que se disponen 13 γ-tubulinas. Estas 13 moléculas determinan el número y la polaridad de los protofilamentos. Se cree que las moléculas α y β del γTuRC forman interacciones estabilizantes con el primer dímero exógeno de α-, β-tubulina, cerrando pues el complejo. Modelo de la nucleación por el complejo de γ-Tubulina (γTuRC) (a) estructura del γ-TuRC. En azul: “andamio” helicoidal; en gris: γ-tubulina; en verde y rojo: dímeros α -β. (b) Nucleación debida a la disposición helicoidal de las moléculas de γ-tubulina en la superficie del anillo. - Los MT emanan del centrosoma en células animales: En la mayoría de células animales el COMT se llama centrosoma. Se localiza cerca del núcleo. Desde este punto focal, los MTs citoplasmáticos emanan con una conformación astral, denominada “áster”. Los MTs se nuclean a partir de los extremos (-), creciendo los extremos (+) hacia la periferia celular. El centrosoma está compuesto de una matriz centrosomal que contiene más de 50 copias de γ-TuRC. La mayoría de las proteínas que forman esta matriz todavía permanecen sin identificar, y no se conoce cómo reclutan y activan este complejo. Incluidas en el centrosoma hay un par de estructuras cilíndricas dispuestas perpendicularmente, con una configuración en forma de L. Son los “centriolos”, que se convertirán en los cuerpos basales de cilios y flagelos en células móviles. Los centriolos organizan la matriz centrosomal, también llamada material pericentriolar, asegurando su duplicación durante cada ciclo celular. El centrosoma se duplica y divide en dos partes iguales durante la interfase, cada uno conteniendo un par de centriolos. Estos dos centrosomas hijos se mueven a lados opuestos del núcleo cuando comienza la mitosis, y forman los dos polos del huso mitótico. En células animales, la configuración astral es muy robusta. El sistema de MTs radiados del centrosoma actúa como dispositivo para el reconocimiento de regiones extracelulares y la posición del centrosoma en el centro. Incluso en un fragmento celular carente de centrosoma, los MTs dinámicos interactúan con orgánulos membranosos y proteínas motoras para situarse en una formación
estrellada con los extremos (-) incrustados en el centro. Esta capacidad para encontrar el centro de la célula establece un sistema de coordinación general, utilizado para posicionar muchos orgánulos dentro de la célula. 2.2.2.- CICLO DEL CENTRIOLO El centriolo interviene en la formación y regulación del aparato mitótico, y es responsable del reparto cromosómico equitativo. La división celular tiene lugar gracias al huso mitótico, de origen centriolar. Durante la interfase (fases G1 y G2), la matriz del centrosoma nuclea una serie de microtúbulos citoplasmáticos que se proyectan al exterior en dirección al perímetro celular, con sus extremos (-) unidos al centrosoma. Antes de que la célula eucariota se divida, ha de duplicar sus centrosomas para que cada célula hija tenga el suyo. Esto dos duplicados son necesarios para la división ya que forman los extremos del huso mitótico.
Los centrosomas de la mayoría de las especies animales tienen un par de centriolos, aunque no son necesarios para la nucleación de los microtúbulos. Por eso se cree que el material pericentriolar es la parte fundamental del centrosoma. En la interfase de cada ciclo, los centriolos y otros componentes del centrosoma se duplican, aunque siguen juntos como un único complejo en un lado del núcleo. En un punto de la fase G1, los 2 centriolos se separan unos cuantos µm. Durante la fase S, cerca de la base de cada centriolo, empieza a crecer un centriolo hijo en ángulo recto respecto a él. En la fase G2 se completa el estiramiento del centriolo hijo. Un estudio: DELATTRE Y GONCZY: “¿Cómo regulan las células el número de centrosomas? El ciclo de duplicación canónico genera dos centrosomas a partir de uno en la mayoría de las células proliferativas. Los centriolos son clave en este proceso, y moléculas como centrinas, SAS-4 y ZYG-1 dirigen la formación de centriolos hijos. La actividad Cdk2 probablememte empareja la duplicación del centrosoma con la fase S, y un mecanismo permisivo aparece para limitar la duplicación del centrosoma en una por ciclo celular. Aún así, tales mecanismos deben ser alterados en algunas células - por ejemplo, espermatocitos - en las que la duplicación del centrosoma y la replicación del DNA no están emparejadas. Hay además otras vías alternativas de biogénesis de centrosoma. Por ejemplo, un centrosoma es reconstituído a partir de dos gametos en la fertilización. En este caso, la estrategia más común concierne a las contribuciones diferenciales de los centriolos y el material pericentriolar de cada gameto. Además, los centriolos a veces pueden formarse de nuevo sin plantilla aparente. Esto ocurre, por ejemplo, en el embrión temprano de ratón y en las especies partogenéticas y que pueden depender de una semilla preexistente que resida sin material pericentriolar pero no es visible por análisis ultraestructurales.” Fase M: el complejo se divide en dos y cada pareja de centriolos forma parte de un centro organizador de microtúbulos diferente, que nuclean los ásteres. Los dos ásteres se desplazarán a polos opuestos de la célula formando los dos extremos del huso mitótico.
Al final de la profase, los microtúbulos polares se alargan mientras los dos centros se separan hacia lados opuestos alejándose del núcleo. Se forma así rápidamente el huso mitótico. La fosforilación que origina la mitosis produce también estructuras microtubulares muy dinámicas que salen de los centrosomas duplicados de los polos del huso. Unos microtúbulos de un centrosoma establecen contacto con los del otro, originando los MT polares. Los cinetocoros cromosómicos pueden capturar otros microtúbulos, que, cuando los polos del huso mitótico tiran en direcciones opuestas, crean una tension sobre los centros del cromosoma, produciendo después la separación de las cromátidas hermanas. Al finalizar la mitosis, cada célula hija recibe un centrosoma con sus cromosomas asociados. En la citoquinesis, la envoltura nuclear engloba los conjuntos de cromosomas de cada célula, excluyendo a los centrosomas. 2.2.3.- FUNCIONES Además de ser uno de los centros organizadores de microtúbulos, el centrosoma interviene en el crecimiento de cilios y flagelos, el mantenimiento de la estructura de la membrana celular, en la organización de todos los filamentos del citoesqueleto, en la distribución de los cromosomas durante la mitosis,... En este último punto señalado cabe destacar que el huso mitótico determina dónde y cuándo sucede la segmentación de la célula madre para formar las células hijas. Sin embargo se ha demostrado que los centrosomas no son esenciales para la formación del huso mitótico en las células de mamíferos (en experimentos donde se han eliminado por ablación con láser), aunque cuando están presentes tienen una función dominante en la formación de los MTs. En los mamíferos los centrosomas se necesitan par la formación de los MTs astrales y para posicionar el huso mitótico, pero parece que existen mecanismos alternativos. Se ha demostrado que los centrosomas tiene un papel en los puntos de control de ciclo celular. En ausencia de los centrosomas las células somáticas se detienen en la fase G1. No todos los centros organizadores de microtúbulos poseen centriolos. Los corpúsculos basales también actúan como centros organizadores, ya que intervienen en la formación del axonema de los cilios y flagelos. Así, en la regeneración o formación de cilios, los microtúbulos del axonema crecen a partir de los del corpúsculo basal. A parte de asociar las subunidades proteicas microtubulares para formar el huso mitótico y axonema, inducen la formación de las raíces ciliares, permitiendo la agregación de proteínas fibrosas en fibras de estriación transversal. 2.2.4.- LOS MICROTÚBULOS COMO DERIVADOS CENTRIOLARES Hay tres tipos de microtúbulos en un huso mitótico totalmente formado: Los polares: se solapan en la línea media del huso, y causan la separación del mismo debido al empuje que realizan.
Los cinetocóricos: se adhieren al cinetocoro de los cromosomas, que forma el centrómero de cada cromosoma duplicado, conduciendo a los cromosomas a lo largo del huso. Los astrales: salen en dos direcciones desde los centrosomas. Ayudan a generar las fuerzas que separan los polos y los relacionan con el resto de la célula. Se representan: ambos cinetocoros del mismo cromosoma y en cada cinetocoro un único microtúbulo de muchos. Profase: los microtúbulos que salen del áster conectan con el cinetocoro más próximo hasta que cada cromosoma queda unido a ambos polos por sus dos cinetocoros. Prometafase: se acortan los microtúbulos que sobrepasan el ecuador celular y se alargan los que no lo alcanzan, colocando al cromosoma en la placa ecuatorial en la metafase. Se produce por una rápida pérdida o adición de tubulinas en el extremo cinetocórico. Anafase: se rompen los centrómeros y los microtúbulos de cada cinetocoro se acortan arrastrando el cromosoma hacia su polo. En todo momento hay una ganancia lenta de tubulinas en los cinetocoros y una pérdida lenta de tubulinas en los polos del huso, independientemente de la fase mitótica. Los microtúbulos se unen a los cinetocoros mediante dineína citoplasmática no fija, que forma un anillo corredizo alrededor de los microtúbulos.
Los microtúbulos intervienen en: - Los movimientos de los cromosomas durante la división celular (constituyen el huso mitótico). - El transporte de sustancias u orgánulos intracelulares. - La morfogénesis de la célula. - El mantenimiento de la forma de la célula. - Los movimientos celulares, mediante cilios y flagelos. - La emigración de las vacuolas de endocitosis. - La liberación de los granos de secreción. - La polaridad celular. - El mantenimiento de la estructura de la membrana celular (intervienen en la organización de todos los filamentos del citoesqueleto). 2.2.5.- ANORMALIDADES/ MUTACIONES A principios del siglo XX Theodor Boveri propuso que la pérdida de la polaridad y las aberraciones en la segregación de los cromosomas, características de los tumores malignos, podían deberse a defectos en la función del centrosoma. Estas hipótesis han sido confirmadas por estudios recientes que relacionan las mutaciones en el gen supresor de tumores p53 con la acumulación de defectos genéticos y la mala regulación de la duplicación del centrosoma durante el ciclo celular. Estudios llevados a cabo sobre centrosomas en 35 carcinomas de pecho han demostrado que los centrosomas de adenocarcinomas de pecho muestran alteraciones características en su estructura, entre las cuales están: - aumento del volumen del centrosoma - acumulación de un exceso de material pericentriolar - centriolos supernumerarios - fosforilación inapropiada de las proteínas centrosomales Por otra parte, estas modificaciones estructurales también se acompañan de modificaciones funcionales: las células tumorales presentan un mayor número de COMTs que nuclean microtúbulos anormalmente largos. Así pues estas observaciones son importantes para entender los mecanismos detrás de la inestabilidad genética y de la pérdida de la polaridad de las células tumorales. Un estudio: Nakajima T, Moriguchi M, Mitsumoto Y, Sekoguchi S, Nishikawa T, Takashima H, Watanabe T, Katagishi T, Kimura H, Okanoue T, Kagawa K. “La aberración del centrosoma acompañada de una mutación de p53 puede inducir inestabilidad genética en el carcinoma hepatocelular. La duplicación del centrosoma es controlada de una manera específica en el ciclo de una célula y ocurre una vez en todos y cada uno de ellos, por ello asegura la segregación equilibrada de los cromosomas durante la fase mitótica. Las anormalidades numéricas o estructurales pueden originarse en los centrosomas de células malignas bajo defectuosos ciclos celulares y sistemas de control; las células cancerígenas con centrosomas anormales pueden sobrevivir y reentrar en el ciclo celular, promoviendo desequilibrios en la segregación de cromosomas e inestabilidad genética.
Nosotros investigamos las aberraciones del cromosoma en 33 pacientes diagnosticados con carcinoma hepatocelular (HCC), usando un marcador fluorescente de pericentrina. También estudiamos la mutación p53, con actividad proliferativa, y la ploidia de DNA en estos casos. En los hepatocitos normales, un centrosoma por célula fue identificado como dotación de una ronda, normalmente en la vecindad de la membrana nuclear. Sin embargo, en células cancerígenas del tejido HCC, ocurrieron varios modelos de anormalidades del centrosoma, incluyendo centrosomas supernumerarios y centrosomas con una forma y un tamaño anormal. Aunque la frecuencia de los centrosomas anormales fue en cada tejido relativamente baja comparada con previos estudios de otros cánceres, no obstante, la aberración del centrosoma se encontró en 30 tumores externos de 33 tejidos HCC. El porcentaje de células tumorales con centrosomas anormales fue significativamente más alto en los tumores no diploides (15,8 - 15,9 por mil) que en los tumores diploides (5,1 - 5,4 por mil) (P<0,05), y tendía a ser mayor en los tumores con la mutación p53 (11,6 - 13,1 por mil) que en aquellos con el p53 silvestre (5,6 - 6,8 por mil). Además, el 82% de los tumores no diploides exhibían la mutación p53, mientras que sólo el 41% de los tumores diploides mostraban la mutación p53. El porcentaje de células tumorales con anormalidades en el centrosoma no estaba relacionado con la representación, tamaño o actividad proliferativa. Por lo tanto, nuestros resultados indican que las células cancerígenas hepáticas, bajo una aberración centrosómica y un sistema de control defectuoso probablemente causado por la mutación p53, tenía el potencial para la inestabilidad genética y un comportamiento agresivo. Este efecto potencial ocurre sin respecto al tamaño o apariencia del tumor.” 3.- BIBLIOGRAFÍA Internet: bio-cl.iespana.es/bio-cl/centro.htm http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/...earch&DB=PubMed intl.jcb.org/cgi/content/abstract/112/3/427 valelab.ucsf.edu/publications/1996mcnallyjcellsci.pdf biodev.obs-vlfr.fr/gavdos/PDF/YB00JCS.pdf stearnslab.stanford.edu/urbani.pdf reigle.ucsd.edu/ Pubs/Mitosis/ biodev.obs-vlfr.fr/recherche/biomarcell/teaching http://www.albany.edu/~abio304/list.html: cell physiology http://stearnslab.stanford.edu/centriole.pdf http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/...t_uids=8834802: molecular characterisation ninein http://www.pnas.org/cgi/reprint/95/16/9295.pdf : disassembly… http://cimbad.mnhn.fr/ :tubuline et agents antimicrotubulaires http://www.biochem.ucl.ac.uk estructuras molec imag http://www.rscb.org/ caract tec de proteínas (imag, peso, subunidades&#8230 Libro de biología de 2º de Bachillerato Ed. Ecir Manual de Citología de Marc Maillet, Editorial Toray- Masson. 1ª edición 1978 Biología Molecular de la Célula, Ediciones Omega, Alberts- Bray, 3ª edición 1996
Biología Celular. Ricardo Paniagua. 2ª Edición 2003. McGraw- Hill Interamericana Molecular Biology of THE CELL, Alberts- Johnson- Lewis. Garland Science Biología celular y molecular del centrosoma Ainhoa Carreres Ortega Mónica Cigüenza Sancho Sonia Cigüenza Sancho UMH, San Juan de Alicante
Mayo 2004
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